企業安全生產中儀表共性問題探討

于世恒

(上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

2017年9月筆者作為檢查組成員參加了某集團公司的安全大檢查，針對該集團公司下屬企業中存在的儀表專業共性問題，進行了歸納、總結、分析、討論，對照規范解讀，給出了整改建議。

1 安全檢查的必要性

1.1 當前形勢

目前石化企業產能過剩，截止到2016年底，中國煉油能力已達750 Mt/a，占全球煉油能力的15%，居世界第二位。除中石化、中石油、中海油“三桶油”外，民營及地方煉油企業迅猛發展，已形成以山東地方煉油企業為龍頭的“第四桶油”[1]。

由于競爭日益激烈，石化企業績效增長愈發緩慢，安全生產形勢嚴峻，環保壓力巨大。目前，石化企業正處在轉型升級時期，一方面是新技術的應用迅猛發展，另一方面是對技術管理的要求越來越高。

安全大檢查作為管理手段和方法，可防患于未然，更好地促進企業之間的交流與學習。

1.2 檢查依據及內容

本次檢查主要依據《集團公司安全管理手冊》、《化工企業工藝安全管理實施導則》、《設備管理制度》等，按照該集團公司《關于開展2017年度HSE大檢查的通知》要求和領導的講話精神，對企業的安全生產狀況進行了檢查。

2017年HSE檢查(設備組)的內容包括： 設備綜合管理、轉動設備管理、壓力容器及壓力管道管理、防腐管理、儀表管理、電氣安全管理6個專項，其中包括設備故障管理、設備風險管理、設備培訓、設備變更管理、可燃及有毒氣體報警儀、聯鎖保護系統、SIL評估、“三三二五”制管理、電氣安全管理等21個檢查要點。

2 儀表專業共性問題分析

2.1 儀表接線保護管及接頭密封問題

石化企業現場有嚴格的防爆等級劃分，儀表設備有嚴格的防爆要求，如果儀表防爆密封達不到要求，現場儀表接線口的密封處理不規范，極易引發儀表故障，后果極其嚴重。

檢查發現： 儀表防爆接線盒使用撓性防爆軟管接入儀表分支線纜，儀表撓性軟管老化破損、防爆接頭脫落不密封、Y型密封接頭中沒有密封填料等現象普遍存在，尤其是儀表防爆接口密封墊的選用及與電纜線徑的匹配度等細節問題常被忽視。

儀表進線口密封不嚴，輕則腐蝕性氣體侵入，重則進水，導致儀表接線端子腐蝕短路。筆者所在單位曾發生過電磁閥接線口密封滲漏進入雨水，造成裝置聯鎖停車事故。

石化企業有關標準規范對儀表設備完好及儀表線纜敷設施工有明確要求：

1) 關于儀表完好。SHS 01001—2004《石油化工設備完好標準》第7.1.3條規定“包括檢測元件、引線、儀表箱及附件等全套儀表的安裝和維護應符合規范的要求”。

2) 關于儀表防爆撓性軟管的使用。GB 50093—2013《自動化儀表工程施工及驗收規范》第7.4.8條規定“電纜導線管與檢測元件或現場儀表之間，宜用撓性管連接，應設防水彎，與現場儀表箱、接線箱、接線盒等連接時硬密封，并固定牢固”。SH 3521—1999《石油化工儀表工程施工技術規程》第6.5.4條第5款規定“保護管與現場儀表、檢測儀表之間應按其所在危險區域的級別，選用隔爆型金屬軟管連接”。SH 3521—2013 《石油化工儀表工程施工技術規程》第8.8.5條b款“保護管與儀表、檢測元件、接線箱、接線盒連接時，應安裝防爆密封管件，并做好充填密封”。

由此可見，GB 50093—2013《自動化儀表工程施工及驗收規范》中修改為“宜用撓性管連接”；SH 3521—1999《石油化工儀表施工技術規程》中規定“應選用隔爆型金屬軟管連接”；而該規范2013版中完全修改為“應安裝防爆密封管件”，不再推薦撓性管連接。

