今天的煉油廠不斷面臨挑戰(zhàn)，在不增加設(shè)施規(guī)模的條件下既要持續(xù)運(yùn)營又要增加產(chǎn)量，為此煉油廠飽受壓力。在北美和歐洲，一些老的煉油廠要么由于經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)能過剩而關(guān)閉，要么繼續(xù)運(yùn)營卻幾乎不再改進(jìn)。這意味著剩余的煉油廠必須以較低的運(yùn)營成本才可保持競(jìng)爭(zhēng)力，或者通過進(jìn)口成品來滿足當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)的需求。以上措施在緊縮和經(jīng)濟(jì)不確定性的背景下會(huì)被采用。
在全球的其它地區(qū)(特別是亞太和中東地區(qū))，盡管施工和調(diào)試時(shí)間緊張，新投資的煉油廠仍在緊鑼密鼓的建設(shè)當(dāng)中。很多煉油廠位于發(fā)展中國家，但在那里很難找到有經(jīng)驗(yàn)的操作人員。煉油廠面臨的這些嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)和人員配置的現(xiàn)狀，要求煉油廠對(duì)性能改進(jìn)，同時(shí)保證安全、能源效率、可靠性和可用性方面提出更高的要求。
無線技術(shù)通過結(jié)合過程操作和設(shè)備監(jiān)測(cè)，針對(duì)這些交叉問題提供了整體解決方案。方案主要有四方面優(yōu)勢(shì)：
-- 添加過程監(jiān)測(cè)所需的新測(cè)點(diǎn)具備靈活性
-- 監(jiān)測(cè)二級(jí)泵和其它旋轉(zhuǎn)設(shè)備
-- 提供新測(cè)量方法，如聲波和振動(dòng)變送器
-- 使用變送器測(cè)量方式替代就地表頭
無線應(yīng)用
由于成本因素，大多數(shù)煉油廠在建設(shè)時(shí)都會(huì)盡可能減少設(shè)備安全操作所需的測(cè)量?jī)x表和控制裝置。因?yàn)槊吭黾右豁?xiàng)測(cè)量都會(huì)增加成本，所以工藝設(shè)計(jì)人員通常會(huì)考慮工廠安全啟動(dòng)和運(yùn)營所需的最低標(biāo)準(zhǔn)，然后讓最終用戶根據(jù)需求進(jìn)行添加。經(jīng)常被忽略的地方是設(shè)備狀況監(jiān)測(cè)。一方面是由于經(jīng)濟(jì)原因，另一方面是因?yàn)閹啄昵案緵]有無線振動(dòng)變送器和聲波變送器，因此也不會(huì)成為設(shè)計(jì)師可選的工具。
過去，操作員通常使用手持采集設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)指示壓力計(jì)和溫度計(jì)進(jìn)行大量讀數(shù)操作。這種方式勞心費(fèi)力并且人力資源使用效率低。它不僅限制讀數(shù)的頻率，而且可能需要員工爬到溫度較高的過程設(shè)備上收集數(shù)據(jù)，增加了人員受傷幾率。
在沒有設(shè)備狀況信息的條件下，建立一個(gè)合理的維護(hù)計(jì)劃是非常困難的，而且意外的設(shè)備故障會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營低效、產(chǎn)品不合規(guī)格或不必要的設(shè)備關(guān)斷。額外的測(cè)量可以增進(jìn)對(duì)資產(chǎn)設(shè)備狀況的了解，但在過去增加儀表的成本十分高昂，這包括儀表的采購價(jià)格、額外的I/O連接點(diǎn)必需的布線、更改文檔以及需要遵循變更管理 (MOC) 流程的花費(fèi)。為改變這一狀況我們能做些什么呢?
