電加熱器在空分裝置中的應(yīng)用研究及故障分析

劉勝利

(新疆維美化工有限責(zé)任公司，新疆 巴音郭楞蒙古自治州841000)

0 引言

任何一套空分裝置都有分子篩設(shè)備，而分子篩活化的好壞直接關(guān)系到下游液體產(chǎn)品的純度，所以分子篩加熱器成了決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，一般設(shè)計有蒸汽加熱器與電加熱器。

分子篩電加熱器的一個重要組成部分是晶閘管交流調(diào)功器，晶閘管交流功率控制器是國際電工委員會(IEC)命名的半導(dǎo)體交流功率控制器(Semiconductor AC Power Controller)的一種，它以晶閘管(可控硅SCR或雙向可控硅TRIAC)為開關(guān)元件，是一種可以快速、精確地控制合閘時間的無觸點開關(guān)，是溫度自動控制系統(tǒng)高精度及高動態(tài)指標(biāo)必不可少的功率終端控制設(shè)備。

1 電加熱器在空分裝置中的應(yīng)用

我公司一期項目空分裝置分子篩電加熱器于2007年開始投用，到目前為止已運行了5年，其中電加熱器本體電加熱管共計43束，在連續(xù)運行之中先后更換5束。調(diào)功柜由蘇州友明科技有限公司生產(chǎn)，包括萬能斷路器(DW15－1600)、周波控制器、晶閘管(反并聯(lián)可控硅)、過電流保護(hù)、溫度顯示和控制儀表等部件。溫度顯示和控制采用先進(jìn)的儀表，可實現(xiàn)PID或PID自適應(yīng)等控制。

空分裝置分子篩活化過程分為4個階段，即加熱、冷吹、升壓、卸壓。2臺分子篩輪流使用，平均4 h為一個周期，加熱溫度關(guān)系到分子篩活化程度，關(guān)聯(lián)液體產(chǎn)品的品質(zhì)，所以電加熱器在空分裝置中至關(guān)重要。設(shè)計院設(shè)計的分子篩加熱器有2臺，一臺是蒸汽加熱器，另一臺是電加熱器，由于電加熱器額定功率為1 000 k W，而在運行過程中的實際功率也達(dá)到了700 k W，屬于耗能產(chǎn)品，因此不值得推廣。設(shè)計電加熱器的作用是為了在裝置開停車時便于分子篩高溫活化?？紤]到我公司實際情況，蒸汽鍋爐送出來的0.9 MPa蒸汽溫度僅有150℃，而蒸汽加熱器出口溫度必須達(dá)到180℃才能滿足分子篩的加熱溫度，鑒于新疆的特殊地理位置，冬季時南疆氣溫低至零下25℃，0.9 MPa蒸汽溫度僅有130℃左右，根本不能滿足工藝需要，所以此種情況必須長期投用電加熱器。

2 故障分析及處理方法

由于運行了5年之久，電加熱器控制系統(tǒng)的元器件也相應(yīng)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，周波控制器、溫控儀、晶閘管、萬能斷路器相繼出現(xiàn)失靈問題，本體的電加熱管也出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。鑒于此，現(xiàn)就我公司電加熱器出現(xiàn)的幾種故障情況作以下分析：

2.1 故障1

2010年分子篩電加熱器在運行過程中出現(xiàn)不加熱的現(xiàn)象：運行人員去配電室查看調(diào)功柜，發(fā)現(xiàn)萬能斷路器跳閘，檢查后發(fā)現(xiàn)銅排有燒灼痕跡，隨即將萬能斷路器重新合閘，電加熱器投運正常。之后的幾個月內(nèi)對其運行進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)斷路器銅排在運行過程中三相溫度有差異，其中B相溫度較A、C兩相高15℃，斷路器本身在運行時有異常聲音，且跳閘頻率越來越高，咨詢廠家過后得知是斷路器抖動所致。

萬能斷路器跳閘原因：過流；欠壓；短路；上級有計費電表時，欠費跳閘；消防信號使其跳閘；習(xí)慣性跳閘(機械性磨損)；斷路器抖動；斷路器上電磁脫扣器設(shè)置電流過小。在眾多原因中，符合我公司跳閘原因的可能是過流、短路、斷路器抖動、斷路器上電磁脫扣器設(shè)置電流過小等。

下面具體進(jìn)行分析：(1)過流。通過監(jiān)測斷路器銅排溫度有差異，得知是B相電流過大。(2)短路。斷路器有短路保護(hù)跳閘的功能，頻繁跳閘的原因有可能是本體電加熱管電阻絲碰殼，即電阻絲接地。(3)斷路器抖動。通過幾個月的監(jiān)測，萬能斷路器本體在運行時發(fā)出異響，是斷路器本體抖動，這種情況屬于制造工藝缺陷，需要更換斷路器。(4)斷路器上電磁脫扣器設(shè)置電流過小。電磁脫扣裝置是作短路保護(hù)用，上面有1、3、4.5、6這4個刻度，是額定電流的倍數(shù)，一般都是設(shè)定為3～6倍額定電流，我公司只是按照出廠設(shè)定為1倍額定電流，有待調(diào)整。

