一起制氧機(jī)組分子篩控制系統(tǒng)故障分析及解決

李志雄

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司制氧廠，江蘇南京210035）

制氧

一起制氧機(jī)組分子篩控制系統(tǒng)故障分析及解決

李志雄

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司制氧廠，江蘇南京210035）

由于分子篩電磁閥柜電源開(kāi)關(guān)跳閘，導(dǎo)致空壓機(jī)出口壓力超限，聯(lián)鎖空壓機(jī)放空閥放空，影響制氧機(jī)組的生產(chǎn)和公司的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合分子篩工作過(guò)程和控制系統(tǒng)的組成，分析了控制系統(tǒng)故障的原因，找到了解決問(wèn)題的方法，介紹了技術(shù)改造措施。

分子篩；吸附再生；控制系統(tǒng)；電磁閥；雙線圈

1 前言

南京鋼鐵聯(lián)合有限公司2#制氧機(jī)組空分設(shè)備，采用分子篩系統(tǒng)吸附凈化流程，分子篩系統(tǒng)作用是將空氣中的水分、CO2等雜質(zhì)吸附，凈化空氣。分子篩吸附一定量的雜質(zhì)（水分、CO2等）后就失去吸附作用，需要通過(guò)電爐加熱后的污氮?dú)庠偕?，才能恢?fù)吸附能力。控制系統(tǒng)按照工藝要求的順控程序，開(kāi)、關(guān)分子篩系統(tǒng)的閥門(mén)和電爐，實(shí)現(xiàn)分子篩系統(tǒng)的工作和再生?，F(xiàn)結(jié)合南鋼2#制氧機(jī)組分子篩控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題，提出一些解決方案，減少控制系統(tǒng)故障，確?？辗衷O(shè)備正常生產(chǎn)。

2 分子篩系統(tǒng)及再生過(guò)程

2.1 分子篩系統(tǒng)

南鋼2#制氧機(jī)組分子篩系統(tǒng)中有兩組（只）臥裝的園柱形容器，叫吸附器，每只吸附器中均充有分子篩吸附劑。兩組（只）分子篩吸附器MS1201、MS1202是交替工作的，即當(dāng)一組（只）吸附器運(yùn)行在吸附工作狀態(tài)時(shí)，另一組（只）則運(yùn)行在再生狀態(tài)。處在吸附工作狀態(tài)的吸附器，通過(guò)原料空氣，當(dāng)空氣通過(guò)分子篩時(shí)，空氣中的水份、CO2和碳?xì)浠衔锉环肿雍Y吸附，使空氣得到凈化。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的吸附，分子篩就得進(jìn)行再生，使分子篩吸附劑析出水份及CO2等，經(jīng)過(guò)再生的吸附器又可以投入吸附工作，兩組（只）吸附器是交替工作的。

2.2 分子篩吸附器再生過(guò)程

分子篩吸附器是空分設(shè)備的重要設(shè)備之一，確保分子篩吸附器安全可靠運(yùn)行是很重要的，為此必須按照再生過(guò)程進(jìn)行再生工作，分子篩吸附器的再生過(guò)程為：

整個(gè)再生過(guò)程必須嚴(yán)格按照規(guī)定的控制程序和時(shí)間、壓力、壓差等條件，以及前一步動(dòng)作完成之后，有關(guān)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)進(jìn)行。

3 分子篩控制系統(tǒng)

分子篩控制系統(tǒng)主要指吸附器的自動(dòng)切換和再生自控系統(tǒng)，下面對(duì)控制系統(tǒng)作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

3.1 分子篩吸附器自動(dòng)切換及再生自控系統(tǒng)主要組成部分

（1）分子篩吸附器自動(dòng)切換利用DCS的內(nèi)部順控程序；

（2）氣動(dòng)切換閥一套；（3）電磁閥柜一臺(tái)。

3.2 分子篩吸附器自動(dòng)控制程序表

分子篩吸附器自動(dòng)控制程序是按照工藝要求編制的，控制系統(tǒng)每一步的時(shí)間長(zhǎng)短由機(jī)內(nèi)計(jì)時(shí)器控制（如卸壓、加熱、吹冷、充壓）。

