化工裝置儀表自動(dòng)控制典型故障處理

王銳軒

摘要：列舉了大型石油化工裝置的典型故障案例，分析了故障處理的思路，依據(jù)典型儀表故障處理的方法，總結(jié)一般儀表故障的處理思路。

關(guān)鍵詞：自控;接觸器;電位;失真

前言

隨著現(xiàn)代化水平的提高，生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制的普遍程度越來越高，尤其是具有連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)性質(zhì)的石油化工行業(yè)，自動(dòng)化控制程度非常高。同時(shí)，自動(dòng)化儀表伴隨智能化水平和制造工藝的提升也有了很大進(jìn)步，集成化很高，出現(xiàn)故障的情況很少。但是，一旦出現(xiàn)問題，就很難準(zhǔn)確判斷和處理，特別是軟故障。這給儀表維護(hù)人員提出了挑戰(zhàn)，除了要掌握儀表本身的工作原理，還要了解相關(guān)其它知識。以下結(jié)合自身的工作經(jīng)歷，以典型的事故案例為例，總結(jié)一般事故的分析方法，為其他過程控制故障的分析提供依據(jù)。

1.急停按鈕聯(lián)鎖設(shè)計(jì)缺陷故障

1.1 故障現(xiàn)象經(jīng)過

某裝置造粒系統(tǒng)開車過程中，在自啟過程中，熔融泵啟動(dòng)的情況下，工藝人員發(fā)現(xiàn)切粒機(jī)循環(huán)水三通閥雖接到了動(dòng)作命令，但并未動(dòng)作到位，畫面沒有顯示直通回訊，導(dǎo)致切粒水不能進(jìn)入切粒水室進(jìn)行冷卻。為此工藝采取緊急行動(dòng)，按手動(dòng)停主電機(jī)，沒有效果，緊急情況下按緊急停車按鈕，除主電機(jī)外的其他設(shè)備都停止運(yùn)轉(zhuǎn)，主電機(jī)仍沒有停止，最后在電氣控制室斷電源停止主電機(jī)，切粒機(jī)水室發(fā)生“灌腸”事故。

1.2 故障分析

擠壓造粒機(jī)組共有三處緊急停車按鈕，HS- 701 、HS- 702和HS- 703，這三處緊急停車按鈕正常時(shí)均為常閉開關(guān)，串聯(lián)后給兩個(gè)接觸器：EMS3和EMS3X線圈供電，也就是說，當(dāng)任意一處緊急停車按鈕按鈕按下后，都將會(huì)使EMS3和EMS3X線圈失電。其中EMS3接觸器一組常開觸點(diǎn)串在給所有現(xiàn)場電磁閥供電回路中，一旦EMS3線圈失電，該組常開觸點(diǎn)打開，所有現(xiàn)場電磁閥將失電，閥門發(fā)生安全聯(lián)鎖。

而EMS3X接觸器一組常開觸點(diǎn)串在給部分PLC輸出模塊供電的回路中，一旦EMS3X線圈失電， 該組常開觸點(diǎn)打開，所有與之相連的輸出模塊將失電。其中一路DO接至繼電器RY8001的線圈。目前該繼電器的一組常閉觸電又引至MCC。按照原設(shè)計(jì)方案，當(dāng)按下急停按鈕后，該DO點(diǎn)將使繼電器持續(xù)得電5秒鐘，也就是使繼電器引至MCC的常閉觸點(diǎn)持續(xù)斷開5秒鐘，命令MCC停主電機(jī)。但依據(jù)目前的設(shè)計(jì)，在按下急停按鈕的同時(shí)已將DO卡件斷電，所以無法輸出，無法使繼電器得電，所以導(dǎo)致MCC無法停主電機(jī)。

1.3 解決方案

鑒于緊急停車按鈕設(shè)計(jì)方案有問題，且為了保持外方原始安全聯(lián)鎖設(shè)計(jì)思想，建議將儀表送給MCC的RY8001主電機(jī)停止信號由常閉改為常開，在MCC機(jī)柜內(nèi)增加一時(shí)間繼電器信號轉(zhuǎn)換。 當(dāng)急停按鈕按下，PLC的DO輸出通道斷電，RY8501失電，常開觸電閉合，引發(fā)時(shí)間繼電器啟動(dòng)記時(shí)5秒，停主電機(jī)。

1.4 分析總結(jié)

對故障的分析，要結(jié)合程序和硬件接線。對本次故障，單獨(dú)觀察軟件程序，做程序監(jiān)控試驗(yàn)都無異?，F(xiàn)象;單獨(dú)查硬件，接線等也沒異常狀況。但倆者互相結(jié)合，就發(fā)現(xiàn)有不匹配之處。一段控制程序的執(zhí)行，不但要有正確的邏輯命令，更要有硬件正確接線的配合。

