今天的煉油廠不斷面臨挑戰(zhàn)，在不增加設施規(guī)模的條件下既要持續(xù)運營又要增加產(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)濟和產(chǎn)能過剩而關閉，要么繼續(xù)運營卻幾乎不再改進。這意味著剩余的煉油廠必須以較低的運營成本才可保持競爭力，或者通過進口成品來滿足當?shù)厥袌龅男枨?。以上措施在緊縮和經(jīng)濟不確定性的背景下會被采用。
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)試時間緊張，新投資的煉油廠仍在緊鑼密鼓的建設當中。很多煉油廠位于發(fā)展中國家，但在那里很難找到有經(jīng)驗的操作人員。煉油廠面臨的這些嚴峻的經(jīng)濟和人員配置的現(xiàn)狀，要求煉油廠對性能改進，同時保證安全、能源效率、可靠性和可用性方面提出更高的要求。
無線技術通過結(jié)合過程操作和設備監(jiān)測，針對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：
-- 添加過程監(jiān)測所需的新測點具備靈活性
-- 監(jiān)測二級泵和其它旋轉(zhuǎn)設備
-- 提供新測量方法，如聲波和振動變送器
-- 使用變送器測量方式替代就地表頭
無線應用
由于成本因素，大多數(shù)煉油廠在建設時都會盡可能減少設備安全操作所需的測量儀表和控制裝置。因為每增加一項測量都會增加成本，所以工藝設計人員通常會考慮工廠安全啟動和運營所需的最低標準，然后讓最終用戶根據(jù)需求進行添加。經(jīng)常被忽略的地方是設備狀況監(jiān)測。一方面是由于經(jīng)濟原因，另一方面是因為幾年前根本沒有無線振動變送器和聲波變送器，因此也不會成為設計師可選的工具。
過去，操作員通常使用手持采集設備或現(xiàn)場指示壓力計和溫度計進行大量讀數(shù)操作。這種方式勞心費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備上收集數(shù)據(jù)，增加了人員受傷幾率。
在沒有設備狀況信息的條件下，建立一個合理的維護計劃是非常困難的，而且意外的設備故障會導致運營低效、產(chǎn)品不合規(guī)格或不必要的設備關斷。額外的測量可以增進對資產(chǎn)設備狀況的了解，但在過去增加儀表的成本十分高昂，這包括儀表的采購價格、額外的I/O連接點必需的布線、更改文檔以及需要遵循變更管理 (MOC) 流程的花費。為改變這一狀況我們能做些什么呢?
無線技術是助推器
增加儀表的一種經(jīng)濟高效的方法是使用無線設備。無線儀表技術現(xiàn)在唾手可得，而且在全球范圍內(nèi)得到了普遍使用。WirelessHART技術已久經(jīng)考驗，是一項國際標準 (IEC 62591)，并且在2013年12月已經(jīng)成為中國國家標準。實施無線所需的工程量很小，易于安裝和調(diào)試，而且容易擴展。將儀表添加到 WirelessHART 網(wǎng)絡，實際上會提高通信可靠性并擴展網(wǎng)絡覆蓋范圍。
不適用無線技術的領域
盡管無線變送器有很多優(yōu)勢，但并不是所有應用的最佳選擇。多數(shù)情況是因為數(shù)據(jù)速率。雖然某些無線設備可設置為每秒更新一次，但這種設備更適合更新次數(shù)為每分鐘更新幾次或間隔更長時間的應用。需要快速響應的資產(chǎn)設備(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
一個典型煉油廠的重要資產(chǎn)監(jiān)測解決方案涉及四個不同領域。包括：
-- 泵可能因軸承磨損、校準問題和葉輪葉片損壞而導致的振動加劇(圖 1)
-- 強制通風機、引風機鼓風機軸承磨損、校準、百葉窗損壞、葉片損壞和共振頻率
-- 壓縮機的軸承磨損、潤滑問題、葉片不平衡和校準問題
-- 冷卻塔的軸承和齒輪故障、傳動軸未校準和過度振動。
圖 1. 一個典型煉油廠重要資產(chǎn)管理計劃應包括監(jiān)測泵是否存在氣蝕和軸承損壞。
提供的預制熱交換器解決方案可使用現(xiàn)有有線和無線儀表應用方案，實現(xiàn)經(jīng)濟高效的全天候自動化監(jiān)測，從而改進運營和降低能源成本。此類產(chǎn)品使維護人員能夠在保證最佳傳熱性能的前提下安排清理和維護作業(yè)。由此，煉油廠可以將因污垢導致的能源和產(chǎn)能損失降低至10%。就一個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。
