解决工艺不稳定性

有些日子里，植物里似乎有小精灵在尽最大努力让你的生活变得痛苦。没有什么东西会像它应该的那样自动运行，你也不知道为什么。不受控制的过程的主要原因是什么?您如何从源头上解决这些问题?

“故障可能来自任何地方:雷雨、原材料变化或设备故障，”体育运动员、expert - tune营销和产品开发副总裁乔治·巴克比(George Buckbee)说。“真正的问题是，不安倾向于在整个工厂传播。大多数过程都有某种激增能力，但扰动仍然倾向于四处移动。”

有时，这种运动使得很难将症状与原因联系起来，因为乍一看，两者似乎并不相关。这才是真正的侦探工作开始的地方。幸运的是，有许多可用的工具可以使您的工作更轻松。

一旦您确信流程本身的最基本概念没有问题，问题可以分为四大类:

•工艺设计和控制策略;
•硬件选择和尺寸;
•设备故障;和
•可变性。

虽然这些问题在某些领域重叠，但开始将问题及其相关症状分开进行分析是有用的。

设计与策略

控制策略可能是一个比用户更经常意识到的问题。安装了控制系统的事实，甚至可能是相对较新的，并不能保证它实际上可以按照预期的方式运行过程。如果架构师没有很好地调整系统，使所有循环自动运行，那么基本策略可能是错误的。这使得操作人员试图通过手动运行一些循环来弥合链条中的薄弱环节。这种情况不难发现，因为一些操作员和班次会比其他操作员运行得更好。(稍后会详细介绍这个话题。)

还有其他类型的战略问题更微妙，但同样有问题。例如，一些连续的过程趋向于振荡。当您开始寻找根源时，您可能会发现，如果您不进行适当的补偿，存在离散的或批量的元素，这些元素可能会破坏更大的图景。鲍勃·赖斯博士，解决方案工程主管控制站他举例说:“想想一家水泥厂，你从不同的筒仓中获得10到15分钟的进料模式，你在筒仓内通过填充和清空得到一个循环。你会在饲料中得到一个自然的振荡基于桶里的多少。这种振荡可以通过整个工厂，你永远不会完全摆脱它，因为它是一种批量操作。为了使这种振荡最小化，你必须尽早处理它。你不能总是解决它，但你至少应该知道它是从哪里来的。然后你可以找到最接近它的东西，你可以纠正，并减轻一些问题。而是找到问题的根源，并找到最经济的解决方法。”

有时振荡源不容易找到。定位它的关键可能包括找到它所影响的所有元素。巴克比建议说:“当你遇到一个连续的循环时，关键是要知道，沮丧的根源和受其影响的所有事情都以相同的频率或相同的周期振荡。”“这是一个大线索。振荡的周期是多少?现在，你可以做一个大规模的傅立叶变换分析，把工厂里的每个信号分解成它的组成频率，然后按振荡频率排序，然后说，如果我有一个影响我的成品的周期，它的周期是每个周期6分钟，还有什么东西也在6分钟振荡?“有了一点工艺知识，你就可以很快地找到最初的来源。在所有这些循环周期为6分钟的循环中，这一个是最上游的，所以你首先要看的是它。”

执行这种分析时的挑战是认识到源可能比您想象的要远，并且它可能并不总是在上游。英维思运营管理解决方案开发总监Tom Kinney举了一个例子:“在西海岸的一个炼油厂，FCC(流化催化裂化装置)的主反应器温度控制是循环的。不管他们对反应堆或再生器做了什么样的调整，这个东西都会循环。我们使用了一些分析工具和技术，他们指出了一个主要分馏器后端的阀门，下游有几个主要的设备。但由于大部分都是气相，压力的变化就会产生，从而引起温度的变化。我们在主分馏器的后端发现了一个阀门定位器自1955年安装以来一直没有校准过。这就是问题的根源。”

硬件选择

加工工厂的一个事实是，很少有单元生产同样的产品，或者处理设计师最初设计的产品的吞吐量。经济驱动因素促使工厂业主将设备的运行能力远远超出预期。这使得任何缺陷可见，可能已被忽视与更适度的使用。