GB 3836—2010《爆炸性環境用電氣設備》(等同于IEC 60079-0—2007)中明確指出，隔爆電器電纜引入后不能改變隔爆外殼的隔爆性能。

因此，隔爆型防爆撓性管和隔爆密封頭，選擇其一即可，不一定非要選擇隔爆型防爆撓性管[2]。建議儀表專業設計時，可以根據規范選用防爆格蘭密封頭，不用撓性保護管，避免儀表撓性保護管易出現橡膠管老化龜裂、接頭破損現象。

3) 儀表線纜接口密封及線纜線徑匹配度問題。儀表設計及施工應重視儀表線纜接口密封及線纜線徑匹配度問題，如匹配不好，則達不到密封效果。

2.2 壓縮機儀表漏油問題

檢查中發現，進口壓縮機軸系儀表漏油的較少，而國產壓縮機軸系儀表漏油較為普遍，主要是軸系溫度儀表引線密封不好，使得潤滑油通過芯線虹吸進入儀表接線箱內，導致漏油。

國內已有儀表廠家針對軸系溫度儀表引線漏油問題，設計開發了專用密封接頭，結構如圖1所示，很好地解決了漏油問題。

圖1 壓縮機軸系測溫儀表引線密封結構示意

2.3 儀表機柜間電纜進線及控制室防爆防火間距問題

儀表機柜間儀表線纜進線口不符合規范，存在線纜槽盒腐蝕破損、線纜井未進行黃沙封堵、未加裝防雨蓋板等現象；控制室為非抗爆設計，距離裝置區太近，防爆、防火間距不符合規范要求，這些現象在一些老企業裝置中普遍存在。

2.3.1儀表機柜間儀表線纜進線口設計

一般控制室，根據SH/T 3006—2012《石油化工控制室設計規范》要求，推薦采用架空進線方式，電纜穿墻入口處宜采用專用電纜穿墻密封模塊，并滿足抗爆、防火、防水、防塵要求。抗暴控制室，根據GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆設計規范》有關條文規定，應滿足以下要求：

1) 室外電纜進入室內應采用電纜溝進線方式，溝內需充沙；不得在室內地面以上的外墻上開電纜進線洞；基礎墻體洞口應采用防火材料進行封堵。

2) 室內、外地面高度差應不小于600 mm，其中活動地板下的地坪與室外地坪的高度差應不小于300 mm。

3) 室外電纜進線口,位于室內活動地板下的地坪與室外地坪之間，如圖2所示，電纜穿墻入口處洞底標高，應高于室外溝底標高300 mm以上，活動地板下地坪與室外地坪間的高度差應不小于300 mm。

4) 電纜進線口應采用防火材料隔氣、防水，并做密封封堵處理；電纜進線口室外地面應設置抗爆圍堰，底部須有排水設施，電纜敷設完畢后，圍堰內應充沙做隔爆處理[3]。抗暴機柜間儀表線纜進線口結構，如圖2所示。

圖2 機柜間儀表線纜進線口結構示意

2.3.2控制室防爆防火間距設計規范及法規要求

根據GB 50160—2008《石油化工企業設計防火規范》第4.2.12條要求，石油化工企業總平面布置的防火間距除該規范另有規定外，不應小于30 m；第5.2.18 條要求化驗室、辦公室等面向有火災危險性設備側的外墻，宜為無門窗、洞口的不燃燒材料為實體墻；當確需設置門窗時應采取防火門窗。

國家安全監管總局安監總管三〔2017〕121號《化工和危險化學品生產經營單位重大生產安全事故隱患判定標準(試行)》文件中明確，涉及“兩重點一重大”，即具有重點危險工藝、重點危險化學品、重大危險源等的生產裝置及儲存設施外部，如果安全防護距離不符合國家標準要求，將視為重大事故隱患。

2.4 控制室機柜散熱問題

機柜內電源等大功率器件散熱量大，檢查中發現配置不合理，個別機柜內溫度高達70～80 ℃，機柜門需要長期敞開散熱。由于機柜門長期敞開，失去了對電磁干擾信號的屏蔽效果，存在安全隱患。尤其是電廠的機柜間，由于環境存在粉塵，機柜間以及機柜內一方面要求密封防塵，另一方面要求良好的通風散熱。因此，在機柜設計配置時，機柜熱負荷的核算需要考慮在內；并且熱空氣比冷空氣輕，柜內空氣流向應當是由下往上，只有在柜內溫度高于環境溫度時，使用過濾風扇才是有效，因而應將柜體的前門或者側壁板的下方作為進氣口，上方作為排氣口[4]；如果工作現場的環境比較理想，沒有粉塵、油霧、水汽等影響，柜內各元器件正常工作的，可采用軸流風機作為進氣口風扇。