無線技術(shù)是助推器
增加儀表的一種經(jīng)濟(jì)高效的方法是使用無線設(shè)備。無線儀表技術(shù)現(xiàn)在唾手可得，而且在全球范圍內(nèi)得到了普遍使用。WirelessHART技術(shù)已久經(jīng)考驗(yàn)，是一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn) (IEC 62591)，并且在2013年12月已經(jīng)成為中國國家標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施無線所需的工程量很小，易于安裝和調(diào)試，而且容易擴(kuò)展。將儀表添加到 WirelessHART 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上會(huì)提高通信可靠性并擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。
不適用無線技術(shù)的領(lǐng)域
盡管無線變送器有很多優(yōu)勢(shì)，但并不是所有應(yīng)用的最佳選擇。多數(shù)情況是因?yàn)閿?shù)據(jù)速率。雖然某些無線設(shè)備可設(shè)置為每秒更新一次，但這種設(shè)備更適合更新次數(shù)為每分鐘更新幾次或間隔更長時(shí)間的應(yīng)用。需要快速響應(yīng)的資產(chǎn)設(shè)備(如流量和壓力控制)最好使用有線儀表。
現(xiàn)有煉油廠的解決方案
一個(gè)典型煉油廠的重要資產(chǎn)監(jiān)測(cè)解決方案涉及四個(gè)不同領(lǐng)域。包括：
-- 泵可能因軸承磨損、校準(zhǔn)問題和葉輪葉片損壞而導(dǎo)致的振動(dòng)加劇(圖 1)
-- 強(qiáng)制通風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)軸承磨損、校準(zhǔn)、百葉窗損壞、葉片損壞和共振頻率
-- 壓縮機(jī)的軸承磨損、潤滑問題、葉片不平衡和校準(zhǔn)問題
-- 冷卻塔的軸承和齒輪故障、傳動(dòng)軸未校準(zhǔn)和過度振動(dòng)。
圖 1. 一個(gè)典型煉油廠重要資產(chǎn)管理計(jì)劃應(yīng)包括監(jiān)測(cè)泵是否存在氣蝕和軸承損壞。
提供的預(yù)制熱交換器解決方案可使用現(xiàn)有有線和無線儀表應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的全天候自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，從而改進(jìn)運(yùn)營和降低能源成本。此類產(chǎn)品使維護(hù)人員能夠在保證最佳傳熱性能的前提下安排清理和維護(hù)作業(yè)。由此，煉油廠可以將因污垢導(dǎo)致的能源和產(chǎn)能損失降低至10%。就一個(gè)250,000-bpd 產(chǎn)量的煉油廠而言，這意味著所有過程單元每年可至少節(jié)省 350 萬美元。
無線振動(dòng)變送器能夠?yàn)闊捰蛷S帶來巨大的效益(很可能是眾多工廠使用的第一類無線設(shè)備)。這些變送器廣泛用于監(jiān)測(cè)泵的氣蝕和軸承問題、以及馬達(dá)上的軸承。
蒸汽疏水閥泄漏會(huì)浪費(fèi)蒸汽(即資金)。智能無線聲波變送器可與軟件結(jié)合使用，提供蒸汽疏水閥總體狀況的關(guān)鍵在線信息，在蒸汽疏水閥發(fā)生故障時(shí)提供通知和位置信息。
泄壓閥泄漏是件非常麻煩的事，不僅會(huì)浪費(fèi)寶貴的物料，并且在某些情況下會(huì)造成易燃和或有毒物質(zhì)泄漏。這種泄漏可能招致違規(guī)排放的處罰。智能無線聲波變送器可檢測(cè)泄壓閥產(chǎn)生的紊流并在泄漏發(fā)生和結(jié)束時(shí)提供通知。
作為重要資產(chǎn)監(jiān)測(cè)解決方案的一部分，無線變送器對(duì)空冷熱交換器也非常有用。它們可監(jiān)測(cè)冷卻性能降低、共振頻率、校準(zhǔn)問題和百葉窗失靈(圖 2)等問題。
圖 2. 振動(dòng)變送器在重要資產(chǎn)監(jiān)測(cè)計(jì)劃中對(duì)空冷熱交換器非常有用("翅式")，用于監(jiān)測(cè)冷卻性能降低、共振頻率、校準(zhǔn)問題和百葉窗損壞，以及液-液式熱交換器的污垢。
很多熱交換器在安裝時(shí)插有“測(cè)試井”— 無熱電阻或熱電偶傳感元件的熱電偶套管— 使其能夠采集過程溫度，從而檢測(cè)交換器中的污垢。用戶可以輕松地將熱電偶元件插入空的熱電偶套管并連接到無線溫度變送器，從而允許在線監(jiān)測(cè)熱交換器可能存在的污垢，如圖 3 所示。利用軟件執(zhí)行計(jì)算，然后得出結(jié)果趨勢(shì)。無線變送器還可用于監(jiān)測(cè)過程壓力和跟蹤高低液位。
圖 3.用戶可以輕松地將熱電偶元件插入空的熱電偶套管并連接到無線溫度變送器，從而允許在線監(jiān)測(cè)熱交換器可能存在的污垢。