“我从来没有见过一个过程的尺寸是完美的，”Rice说。“也许他们刚开始的时候是完美的，但两周后，他们试图运行两倍于设计的吞吐量。或者，他们会设计一个容量超过吨的泵，但永远达不到。这两种情况都很困难，因为如果你的设备过大，你就会接近它的下限，如果设备过小，你就会耗尽能量。你仍然没有多少控制力。”

尺寸并不是唯一的问题。控制装置的类型及其操作方式必须适合于过程的性质和它可能看到的任何扰动。Rice补充道:“如果在你的过程中有一个频率，比如一个振荡过程的频率为5秒，但在你的阀门、泵或任何你的控制元件上的时间常数是20秒，你将永远无法拒绝比控制器输出快的频率。最终的控制元素必须比干扰快。否则，当新的干扰来临时，你还在从上一次的干扰中恢复过来。”

设备故障

根本不起作用的事情会让生活变得悲惨。如果一个工厂没有得到维护，生产将是一个持续的斗争，以弥合这些薄弱环节，并找到解决设备不能正常工作的方法。解决这种基本的维护问题超出了本文的讨论范围，但如果您的设备正常工作，那么不难看出，如果一个压力传感器无法校准或一个控制阀开始卡住，这可能会让操作人员挠头。

工艺顾问赫尔曼•斯托里(Herman Storey)表示:“如果你想拥有稳定的工艺，控制就必须起作用。”“智能诊断将对你有很大帮助，因为至少你会知道哪里出了问题。否则，如果没有大量的手工工作，您将无法知道。这是在过程中可能出现的问题——污垢、催化剂降解和机械磨损——之上的问题。”虽然这是事实，但Storey指出，很少有公司使用资产管理程序来发挥其最大优势，即使它们可以提供巨大的好处。

同时，控制系统公司在操作人员决定使用诊断信息时，如何查看诊断信息方面取得了不断的进步。本·曼斯菲尔德，PAX系统工厂市场经理罗克韦尔自动化，解释了一种新的诊断系统是如何工作的。他说:“我们可以用一个小图标在高水平上显示我们有警报、不正常，甚至是设备配置错误。”钻进时，该图标一直存在，并将操作人员引导到单元显示器。我可能会看到一个低流量警报，它会引导我到它打开的显示屏上，最后我可以打开面板，看到我有一个过程变量超出了范围，我已经达到了一个高极限，或者类似的东西。我也可能从仪器中得到一些增强的诊断信息，告诉我更多的细节——例如，管道里有一段空气。一般来说，我是不会知道的。我只会得到22毫安，或者3.5毫安，我不知道是什么导致了这个问题。现在我可以得到一些额外的诊断多亏了仪器技术。人机界面可以直接指导操作人员解决问题。”

这种复杂的诊断可以告诉你大量的信息，除了单个设备的状况之外，在这个过程中发生了什么。流量计的行为可能表明它正在堵塞或两相流正在通过它，但前提是你有能力获取这些信息。

可变性

在过去的几年中，过程制造中可变性的概念主要应用于原材料和原料。一个主要的例子是石油，因为炼油商不得不适应这样一个事实，即他们所依赖的原油供应可能无法获得，或者可能过于昂贵。通常，较难加工的供应源被替代，这带来了新的控制问题。如果原料的可变性确实是一个问题，工厂必须有适当的仪器来测量出故障的具体属性。这样，就可以在控制方法中建立适当的纠正策略。

可变性也可能有内部原因，首先要关注的是工厂公用事业系统，因为它们可以连接多个单元。“故障可以从锅炉给水过程开始，”巴克比说。“这些干扰会向下游传播，影响到工厂的每个能源用户。公用设施的本质是由电厂的多个部分使用，因此，当一个机组上线并开始吸收蒸汽时，集管中的压力会下降，从而导致电厂其他部分的故障。”

许多与公用事业有关的问题，比如蒸汽总管压力，这些都是很容易看到的，但往往更微妙的东西会在意想不到的地方出现。如果一个试图追踪问题根源的人没有看到问题出现的地方，他或她可能永远找不到问题的根源。金尼指出:“人们关注的是流程的这一部分，而实际上问题出在流程的另一部分。”“这通常是公用事业系统的问题，比如蒸汽系统、冷凝系统或冷却水系统，这是全球性的，影响到电站的很多区域。当你着眼于问题所在的局部控制时，一开始可能没有直接或明显的联系。”

