炼油厂的未来是无线

炼油厂面临的这些严峻的经济和人员配置的现状,要求炼油厂对性能改进,同时保证安全、能源效率、可靠性和可用性方面提出更高的要求。无线技术通过结合过程操作和设备监测,针对这些交叉问题提供了整体解决方案。

今天的炼油厂不断面临挑战,在不增加设施规模的条件下既要持续运营又要增加产量,为此炼油厂饱受压力。在北美和欧洲,一些老的炼油厂要么由于经济和产能过剩而关闭,要么继续运营却几乎不再改进。这意味着剩余的炼油厂必须以较低的运营成本才可保持竞争力,或者通过进口成品来满足当地市场的需求。以上措施在紧缩和经济不确定性的背景下会被采用。

在全球的其它地区(特别是亚太和中东地区),尽管施工和调试时间紧张,新投资的炼油厂仍在紧锣密鼓的建设当中。很多炼油厂位于发展中国家,但在那里很难找到有经验的操作人员。炼油厂面临的这些严峻的经济和人员配置的现状,要求炼油厂对性能改进,同时保证安全、能源效率、可靠性和可用性方面提出更高的要求。

无线技术通过结合过程操作和设备监测,针对这些交叉问题提供了整体解决方案。方案主要有四方面优势:
-- 添加过程监测所需的新测点具备灵活性
-- 监测二级泵和其它旋转设备
-- 提供新测量方法,如声波和振动变送器
-- 使用变送器测量方式替代就地表头

无线应用

由于成本因素,大多数炼油厂在建设时都会尽可能减少设备安全操作所需的测量仪表和控制装置。因为每增加一项测量都会增加成本,所以工艺设计人员通常会考虑工厂安全启动和运营所需的最低标准,然后让最终用户根据需求进行添加。经常被忽略的地方是设备状况监测。一方面是由于经济原因,另一方面是因为几年前根本没有无线振动变送器和声波变送器,因此也不会成为设计师可选的工具。

过去,操作员通常使用手持采集设备或现场指示压力计和温度计进行大量读数操作。这种方式劳心费力并且人力资源使用效率低。它不仅限制读数的频率,而且可能需要员工爬到温度较高的过程设备上收集数据,增加了人员受伤几率。

在没有设备状况信息的条件下,建立一个合理的维护计划是非常困难的,而且意外的设备故障会导致运营低效、产品不合规格或不必要的设备关断。额外的测量可以增进对资产设备状况的了解,但在过去增加仪表的成本十分高昂,这包括仪表的采购价格、额外的I/O连接点必需的布线、更改文档以及需要遵循变更管理 (MOC) 流程的花费。为改变这一状况我们能做些什么呢?

无线技术是助推器

增加仪表的一种经济高效的方法是使用无线设备。无线仪表技术现在唾手可得,而且在全球范围内得到了普遍使用。WirelessHART技术已久经考验,是一项国际标准 (IEC 62591),并且在2013年12月已经成为中国国家标准。实施无线所需的工程量很小,易于安装和调试,而且容易扩展。将仪表添加到 WirelessHART 网络,实际上会提高通信可靠性并扩展网络覆盖范围。

不适用无线技术的领域

尽管无线变送器有很多优势,但并不是所有应用的最佳选择。多数情况是因为数据速率。虽然某些无线设备可设置为每秒更新一次,但这种设备更适合更新次数为每分钟更新几次或间隔更长时间的应用。需要快速响应的资产设备(如流量和压力控制)最好使用有线仪表。

现有炼油厂的解决方案

一个典型炼油厂的重要资产监测解决方案涉及四个不同领域。包括:
-- 泵可能因轴承磨损、校准问题和叶轮叶片损坏而导致的振动加剧(图 1)
-- 强制通风机、引风机鼓风机轴承磨损、校准、百叶窗损坏、叶片损坏和共振频率
-- 压缩机的轴承磨损、润滑问题、叶片不平衡和校准问题
-- 冷却塔的轴承和齿轮故障、传动轴未校准和过度振动。

图 1. 一个典型炼油厂重要资产管理计划应包括监测泵是否存在气蚀和轴承损坏。

提供的预制热交换器解决方案可使用现有有线和无线仪表应用方案,实现经济高效的全天候自动化监测,从而改进运营和降低能源成本。此类产品使维护人员能够在保证最佳传热性能的前提下安排清理和维护作业。由此,炼油厂可以将因污垢导致的能源和产能损失降低至10%。就一个250,000-bpd 产量的炼油厂而言,这意味着所有过程单元每年可至少节省 350 万美元。