3.3 分子篩吸附器自動(dòng)控制過(guò)程

兩組（只）分子篩吸附器是相互交替工作，如圖1所示，當(dāng)MS1201處于吸附工作狀態(tài)時(shí)，另一組（只）吸附器MS1202則處于再生狀態(tài)。各閥門(mén)的程序切換是由DCS系統(tǒng)中的程序控制。

圖1 分子篩流程圖

分子篩吸附器自動(dòng)控制過(guò)程實(shí)際上是分子篩吸附器再生自控過(guò)程，該自控過(guò)程分18步進(jìn)行，當(dāng)切換程序起動(dòng)時(shí)，即處在第一步。初始化：V1201、V1202、V1203、V1204開(kāi)，其余閥門(mén)均關(guān)閉，接著其他17步依次按程序進(jìn)行，完成后又進(jìn)入第一步，循環(huán)運(yùn)行。

3.4 切換閥

分子篩系統(tǒng)切換閥包括氣動(dòng)蝶閥（SV1201）和氣動(dòng)單座閥（SV1205）及球閥，氣動(dòng)蝶閥是雙信號(hào)驅(qū)動(dòng)，氣動(dòng)單座閥及球閥是單信號(hào)驅(qū)動(dòng)。

氣動(dòng)蝶閥均有全開(kāi)和全關(guān)閥位狀態(tài)開(kāi)關(guān)，在順控程序運(yùn)行時(shí)，電磁閥接受DCS的DO信號(hào)，控制具體的閥門(mén)動(dòng)作，只有前面閥門(mén)動(dòng)作到位的反饋信號(hào)輸入給DCS的DI通道，DCS的順控程序才能往下進(jìn)行，否則，程序就會(huì)停止下來(lái)。這些開(kāi)關(guān)接線必須十分牢固。如圖2所示。

圖2 氣動(dòng)蝶閥位置反饋開(kāi)關(guān)接線圖

氣動(dòng)蝶閥兩根信號(hào)管均帶有調(diào)速器，閥門(mén)開(kāi)關(guān)速度可以調(diào)節(jié)。

3.5 改造前的電磁閥

分子篩系統(tǒng)的切換蝶閥配有電磁閥，電磁閥采用交流220 V、直動(dòng)式、單線圈、二位五通的電磁閥；電磁閥集中安裝在電磁閥柜中，每個(gè)電磁閥的線圈由DCS的DO輸出端控制。如圖3所示。

圖3 DCS的DO點(diǎn)與單線圈電磁閥電源的回路圖

在電磁閥的線圈通電的情況下，電磁閥的氣路切換，并導(dǎo)致閥門(mén)全開(kāi)的動(dòng)作。否則，電磁閥線圈失電時(shí)，對(duì)應(yīng)的閥門(mén)全關(guān)。

4 分子篩控制系統(tǒng)故障分析及解決方案

4.12#制氧機(jī)組分子篩控制系統(tǒng)停止工作的故障現(xiàn)象

2013年7月20日，2#制氧機(jī)組空壓機(jī)突然放空，操作人員通過(guò)檢查DCS畫(huà)面，發(fā)現(xiàn)分子篩所有閥門(mén)都處于關(guān)閉狀態(tài)。儀表人員到現(xiàn)場(chǎng)處理故障，檢查電磁閥柜，電源開(kāi)關(guān)跳閘，造成了分子篩電磁閥全部失電，導(dǎo)致分子篩所有閥門(mén)關(guān)閉。

4.22#制氧機(jī)組分子篩控制系統(tǒng)故障的原因分析

（1）電磁閥柜在現(xiàn)場(chǎng)，環(huán)境較差，有少量積灰，導(dǎo)致端子瞬間短路，造成電源開(kāi)關(guān)跳閘斷開(kāi)，由于采用的是單線圈電磁閥，所以引起分子篩所有切換閥門(mén)的電磁閥失電，切換閥全部關(guān)閉。