機柜間空調的選型應根據柜內溫度與環境溫度的差值以及機柜內的熱損耗，從而確定空調所需要的制冷量來選取，目前一般是按照德國威圖公司提供的經驗公式進行選取，其計算如下：

PE=PV-KAΔt

(1)

式中：PE——總的制冷量，W；PV——柜內元器件總的熱損耗，W；K——傳熱系數，W·(m2·℃)-1，其值根據柜體材料的不同而不同，一般來說，鋼板為5.5 W·(m2·℃)-1，鋁板為11 W·(m2·℃)-1，塑料為0.3 W·(m2·℃)-1；A——柜體實際散熱面積，m2；Δt——柜體內外的溫差，柜體內部的溫度一般為35 ℃，減去柜體外面的溫度，即工作現場的環境溫度。

柜體的安裝方式對柜體的散熱有較大影響，德國威圖機柜提供了幾種典型安裝方式的散熱面積的計算，具體應用時可參考，本文不再贅述。

2.5 儀表配電規范理解與執行問題

檢查中發現： 機柜間儀表220 V供電的零線有些單位接地，有些沒有接地；檢測電源對地電壓，會發現220 V火線對地電壓是110 V，零線對地電壓也是110 V 的狀況。為什么機柜間儀表供電會存在較大的零線-地線電壓(下文稱零地電壓)？

2.5.1儀表供電電源零線接地問題

按電氣有關規范，220 V 供電零線浮空或接地均有道理[5]。GB 50303—2003《建筑電氣工程施工質量驗收規范》中要求零線接地，其中第9.1.4規定UPS輸出側中性點接地；GB 50303—2015《建筑電氣工程施工質量驗收規范》修訂為接和不接都可以，其中第4.1.2中規定，UPS輸出側中性點是否接地按設計要求執行。

而SH/T 3082—2003《石油化工儀表供電設計規范》明確要求儀表的220 V零線應接地[6]，其中7.1.4規定儀表電源系統應采用TN-S或TN-C-S系統供電。

TN-S系統的零線(N)與保護接地線(PE)在變電所為1點接地，電源返出后，PE線和N線是分開的，不再有任何電氣連接。PE線連接設備金屬外殼，正常狀態無電流，安全可靠，抗干擾性強，如圖3的三相五線制。

圖3 TN-S 接線示意

2.5.2220 V零線對地存在110 V電壓問題

儀表配電設計也是TN-S供電，為什么有的機柜間220 V零線對地電壓是110 V？機柜間儀表供電這種情況多是UPS 存在隔離引起的，UPS主電路有各種接法：

1) 當旁路帶隔離時，進線N線與UPS輸出N線電氣隔離，因而輸出N線應與PE線等電位連接并與共用接地系統相連，UPS之后仍為TN-S系統。

2) 當旁路無隔離時，進線N線與UPS輸出N線直接金屬連接，因而UPS輸出N線不應再接地，UPS之后仍為TN-S系統。

除上述外，還有其他接法。總之，UPS輸出N線是否需要接地，應根據UPS的接線形式決定，UPS的輸出既不是IT系統，也不是TN-C-S系統，應該為TN-S系統。

2.5.3零地電壓問題

220 V電源N線與PE線之間的電位差稱為“零地電壓”，零地電壓的產生主要是零線上有電流，導致該現象的主要原因是： 諧波干擾和電源的三相不平衡。諧波干擾是由使用的非線性負載設備產生的，由于非線性負載設備廣泛存在，想要完全消除諧波是不可能的，只有采取各種技術措施來降低其危害。目前，電源的三相平衡在廣泛使用雙電源的供電方式中很難實現，由此三相不平衡造成的零線電流也一定會存在。