無線振動變送器能夠為煉油廠帶來巨大的效益(很可能是眾多工廠使用的第一類無線設備)。這些變送器廣泛用于監(jiān)測泵的氣蝕和軸承問題、以及馬達上的軸承。
蒸汽疏水閥泄漏會浪費蒸汽(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鍵在線信息，在蒸汽疏水閥發(fā)生故障時提供通知和位置信息。
泄壓閥泄漏是件非常麻煩的事，不僅會浪費寶貴的物料，并且在某些情況下會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泄壓閥產(chǎn)生的紊流并在泄漏發(fā)生和結(jié)束時提供通知。
作為重要資產(chǎn)監(jiān)測解決方案的一部分，無線變送器對空冷熱交換器也非常有用。它們可監(jiān)測冷卻性能降低、共振頻率、校準問題和百葉窗失靈(圖 2)等問題。
圖 2. 振動變送器在重要資產(chǎn)監(jiān)測計劃中對空冷熱交換器非常有用("翅式")，用于監(jiān)測冷卻性能降低、共振頻率、校準問題和百葉窗損壞，以及液-液式熱交換器的污垢。
很多熱交換器在安裝時插有“測試井”— 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)測熱交換器可能存在的污垢，如圖 3 所示。利用軟件執(zhí)行計算，然后得出結(jié)果趨勢。無線變送器還可用于監(jiān)測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)測熱交換器可能存在的污垢。
無線監(jiān)測解決方案可通過逐漸增加無線壓力、溫度、振動、液位和pH等類型不斷擴大，為眾多監(jiān)測應用網(wǎng)絡提供額外功能。
全面的維護計劃還包括腐蝕監(jiān)測。如今的無線腐蝕監(jiān)測變送器允許在以前無法達到的位置進行連續(xù)在線監(jiān)測，而且費用合理。
操作員可利用在線腐蝕速率檢測腐蝕峰值和關聯(lián)其他過程數(shù)據(jù)來分析根本原因，以降低運營成本、延長資產(chǎn)壽命和最大限度延長發(fā)生關斷的間隔。輸送這些物料的設備常常不斷老化、易受腐蝕而且不易適應硬接線在線系統(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。
無線設備的另一大優(yōu)勢是，最大程度降低操作員前往現(xiàn)場進行壓力和溫度測量的需求;您可減少人員進入有害工廠區(qū)域的時間，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。
雖然這些項目的規(guī)模各異，但總體趨勢是建設產(chǎn)能更大的工廠。同時，很多項目涉及多個來自世界不同地區(qū)的工程、采購和建造 (EPC) 公司，使得項目計劃越發(fā)重要。即使沒有多家 EPC，在整個項目過程中工程設計變更也在所難免。
2009年對一個新投資的芳香族化合物項目(6000點項目規(guī)模)進行調(diào)查研究，真實的數(shù)據(jù)是其中44% 的工作點使用了無線技術。結(jié)果顯示，與完全使用有線的 HART 解決方案相比，無線可在自動化和安裝方面實現(xiàn) 36% 的節(jié)省;而且，在一個高密度溫度測量應用中，盡管WirelessHART比基金會現(xiàn)場總線價格稍低，但無線融合了相對低的成本、在不易監(jiān)測位置的易用性和靈活性、以及未來增長的優(yōu)勢。
調(diào)查結(jié)論還得出，無線可在不易安裝、需要遠程監(jiān)測和涉及輔助系統(tǒng)等應用具有最大的成本優(yōu)勢。無線可消除對備用 I/O 容量的需求。無線設備可簡化未來進行變更的相關事宜。與有線和總線點相比而言，無線點很容易添加。采用本來就很簡單的無線技術還能簡化培訓和工程設計。通過無線可以實現(xiàn)更大的測量范圍，產(chǎn)生更大持久的運營優(yōu)勢。
為實現(xiàn)這些優(yōu)勢，最終用戶和 EPS 密切合作，在這些資本項目的前期工程設計階段就涵蓋無線網(wǎng)路，不僅將無線技術用于過程工藝測量，而且用于設備裝置監(jiān)測。
總結(jié)
無線技術在煉油行業(yè)已經(jīng)得到越來越廣泛的接受和應用，無論是煉油廠的新建還是改造項目。無線可以對原先人工檢測的設備進行實時測量、實時分析、實時報警和故障發(fā)生前定期通知，從而減少非計劃怠工和停車的發(fā)生幾率。該項技術能解決煉油廠的諸多問題。針對大量區(qū)域的設備健康狀態(tài)監(jiān)測，無線都是一種經(jīng)濟有效的方式。無線可以幫助工廠制定更加合理的維修計劃。智能無線設備能大幅增加設備的可用性，從而有效增加工廠的產(chǎn)能。