（2）電磁閥柜的所有電磁閥共同使用一個(gè)電源開(kāi)關(guān)S1，一旦電源開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障，或總電源進(jìn)線接觸不良，所有電磁閥均失電，導(dǎo)致分子篩控制系統(tǒng)癱瘓。

（3）電磁閥柜內(nèi)電源開(kāi)關(guān)接線松動(dòng)也是造成控制系統(tǒng)故障的一個(gè)原因。

（4）各電磁閥的電源零線連接在一起，相線S1：2在端子排上以短接線方法相連，通過(guò)DCS的DO點(diǎn)接到電磁閥的線圈，接線方式不妥。

（5）日常維護(hù)可能有不到位的情況，檢修質(zhì)量不過(guò)關(guān)。

4.3 解決方案

針對(duì)分子篩電磁閥柜電源全部失電，引起制氧機(jī)組全線停機(jī)的問(wèn)題，召開(kāi)設(shè)備故障分析會(huì)，提出如下解決方案：

（1）每年停機(jī)檢修時(shí)，將接線端子緊固、柜內(nèi)衛(wèi)生等都編制進(jìn)了檢修計(jì)劃，定期檢修，并控制好檢修質(zhì)量。

（2）平時(shí)點(diǎn)檢維護(hù)時(shí)，想辦法清理分子篩電磁閥柜灰塵，搞好柜內(nèi)衛(wèi)生。

（3）在電磁閥柜中，增加分開(kāi)關(guān)，每個(gè)分開(kāi)關(guān)控制單一的電磁閥，避免一個(gè)電磁閥的電源故障導(dǎo)致所有電磁閥都受影響。

（4）由于使用的電磁閥是直動(dòng)式、單線圈電磁閥，只要得電或失電，電磁閥就會(huì)動(dòng)作；對(duì)于分子篩系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，前面幾條治標(biāo)不治本，能夠降低分子篩控制系統(tǒng)故障率，但單個(gè)電磁閥失電的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)刻存在，如關(guān)鍵閥門(mén)V1201在應(yīng)全開(kāi)時(shí)關(guān)閉，勢(shì)必造成空氣不能進(jìn)入空分裝置，同樣引起空壓機(jī)出口超壓放空，制氧機(jī)停機(jī)。采用直動(dòng)式、雙線圈二位五通的電磁閥，能較好地解決這一問(wèn)題。

5 雙線圈二位五通的電磁閥的特點(diǎn)和使用效果

5.1 雙線圈二位五通電磁閥的特點(diǎn)

只有在雙線圈電磁閥的一路線圈通電，另一路線圈失電的情況下，雙線圈電磁閥的氣路才會(huì)切換，并導(dǎo)致閥門(mén)相應(yīng)動(dòng)作。在雙線圈電磁閥的兩路線圈同時(shí)失電或同時(shí)得電的情況下，雙線圈電磁閥氣路不會(huì)切換，從而閥門(mén)不會(huì)動(dòng)作。而單線圈二位五通電磁閥，只要線圈得電，電磁閥的氣路就切換，開(kāi)啟切換閥，一旦失電，電磁閥在彈簧的作用下復(fù)位，關(guān)閉切換閥。由此可以看出，雙線圈電磁閥有失電保持不動(dòng)作的優(yōu)點(diǎn)。

5.2 雙線圈二位五通電磁閥的使用

雙線圈二位五通電磁閥和單線圈二位五通電磁閥的閥座相同，以氣動(dòng)蝶閥為例，一個(gè)進(jìn)口P，接儀表氣源，出口A接氣缸活塞上部，出口B接氣缸活塞下部，出口EA和EB通大氣；不同的是增加了一個(gè)線圈，去掉了彈簧，成為雙線圈二位五通電磁閥。改造后，每個(gè)電磁閥的兩個(gè)線圈分別由兩個(gè)DCS的DO輸出端控制，如圖4所示。