既然零地電壓不可避免，該如何控制？一般認為當“零地電壓”高于電子設備的允許值時，將引起硬件故障、燒毀設備，引發控制信號的誤動作，影響通信質量，延誤或阻止通信的正常進行。因此，當“零地電壓”不滿足負載的使用要求時，應采取措施，降低“零地電壓”。

儀表機柜間供電一般執行GB 50174—2008《電子信息系統機房設計規范》，該規范中明確規定，零地電壓應小于2 V[7]。

2.6 儀表防雷問題

2.6.1儀表防雷現狀

檢查時發現，各單位存在以下共性現象。

1) 防雷檢測不規范。國家氣象局2016年4月頒布第31號令《雷電防護裝置檢測資質管理辦法》中明確規定，防雷接地檢測需有資質的單位負責。檢查中發現部分單位是由沒有資質的電氣檢維修隊伍進行測試，但無論誰檢測，防雷檢測必須按GB/T 21431—2015《建筑物防雷裝置檢測技術規范》要求進行。

2) 防雷檢測臺賬不健全。防雷接地點沒有編號，每個防雷接地點應有編號，要有檢測記錄及檢測報告。

3) 儀表外殼接地問題。進口撬裝成套設備的儀表外殼都是可靠接地的，但是國內儀表外殼大都不接地，而儀表外殼接地將有利于防雷保護。

4) 控制系統點檢，缺接地檢查項。點檢報告中接地電阻沒有檢查測試記錄，控制系統接地電阻檢查應列入點檢必查項目。

5) 大量使用玻璃鋼匯線槽。有些石化企業，為避免金屬儀表匯線槽盒腐蝕問題，大量使用了玻璃鋼匯線槽，這對儀表線纜的干擾屏蔽防護及防雷非常不利。

6) 機柜間儀表屏蔽線問題。儀表信號線進入控制室后，在中間接線柜過早地分離了屏蔽層，中間接線柜到信號端子柜之間大段線纜失去了屏蔽保護。

2.6.2儀表防雷措施

雷電的本質是帶電積雨云的放電，云對地放電叫“地閃”，云和云之間放電叫“云閃”，雷電對儀表的影響在于雷電釋放產生的耦合感應電流會干擾儀表回路，嚴重的會造成儀表誤動作影響生產。對儀表危害最大是“地閃”[8]。

1) 儀表防雷的核心是等電位，建筑物避雷針、避雷網、雷電柵都不能做到全面保護，處理好接地系統，盡量做到等電位連接才是根本[9]。

2) 傳統避雷針的保護作用是有選擇性的，對感應雷沿著架空導線侵入產生的高壓電磁波，它是無能為力的。即使是對直擊雷的防護，由于避雷針的“尖端引電”作用，對于鋼筋水泥結構的控制室及金屬管架、塔器等裝置，如接地線斷開或接點虛焊等造成的接地系統不良，雷電流不能順利向大地泄放，則控制室鋼筋及裝置的金屬結構就會帶電，有時甚至高達幾萬伏，從而發生雷擊事故。

3) 采用消雷器避雷是一種新趨勢。消雷器是一種新型防雷裝置，由設置在被保護物上方的電離裝置、設置在地表層內的地電流收集裝置及接通這兩種裝置的連接線構成。電離裝置在雷云強電場中大致保持著大地電位，它和附近空氣的電位差隨雷云電場強度的激增而促使場強區內針尖附近的空氣電離，形成大量空間電荷。電離的負電荷為地電流收集裝置所吸收，電離的正電荷為雷云負電荷所吸引和中和，從而發生消雷作用。

有數據表明消雷器效果要好于傳統的避雷針，能避免避雷針在引雷的過程中,尤其是二次雷電效應對儀表電子設備和易燃易爆品所造成的危害，目前石化企業已有使用案例。

2.7 可燃及有毒氣體報警儀問題

檢查時發現，各單位存在以下共性現象。

1) 可燃及有毒氣體報警儀檢查不規范。檢查時發現，沒有詳細的檢查記錄，更換探頭也沒有按要求進行標定。對可燃、有毒氣體報警儀，應進行月度檢查、季度檢測、年度標定，更換探頭時應重新標定[10]。