無線監(jiān)測(cè)解決方案可通過逐漸增加無線壓力、溫度、振動(dòng)、液位和pH等類型不斷擴(kuò)大，為眾多監(jiān)測(cè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)提供額外功能。
全面的維護(hù)計(jì)劃還包括腐蝕監(jiān)測(cè)。如今的無線腐蝕監(jiān)測(cè)變送器允許在以前無法達(dá)到的位置進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，而且費(fèi)用合理。
操作員可利用在線腐蝕速率檢測(cè)腐蝕峰值和關(guān)聯(lián)其他過程數(shù)據(jù)來分析根本原因，以降低運(yùn)營成本、延長資產(chǎn)壽命和最大限度延長發(fā)生關(guān)斷的間隔。輸送這些物料的設(shè)備常常不斷老化、易受腐蝕而且不易適應(yīng)硬接線在線系統(tǒng)。在此環(huán)境中防止發(fā)生腐蝕故障的一個(gè)有效方法是將無線腐蝕變送器與可靠的數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)相結(jié)合。
無線設(shè)備的另一大優(yōu)勢(shì)是，最大程度降低操作員前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行壓力和溫度測(cè)量的需求;您可減少人員進(jìn)入有害工廠區(qū)域的時(shí)間，提高整體人員安全。
新投資的煉油廠的解決方案
在亞太和中東地區(qū)修建的煉油廠越來越多，人口的增長驅(qū)使精煉石油產(chǎn)品的需求不斷增加。趨勢(shì)顯示，未來幾年還將繼續(xù)增長。為滿足需求，國有石油公司正在新建煉油廠。
雖然這些項(xiàng)目的規(guī)模各異，但總體趨勢(shì)是建設(shè)產(chǎn)能更大的工廠。同時(shí)，很多項(xiàng)目涉及多個(gè)來自世界不同地區(qū)的工程、采購和建造 (EPC) 公司，使得項(xiàng)目計(jì)劃越發(fā)重要。即使沒有多家 EPC，在整個(gè)項(xiàng)目過程中工程設(shè)計(jì)變更也在所難免。
2009年對(duì)一個(gè)新投資的芳香族化合物項(xiàng)目(6000點(diǎn)項(xiàng)目規(guī)模)進(jìn)行調(diào)查研究，真實(shí)的數(shù)據(jù)是其中44% 的工作點(diǎn)使用了無線技術(shù)。結(jié)果顯示，與完全使用有線的 HART 解決方案相比，無線可在自動(dòng)化和安裝方面實(shí)現(xiàn) 36% 的節(jié)省;而且，在一個(gè)高密度溫度測(cè)量應(yīng)用中，盡管WirelessHART比基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線價(jià)格稍低，但無線融合了相對(duì)低的成本、在不易監(jiān)測(cè)位置的易用性和靈活性、以及未來增長的優(yōu)勢(shì)。
調(diào)查結(jié)論還得出，無線可在不易安裝、需要遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和涉及輔助系統(tǒng)等應(yīng)用具有最大的成本優(yōu)勢(shì)。無線可消除對(duì)備用 I/O 容量的需求。無線設(shè)備可簡(jiǎn)化未來進(jìn)行變更的相關(guān)事宜。與有線和總線點(diǎn)相比而言，無線點(diǎn)很容易添加。采用本來就很簡(jiǎn)單的無線技術(shù)還能簡(jiǎn)化培訓(xùn)和工程設(shè)計(jì)。通過無線可以實(shí)現(xiàn)更大的測(cè)量范圍，產(chǎn)生更大持久的運(yùn)營優(yōu)勢(shì)。
為實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)，最終用戶和 EPS 密切合作，在這些資本項(xiàng)目的前期工程設(shè)計(jì)階段就涵蓋無線網(wǎng)路，不僅將無線技術(shù)用于過程工藝測(cè)量，而且用于設(shè)備裝置監(jiān)測(cè)。
總結(jié)
無線技術(shù)在煉油行業(yè)已經(jīng)得到越來越廣泛的接受和應(yīng)用，無論是煉油廠的新建還是改造項(xiàng)目。無線可以對(duì)原先人工檢測(cè)的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)報(bào)警和故障發(fā)生前定期通知，從而減少非計(jì)劃怠工和停車的發(fā)生幾率。該項(xiàng)技術(shù)能解決煉油廠的諸多問題。針對(duì)大量區(qū)域的設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)，無線都是一種經(jīng)濟(jì)有效的方式。無線可以幫助工廠制定更加合理的維修計(jì)劃。智能無線設(shè)備能大幅增加設(shè)備的可用性，從而有效增加工廠的產(chǎn)能。