圖4DCS的DO點(diǎn)與雙線圈電磁閥電源的回路圖

正常情況下，DCS中控制同一個(gè)電磁閥的兩個(gè)DO點(diǎn)輸出信號(hào)相反。如線圈A得電，線圈B必定處

在失電狀態(tài)，氣源P通A進(jìn)入氣缸上部，B通EB泄掉氣缸下部氣壓，活塞推動(dòng)閥桿向下直至切換閥V1201全開(kāi)，全開(kāi)的反饋行程開(kāi)關(guān)接通，DCS接收到反饋信號(hào)，順控程序繼續(xù)往后運(yùn)行。反之，線圈B得電，線圈A失電，切換閥V1201全關(guān)。

切換閥V1201全開(kāi)時(shí)，如得電的一路線圈A出現(xiàn)電源故障突然失電的時(shí)，因另一路線圈B也是失電，電磁閥氣路不變，切換閥V1201仍然在全開(kāi)狀態(tài)而不會(huì)關(guān)閉，空壓機(jī)不會(huì)超壓放空或喘振，從而引起制氧機(jī)停機(jī)。同理，S1跳閘，雙線圈二位五通電磁閥仍然保持在前一狀態(tài)。

其他的切換閥也同切換閥V1201一樣，確保了分子篩正常運(yùn)行。

5.3 方案的實(shí)施和效果

（1）方案的實(shí)施

在DCS中新增DO點(diǎn)，與原電磁閥的DO點(diǎn)對(duì)應(yīng)取反，輸出信號(hào)為接通（對(duì)應(yīng)的原信號(hào)斷開(kāi)）時(shí)，切換閥全關(guān)，反之切換閥全開(kāi)。增加分開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)控制一個(gè)電磁閥的兩個(gè)線圈。在電磁閥柜中，雙線圈電磁閥分別安裝在原單線圈電磁閥處，增加每個(gè)電磁閥的電纜線。更換舊的接線端子排，采用簧片式端子，解決螺絲接線時(shí)出現(xiàn)的線頭松動(dòng)問(wèn)題。

（2）效果

將電磁閥柜內(nèi)的交流220 V、直動(dòng)式、單線圈、二位五通的電磁閥改為交流220 V、直動(dòng)式、雙線圈、二位五通的電磁閥后，2#制氧機(jī)組分子篩控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，確保安全穩(wěn)定生產(chǎn)。更換舊的接線端子排，減輕了檢修人員的工作量；單線圈電磁閥改為雙線圈電磁閥，增加了維護(hù)工作的安全性，維護(hù)方式靈活簡(jiǎn)便。

6 結(jié)束語(yǔ)

2#制氧機(jī)組分子篩控制系統(tǒng)改造后，提高了該分子篩控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，排除了制氧機(jī)生產(chǎn)的一大隱患，降低了設(shè)備故障率，節(jié)約了停機(jī)造成的能源損耗，降低空分設(shè)備的運(yùn)行成本，提高了南京鋼鐵聯(lián)合有限公司的經(jīng)濟(jì)效益。1#制氧機(jī)組分子篩控制系統(tǒng)和2#制氧機(jī)組分子篩控制系統(tǒng)基本相同，準(zhǔn)備以后利用停機(jī)檢修時(shí)機(jī)進(jìn)行類似技術(shù)改造。

[1]陳和林.分子篩控制系統(tǒng)優(yōu)化[J].河北冶金，2011，（9）：4.

Analysis and Solution of a Control System Failure of Molecular Sieve in an Oxygen Generating Unit

LI Zhixiong
（The Oxygen-making Plant of Nanjing iron and Steel Co.Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210035,China）

Power switch tripping of the solenoid valve for molecular sieve led to excessive pressure at the outlet of air compressor and emptying of the interlocked venting valve, affecting production of the oxygen generator and the economic performance of the company. Based on the work process of molecular sieve process and configuration of the control system, the causes of the control system failure were analyzed and a solution to the problem was found.The technical modification measures were also introduced.

molecular sieve;adsorption regeneration;control system;electromagnetic valve;double coil

TQ051.5

B

1006-6764(2014)05-0028-04

2014－01－22

李志雄（1965-），男，工程師，現(xiàn)從事儀控技術(shù)管理工作。