2) 屬于“兩重點一重大”項目，沒有按要求獨立設置可燃及有毒氣體檢測系統(GDS)，報警聲音沒有辨識度。許多企業的GDS和DCS共用1個控制器，報警聲音沒有辨識度，大修期間DCS停車檢修時，GDS無法正常工作。

3) 報警儀現場儀表沒有聲光報警功能，一些老型號的可燃及有毒氣體報警儀的現場儀表沒有聲光報警功能，不能及時提醒現場人員，存在著安全隱患。

4) 報警儀設置不合理。酸性水泵附近沒有設置報警儀，測氫氣管線氫氣泄漏的探頭高度不夠，探頭設置數量不夠等現象，在檢查的時候經常發現。

2.8 安全儀表系統管理問題

安全儀表系統(SIS)的管理存在以下現象。

1) 重可用性、輕安全性，變更沒有評估。如某企業乙二醇裝置壓縮機組溫度聯鎖方案變更如下：

a) 原壓縮機組溫度聯鎖方案： 高速軸瓦、低速軸瓦、壓縮機徑向軸瓦、止推軸瓦溫度，共計14點溫度聯鎖，設計以上各部位的軸向溫度、徑向溫度分別為“1oo1”聯鎖。

b) 根據生產要求，變更為軸向與徑向溫度為“2oo2”聯鎖。變更理由是1個月內停車3次，生產裝置要求變更，雖然有簽字手續，但缺乏深入評估。軸向和徑向是不同的部位，改為“2oo2”聯鎖是否合適，值得商榷。

2) 聯鎖解除隨意。某企業催化裝置富氣壓縮機汽輪機排氣壓力低低“2oo3”聯鎖，由于聯鎖設定值卡邊頻繁報警而長期解除。如此作法帶來很大的安全隱患，具體作法是應進行評估，如評估認為不重要，就解除該聯鎖；如重要，則修改聯鎖條件，再投用。

3) 儲運罐區未設置SIS。沒有按要求開展風險分析(HAZOP)及安全完整性等級(SIL)評估，應按要求進行評估后，根據評估等級，合理設置SIS。

4) 有些企業屬于“兩重大一重點”的儲運罐區，SIS是和DCS設置在一起的，沒有按要求獨立設置SIS。

2.9 其他問題

1) 控制系統改造升級面臨巨大壓力。企業大量基于WIN-XP操作系統的控制系統仍在運行，而控制系統廠家已不再提供技術支持，企業控制系統升級壓力巨大，一旦發生基于WIN-XP 操作站的故障，市面上現有的操作站將無法替代。目前除系統升級外，比較可行的做法是收集升級后退下來的同型號電腦，重新整理后用作應急。

2) 工控網絡安全基本處于空白狀態。國家已經頒布網絡安全法，工控系統的網絡安全問題納入了國家監管，目前各地已經開始由地方公安局及“網信辦”主導的工控系統網絡安全等級確認以及保護方案的制訂工作。石化企業在役的控制系統在網絡安全防護方面基礎薄弱，如何盡快適應工控網絡安全法的要求，還有許多工作要做。

3) SIS的評估整改存在難度。2014年國家安全監管總局頒布了安監總管三〔2014〕116號《關于加強化工安全儀表系統管理的指導意見》(下文稱116號文)中明確要求2019年12月31日前，在役裝置完成SIS的評估和完善工作。石化企業連續長周期生產，要在一年多時間內完成評估并停車整改有相當大的難度。

3 感悟及思考

1) 儀表管理上重設計、輕維護。現在實行設計終身負責制，在項目設計階段，設計院都能嚴格按規范設計，但在施工環節上，由于施工單位技術力量參差不齊，業主方面監管不力，問題較多，在使用維護過程中更是要求不嚴、做不到位。

應牢固樹立儀表設備全生命周期管理理念。全生命周期管理的核心是消除系統性失效因素，在儀表控制系統設計、施工、維護的各個環節，應嚴格按規范要求去做，尤其在日常維護管理中要定期實施預防性維護，及時發現問題消除隱患。

2) 儀表維護方面重室內、輕室外。目前企業儀表控制系統已全部采用DCS，可靠性大幅提高，日常維護方面，DCS要好于室外現場儀表部分，DCS部分故障會有報警提示，室外部分儀表問題的發現要憑經驗和責任心。