无线振动变送器能够为炼油厂带来巨大的效益(很可能是众多工厂使用的第一类无线设备)。这些变送器广泛用于监测泵的气蚀和轴承问题、以及马达上的轴承。

蒸汽疏水阀泄漏会浪费蒸汽(即资金)。智能无线声波变送器可与软件结合使用,提供蒸汽疏水阀总体状况的关键在线信息,在蒸汽疏水阀发生故障时提供通知和位置信息。

泄压阀泄漏是件非常麻烦的事,不仅会浪费宝贵的物料,并且在某些情况下会造成易燃和或有毒物质泄漏。这种泄漏可能招致违规排放的处罚。智能无线声波变送器可检测泄压阀产生的紊流并在泄漏发生和结束时提供通知。

作为重要资产监测解决方案的一部分,无线变送器对空冷热交换器也非常有用。它们可监测冷却性能降低、共振频率、校准问题和百叶窗失灵(图 2)等问题。

图 2. 振动变送器在重要资产监测计划中对空冷热交换器非常有用("翅式"),用于监测冷却性能降低、共振频率、校准问题和百叶窗损坏,以及液-液式热交换器的污垢。

很多热交换器在安装时插有“测试井”— 无热电阻或热电偶传感元件的热电偶套管— 使其能够采集过程温度,从而检测交换器中的污垢。用户可以轻松地将热电偶元件插入空的热电偶套管并连接到无线温度变送器,从而允许在线监测热交换器可能存在的污垢,如图 3 所示。利用软件执行计算,然后得出结果趋势。无线变送器还可用于监测过程压力和跟踪高低液位。

图 3.用户可以轻松地将热电偶元件插入空的热电偶套管并连接到无线温度变送器,从而允许在线监测热交换器可能存在的污垢。

无线监测解决方案可通过逐渐增加无线压力、温度、振动、液位和pH等类型不断扩大,为众多监测应用网络提供额外功能。

全面的维护计划还包括腐蚀监测。如今的无线腐蚀监测变送器允许在以前无法达到的位置进行连续在线监测,而且费用合理。

操作员可利用在线腐蚀速率检测腐蚀峰值和关联其他过程数据来分析根本原因,以降低运营成本、延长资产寿命和最大限度延长发生关断的间隔。输送这些物料的设备常常不断老化、易受腐蚀而且不易适应硬接线在线系统。在此环境中防止发生腐蚀故障的一个有效方法是将无线腐蚀变送器与可靠的数据传输和处理系统相结合。

无线设备的另一大优势是,最大程度降低操作员前往现场进行压力和温度测量的需求;您可减少人员进入有害工厂区域的时间,提高整体人员安全。

新投资的炼油厂的解决方案

在亚太和中东地区修建的炼油厂越来越多,人口的增长驱使精炼石油产品的需求不断增加。趋势显示,未来几年还将继续增长。为满足需求,国有石油公司正在新建炼油厂。

虽然这些项目的规模各异,但总体趋势是建设产能更大的工厂。同时,很多项目涉及多个来自世界不同地区的工程、采购和建造 (EPC) 公司,使得项目计划越发重要。即使没有多家 EPC,在整个项目过程中工程设计变更也在所难免。

2009年对一个新投资的芳香族化合物项目(6000点项目规模)进行调查研究,真实的数据是其中44% 的工作点使用了无线技术。结果显示,与完全使用有线的 HART 解决方案相比,无线可在自动化和安装方面实现 36% 的节省;而且,在一个高密度温度测量应用中,尽管WirelessHART比基金会现场总线价格稍低,但无线融合了相对低的成本、在不易监测位置的易用性和灵活性、以及未来增长的优势。

调查结论还得出,无线可在不易安装、需要远程监测和涉及辅助系统等应用具有最大的成本优势。无线可消除对备用 I/O 容量的需求。无线设备可简化未来进行变更的相关事宜。与有线和总线点相比而言,无线点很容易添加。采用本来就很简单的无线技术还能简化培训和工程设计。通过无线可以实现更大的测量范围,产生更大持久的运营优势。

为实现这些优势,最终用户和 EPS 密切合作,在这些资本项目的前期工程设计阶段就涵盖无线网路,不仅将无线技术用于过程工艺测量,而且用于设备装置监测。

总结

无线技术在炼油行业已经得到越来越广泛的接受和应用,无论是炼油厂的新建还是改造项目。无线可以对原先人工检测的设备进行实时测量、实时分析、实时报警和故障发生前定期通知,从而减少非计划怠工和停车的发生几率。该项技术能解决炼油厂的诸多问题。针对大量区域的设备健康状态监测,无线都是一种经济有效的方式。无线可以帮助工厂制定更加合理的维修计划。智能无线设备能大幅增加设备的可用性,从而有效增加工厂的产能。

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