甲苯氧化装置分相器压力故障导致“冲料”

(一)基本情况

1.装置及单元简介

甲苯氧化装置是以甲苯为原料生产苯甲酸的装置，于2015年建成并投产，一期两套装置，生产能力为=100000t/a，经过扩产后为一期四套装置，其总生产能力达到2x100000t/a。主要工艺流程是甲苯在反应器中维持一定的液位，然后通入压缩空气，在催化剂的作用下进行氧化反应，氧化反应属于放热反应，会释放大量的热量，温度和压力过高均会触发联锁。反应后的尾气通过四级冷凝器、四级分相器后进入环保回收装置。尾气中除甲苯外还带有少量在常温下易结晶的苯甲酸，第四级冷凝器工况温度为13℃;装置压力通过调节四级分相器(PT-01125B)压力来实现，四级分相器工作压力为0.73MPa，每一级分相器上均设有压力远传测点。

2.回路及仪表简介

四级分相器(PT-01125B)压力测量范围为0~1.6MPa，介质为甲苯、水、苯、苯甲酸等混合物，工作温度为13.2℃;工作压力为0.73MPa;压力变送器为WX3000系列，插入式法兰连接，连接规格为DN80，插入深度为150mm，高高报警点压力为0.75MPa;调节阀测点名称位号为PV-01125B，阀门常用开度为64%左右。

(二)故障描述及处理过程

1.故障现象及描述

2021年7月13日11时，因工艺需要对B氧化装置增加风量，由8000Nm³/h增加到8500Nm³/h,13时操作人员发现反应装置液位缓慢下降，压力逐渐升高，进行相关补救操作后，现象没有显著改善。13时14分与四个分相器相连的下级分层槽出料流量迅速上升，直至超出流量计量程值，四级分相器(PT-01125B)压力报警(压力值为0.74MPa)。此时操作人员将流程图切换到“B装置尾气处理”画面(图1-21)，发现四级分相器压力调节阀(PV-01125B)处于“手动”状态。PT-01125B现场安装位置如图1-22所示。

2.故障影响范围

造成工艺参数失调，影响产品品质，引发联锁装置停车，甚至造成安全事故。

3.仪表及系统处理过程

操作人员在发现系统不正常后，减小装置进风量，将四级分相器压力调节阀(PV-01125B)投入“自动”，13时37分工艺系统恢复正常。查找报警记录发现，2021年7月13日03时45分30秒PT-01125B有一条故障报警记录(图1-23)，查找此时间点的历史趋势(图1-24)，将趋势放大到2分钟/页，PT-01125B有3s的时间“掉零”，系统提示信号故障，导致 PV-01125B由“自动”掉到了“手动”，阀位保持故障前位置63.4%，此时工艺正好处于平衡状态，而阀门的常用开度也是在64%左右，这就是工艺系统在压力调节失效的情况下还能正常生产近9个小时的原因。更换压力变送器主电路板，观察近一个月没有再出现此类故障。

(三)故障原因分析

1.主要原因

本期项目共使用WX3000系列压力(差压)变送器近50台，在投产半年左右时间后开始出现“莫名其妙”的联锁，检查过程中发现出问题的压力变送器都出现信号“掉零”的故障，当时对相关回路的浪涌保护器、安全栅甚至DCS模块进行了更换，但是问题并没有得到解决;所使用的信号电缆均符合要求，并可靠接地，还进行了绝缘和接地电阻测试，结果也符合要求，于是怀疑是现场压力变送器故障造成的。出现问题的压力变送器达到了近20台，因生产需要将现场关键联锁控制回路的8台压力(差压)变送器更换为其他品牌的仪表，信号故障问题得到解决。持续观察现场故障压力变送器，有些现场压力变送器显示屏上会不定时出现“重启”的界面，同时出现DCS数据“掉零”(图1-25)，数据故障报警，检查发现压力变送器内部设置参数没有被篡改，因此可以确定现场压力变送器是造成信号“掉零”故障的主要原因。将现场压力变送器寄回厂家测试，反馈是主电路板故障，更换了剩余10多台压力(差压)变送器主电路板后，压力变送器显示稳定没有出现数据“掉零”故障。此后几年也有些压力变送器出现数据“掉零”故障，通过更换主电路板都可以解决。对压力变送器现场环境进行了分析，生产现场大多管道设备都有保温汽，环境温度夏天最高不超过45℃，涉及的压力变送器1~4楼、室内室外都有，不具有共性;但是装置现场环境复杂，高温、潮湿、震动等工况会加速电子电路的老化，缩短其寿命，增加其不稳定性，造成压力变送器各种电路问题而产生故障。现场压力变送器质量存在缺陷是本次故障的主要原因。

2.管理原因

有三个工段在氧化操作室中操作，虽然对每个工段的报警声音进行了区分，但是工艺要求的报警点设置太多，每个测点都有两级甚至三级报警，对报警声音极易混淆。在“操作”界面流程图中，所操作的压力调节阀处于“手动”时图标PV-01125B旁边会显示字母“M”，处于“自动”时会显示字母“A”，而操作人员忽略了此次压力故障其实已经产生了报警记录，只不过“淹没”在众多报警中，操作人员也进行了习惯性的消音，压力显示故障时间只有3s，以2小时/页的历史趋势是看不到的。根据国际标准IEC 62682-2014《过程工业报警系统管理》规定，每小时超过12条报警，对于操作人员不可接受，2小时1页属于“报警洪水”或“报警泛滥”。“报警泛滥”使操作人员不堪忍受或忽视报警的处理是本次故障产生的管理原因。压力调节阀切回“自动”DCS画面如图1-26所示。

(四)防范措施及改进建议

(1)对于关键工艺点可选择可靠性较高的仪表，特别是对于选择插入式法兰的仪表，因与设备相连的根部没有阀门，一旦发生故障，在不停工的情况下几乎无法更换。

(2)与工艺、安全技术部门共同研究，设置合适的报警分级和报警管理。

(3)完善操作规程，对报警参数追查到底并检查相关调节、联锁回路是否处于正常状态。

(4)与工艺技术部门研究能否改变仪表选型，如采用平法兰加装根部阀门。

注：本文摘自仪表圈编辑的《仪表问答》，感谢仪表圈的团队！