未來應該有儀表設備預防性維護系統做技術支撐，隨著智能儀表設備自診斷技術的提高，故障信息會更加詳實精準，預防性維護更加有的放矢。

3) 儀表故障分析及風險評估缺乏基礎數據。目前中國儀表行業還沒有建立自己的儀表設備失效數據庫，在HAZOP及SIL評估方面，大多憑經驗，需要進行定量分析，驗算時使用的數據也大多是參考國外的儀表失效數據，應及早建立中國自己的失效數據庫。

企業內部對儀表故障的分析不夠重視，部分企業儀表維保工作外包給第三方，儀表故障維修信息缺乏系統的回收積累統計分析。未來該問題的解決可以通過智能儀表內置芯片自動記錄故障，定期導出上傳，可以排除人為因素，故障信息更加真實可信。

4) HAZOP及SIL評估還沒有成為工作習慣。目前“功能安全”的理念還沒有做到完全普及，按照“功能安全”的規范要求進行HAZOP及SIL評估，來進行SIS設置及維護管理，還沒有成為工作習慣。國家安監局頒布了116號文來強化安全儀表的管理工作，但是企業大都是把評估工作委托第三方做，企業內部真正掌握評估技術，按“功能安全”理念指導日常工作的不多。

應大力推廣普及有關“功能安全”的標準規范，如GB/T 20438/21109(等同IEC 61508/61511)《電氣/電子/可編程電子安全相關系統的功能安全》等。

5) 提高自控率，提升控制系統的使用管理水平。目前還有許多企業儀表自控率不能達標，儀表控制系統不斷升級，而儀表自控率卻上不去。因為會參數整定的人越來越少，傳統單回路控制之間存在相互耦合，單靠PID參數整定無法投用，應該對工藝過程全面深入了解，找到主要干擾因素，對DCS自帶的一些高級算法進行透徹理解掌握，利用好DCS自身的性能。DCS自控率的提高，也是提高裝置操作穩定性、安全性的主要手段。

6) 全面透徹理解掌握技術規范。儀表自控技術更新發展非常快，有關儀表自控專業的技術規范更新也非常快，作為儀表技術管理人員應及時了解、掌握儀表新技術及規范。企業應為基層技術人員多提供學習的機會，學習了解新技術、新規范。

4 結束語

目前石化企業正處于技術轉型變革時期，大數據、云計算、智能化工廠等與儀表自動化息息相關的新概念層出不窮。隨著企業深化改革，傳統的企業設置儀表車間的維保方式正在被社會化、專業化的第三方維保隊伍所替代，儀表維修空間逐步縮小，儀表管理面臨許多難點和新問題。

不管怎樣，堅持以人為本，敬畏規則，注重細節，應該是儀表人永遠的追求。

參考文獻：

[1] 于世恒.煉油化工儀表自動特點及發展趨勢[J].石油化工自動化,2017,53(06)： 1-6.

[2] 梁達.隔爆儀表電纜引入和保護的探討與實踐[J].石油化工自動化，2008,44(01)： 89-90.

[3] 劉武，路以寧，張俊，等. GB 50779—2012 石油化工控制室抗爆設計規范[S].北京： 中國計劃出版社，2012.

[4] 王亞智.淺談低壓機柜的熱設計[J].電工文摘，2014，40(03)： 20-28.

[5] 付慈英，余成立，沈志橋，等. GB 50303—2015 建筑電氣工程施工質量驗收規范[S]. 北京： 中國計劃出版社，2015.

[6] 胡偉，李樹通，王珍錦，等.SH/T 3082—2003石油化工儀表供電設計規范[S].北京： 中國石化出版社，2003.

[7] 中國電子工程設計院.GB 50174—2008電子信息系統機房設計規范[S].北京： 人民出版社，2008.

[8] 徐義亨.控制工程中的電磁兼容[M].上海： 上海科學技術出版社，2016.

[9] 葉向東.石油化工儀表防雷工程設計[J].石油化工自動化， 2008，44(02)： 6-10.

[10] 文科武，李蘇秦，羅明，等. GB 50493—2009石油化工可燃有毒氣體報警系統設計規范[S].北京： 中國計劃出版社，2009.