2.系統(tǒng)電位差故障

2.1 故障現(xiàn)象

每逢陰雨天氣，地面潮濕，裝置破塊器的轉(zhuǎn)數(shù)就會(huì)滿轉(zhuǎn)且不能調(diào)節(jié)。該回路是由DCS給出4-20mA控制信號，送至破塊器的PLC模擬量卡件控制破塊器轉(zhuǎn)數(shù)。問題出現(xiàn)時(shí)，測量DCS通道輸出電流值正常，但用軟件監(jiān)控進(jìn)入PLC卡件CPU處理后就已經(jīng)顯示超量程。

2.2 故障分析

考慮到只有陰雨天情況下問題才會(huì)出現(xiàn)，可以排除硬件問題。檢查現(xiàn)場接線箱，沒有進(jìn)水情況?？刂剖易鰧?shí)驗(yàn)，在陰雨天和晴天，用信號發(fā)生器單獨(dú)給PLC卡件有源4-20mA控制信號，破塊器都能正常運(yùn)行。因此，判斷還是信號問題，但用萬用表測量DCS信號正常。仔細(xì)分析想到點(diǎn)位平衡問題，是否會(huì)存在兩系統(tǒng)間電位不一致的現(xiàn)象。為了確認(rèn)我們的判斷，在PLC的控制柜內(nèi)，將DCS的控制信號線負(fù)極再次接地，增加臨時(shí)接地線，結(jié)果故障消失。最終結(jié)論就是DCS和PLC兩控制系統(tǒng)的地電位不一致，在陰雨天氣，導(dǎo)致信號傳遞失真。測量兩系統(tǒng)電位差在陰雨天氣相差3.6V。

2.3 解決方案

在PLC的控制柜內(nèi)，將DCS的控制信號線負(fù)極再次接地，增加臨時(shí)接地線。長遠(yuǎn)考慮，決定在倆控制系統(tǒng)信號傳遞間增加隔離柵，型號選擇為MTL5042，將倆信號隔離，徹底消除電位影響。

2.4 分析總結(jié)

隨著現(xiàn)在工藝控制要求的提高，裝置內(nèi)的控制系統(tǒng)往往不止一套，經(jīng)常出現(xiàn)DCS、SIS、PLC等多種控制系統(tǒng)共同工作的情況。為了方便控制，各控制系統(tǒng)間不免存在有信號通訊，信號的通訊一般是DCS作為主站，其他系統(tǒng)作為從站。當(dāng)出現(xiàn)類似問題時(shí)，不要局限在一個(gè)控制系統(tǒng)內(nèi)，要考慮到信號傳遞中容易受到干擾的環(huán)節(jié)，如電場、磁場、點(diǎn)位等等干擾，綜合分析問題。

3.調(diào)節(jié)閥閥桿斷裂故障

3.1 故障現(xiàn)象

某裝置調(diào)節(jié)閥LV-6001運(yùn)行中突然失去調(diào)節(jié)作用，導(dǎo)致塔釜液位高高報(bào)警聯(lián)鎖裝置停車，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)閥門閥桿斷裂，焊接后運(yùn)行2天，再次發(fā)生斷裂停車事故。

3.2 故障分析

調(diào)節(jié)閥LV-6001位于距地面60米的塔頂部，介質(zhì)為碳酸鹽，閥門選型為FISHER的ET系列8寸球閥，連接等級300LB WN-RF。閥門開啟時(shí)由于閥門前后差壓的變化大，管線產(chǎn)生很大震動(dòng)。從下線閥門閥芯的損傷狀況看，存在氣蝕現(xiàn)象。碳酸鹽在高速流動(dòng)和閥門前后壓力突變的條件下，液體內(nèi)局部壓力變化引起蒸汽泡的形成，生長及潰滅形成的氣蝕作用，在閥芯表面形成許多細(xì)小的麻點(diǎn)，并產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，帶動(dòng)閥門本體產(chǎn)生劇烈震動(dòng)，甚至連同管線一起震動(dòng)。強(qiáng)烈的震動(dòng)伴隨閥桿的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致閥桿斷裂。焊接修復(fù)后的閥桿由于氣蝕作用的存在，強(qiáng)度達(dá)不到，再次斷裂停車。

3.3 解決方案

通過與設(shè)計(jì)院溝通，閥門重新選型，選擇使用于大差壓環(huán)境的偏心旋轉(zhuǎn)閥，能夠有效的減緩閥門前后差壓變化，遏制氣蝕現(xiàn)象，有減緩閥門震動(dòng)的效果。

4.結(jié)束語

通過對3個(gè)典型過程生產(chǎn)控制典型故障的分析闡述，要在頭腦中建立一種無形的通道：現(xiàn)場儀表—接線箱—控制系統(tǒng)（端子接線板—繼電器—卡件—CPU）—上位機(jī)，之間的每一個(gè)連接環(huán)節(jié)都有可能是故障的緣由，甚至包括設(shè)計(jì)與儀表選型。掌握儀表基本原理和相應(yīng)的化工工藝只是基礎(chǔ)，重要的是建立解決問題的思路，養(yǎng)成良好的分析習(xí)慣，勤于思考，舉一反三，才能使裝置運(yùn)行平穩(wěn)、安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱炳興，王森編.儀表工試題集.北京.化學(xué)工藝出版社（第二版）.