分析完萬能斷路器跳閘原因后，電氣檢修人員對電加熱器本體開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)有5束加熱管異常，分別測了加熱電阻絲對地絕緣電阻及每一根電阻絲電阻值，得出結(jié)論：2束電加熱管電阻絲碰殼，另外3束電加熱管電阻絲阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)值(24Ω)。檢修人員更換5束電加熱管，隨之更換萬能斷路器，重新投用電加熱器后運行正常。

2.2 故障2

2011年初，分子篩電加熱器在運行中加熱溫度只能達(dá)到140℃左右，而不能加熱到設(shè)定溫度190℃。電氣檢修人員在檢查電加熱管及萬能斷路器都完好的情況下，發(fā)現(xiàn)B相反并聯(lián)可控硅的下面有鋁渣，隨即將晶閘管及散熱片拆下來測量三極(陰極、陽極、門極)電阻值。一般完好的晶閘管(SCR)用萬用表歐姆檔測量各極時，控制極G與陰極K之間為低電阻(大約30～40Ω)，控制極G與陽極A之間為高電阻(無窮大)，陽極A與陰極K之間為高電阻(無窮大)。測量結(jié)果是：控制極G與陰極K之間電阻值無窮大，說明觸發(fā)回路失效，即周波控制器門極不能觸發(fā)，陰陽極不能導(dǎo)通，所以B相就沒有輸出。由于電加熱管是三角形接線，這就使得加熱溫度只能達(dá)到140℃，檢修人員更換一只晶閘管后運行正常。

2.3 故障3

2012年4月，分子篩電加熱器在加熱過程結(jié)束后爐膛溫度還在迅速上漲，直至加熱溫度達(dá)到溫控儀設(shè)定的跳閘溫度后使斷路器跳閘而停止加熱。針對此種情況，在下一個加熱周期結(jié)束后，用萬用表電壓檔測量加熱器的三相輸出回路是否有電壓。測量結(jié)果顯示：C相輸出回路與零排之間有220V電壓，A、B相輸出回路與零排之間電壓為0。此結(jié)果說明C相晶閘管被擊穿，剛好處于“常通”狀態(tài)，不受門極回路觸發(fā)就可以使晶閘管導(dǎo)通。更換晶閘管后運行正常。

2.4 故障4

2012年10月，分子篩電加熱器在運行過程中出現(xiàn)新的故障，由于此裝置配電室是無人值班室，工藝人員告知電加熱器不能啟動，電氣值班人員隨即去配電室查看，故障現(xiàn)象是：調(diào)功柜處于停運狀態(tài)。重新啟動調(diào)功柜后，低溫階段(190℃)加熱正常，但是在繼續(xù)加熱到設(shè)定值220℃的過程中，發(fā)現(xiàn)加熱溫度達(dá)到210℃時，溫控儀面板顯示溫度有跳躍性變動，幅度是15～30℃，偶爾會出現(xiàn)更大的峰值，且呈不規(guī)律狀態(tài)。經(jīng)過4個加熱周期的觀察，發(fā)現(xiàn)加熱溫度一旦達(dá)到200℃以上，溫控儀面板顯示溫度就開始漂移，直至達(dá)到跳閘溫度后將斷路器跳開。電氣人員將工作溫度調(diào)整為190℃后的幾個加熱周期，除了偶爾一次跳閘外其余都正常。查看電氣報警聯(lián)鎖審批表后得知：近期進(jìn)入分子篩系統(tǒng)的氣體介質(zhì)含水量較大，工藝要求提高加熱溫度對分子篩系統(tǒng)高溫活化，電氣人員按照要求將工作溫度設(shè)置為220℃，報警溫度設(shè)置為230℃，跳閘溫度設(shè)置為250℃，調(diào)整后并運行近一周時間方出現(xiàn)此種故障現(xiàn)象。電氣人員初步懷疑溫控儀顯示出錯，使用校驗儀測試后儀表正常；隨即懷疑電加熱器本體上的溫度探頭(熱電耦)在高溫狀態(tài)連續(xù)運行5年之久可能出現(xiàn)測量錯誤，經(jīng)校驗發(fā)現(xiàn)熱電耦測量值偏差過大，更換過后電加熱器運行正常。

3 結(jié)語

以上幾種故障是這5年多以來我公司分子篩電加熱器在運行中所發(fā)現(xiàn)的問題，在科技進(jìn)步如此迅速的今天，我公司一期裝置所使用的調(diào)功系統(tǒng)萬能斷路器已不能適應(yīng)目前的發(fā)展需要，因此二期裝置所使用的加熱系統(tǒng)已分為固定加熱組與調(diào)功組，從而大大降低了故障停運的幾率。

[1]晶閘管交流調(diào)功器說明書(修改版)

[2]周波控制器使用手冊