在某些情况下，公司实施的减少能源消耗或减少废物流的计划带来了新的问题。该计划本身可能是有效的，减少了资源的使用，但也有副作用。例如，一个单元可以从另一个单元捕获废热。虽然这提高了效率，但它也将两个没有其他理由连接在一起的过程连接起来，这可以为混乱的传播提供渠道。相互联系越多，问题传播的方式就越多。

巴克比补充说:“人们了解相互作用的基本原理，但对于回收循环和热量再利用来说，这变得非常困难。考虑到现代过程的复杂性，我们很难从更大的角度来思考不安的来源。你会惊讶于有多少植物不测量环境温度并将其输入到它们的控制系统中。如果你看看墨西哥湾沿岸的石油、天然气和石化工厂，对这些生产商来说，最大的困扰之一就是雷雨。突然间，温度发生了变化，大气压力发生了变化，雨水打在那些非绝缘的处理单元的外面。这是一件很重要的事情，如果你能把它作为一个原因消除的话。如果你把实际上是天气变化的原因归咎于原料饲料，那你就是在浪费时间。”

正确的工具

有两类主要的工具可以简化问题查找:过程模拟、循环性能和交互分析。这两种方法都为诊断和测试可能的解决方案提供了重要的法医信息。

循环性能和过程交互工具使用数学分析来确定循环应该如何运行，以及过程单元或大型工厂的不同部分如何连接。这些连接不一定是显而易见的，但它们提供了输电线路，供扰动和循环从一个地方移动到另一个地方。

巴克比回忆了一个帮助用户的例子。他说:“在阿拉巴马州的一家塑料工厂里，一个家伙试图追踪氢气压力的变化。”“过程相互作用图指向冷却塔的温度，他想，‘那是半英里外，在工厂的一个完全不同的部分。但当他看了自己的流程图后，就明白了。通过对冷却塔风扇运行方式的简单修正，他不仅稳定了氢回路，还稳定了随着冷却水温度变化而摇摆的核电站的大部分。如果没有这种分析工具，他可能要花几周时间才能弄清楚。”

一旦你认为你已经找到了问题的根源，或者你想看看一个特定的解决方案是否有效，过程模拟平台可以帮助你在真正的工厂中尝试之前测试你的理论。它还可以让你有能力审查你的潜在控制策略，并确保它能够正确运行核电站。如果在这个层面上存在问题，你试图解决更多表面问题的努力最终将被证明是徒劳的。

一个有效的过程模拟器交付玩“假设”游戏和摆弄过程的能力。通常这种能力是用来培训操作人员的，但你也可以让阀门卡住或仪器出现故障，看看这将如何影响操作。在某些情况下，它还可能有助于指出解决方案。

Reaz Kabir是模拟业务的领导者霍尼韦尔过程解决方案．他看到模拟器作为法医工具的使用越来越多。“这在过去并不常见，但现在发生得越来越频繁了。2008年，我们与一家工厂合作，该工厂生产一种需求量大、产量高的化学品。工厂的问题是，他们无法达到所需的纯度水平，以满足客户99.8%的纯度规格。尽管他们尽了一切努力，他们还是不能让植物给他们所需要的东西。在模拟器工作了一天之后，他们建议提高其中一个蒸馏塔的回流比。这个简单的解决方案在不损失任何产品的情况下解决了问题。他们花了一个多月的时间试错解决问题。”

合适的资源

虽然完成工作的工具是可用的，但公司必须有使用它们的管理流程。这并不一定是要求更多的个人主动性，而是需要提供培训，确保拥有正确技能的人可用并有效地利用。正如Storey所描述的那样，“你必须让员工、组织、管理层和文化都说，‘我们要去做这件事，’然后去做。额外的资本支出微不足道，但额外的技能和文化却相当重要。工具在不断改进，但人员问题并没有变得更容易。我们有更多的机会，更好、更可靠的设备，但使用这些工具所需的技能和资源却越来越少。从技术上讲，今天我们可以做得比以往任何时候都好。这只是从财政和资源的角度来看，并没有变得更容易。”

Peter Welander是过程工业编辑。通过pwelander@cfemedia.com联系他。

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