轉(zhuǎn)爐煤氣分析儀工作原理和故障原因分析及處理

景志峰+劉寧雁

摘 要：論述了轉(zhuǎn)爐抽氣式煤氣分析儀的工作原理，對(duì)出現(xiàn)的故障原因進(jìn)行分析，提出處理方法并加以實(shí)施，生產(chǎn)實(shí)踐證明是有效可行的，為維護(hù)人員提供參考借鑒，提高檢修效率。

關(guān)鍵詞：煤氣分析儀；PLC；故障；處理

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.20.098

1 前言

隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，轉(zhuǎn)爐煤氣回收作為節(jié)能減排、資源二次利用的有效手段，在企業(yè)安全環(huán)保和降成本工作中的地位日益突出。通過(guò)煤氣分析儀檢測(cè)煙氣中的CO， O2含量，選擇C0、O2含量合格的煙氣進(jìn)行回收利用，不但在煉鋼過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，也創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

轉(zhuǎn)爐煤氣與空氣或氧氣混合達(dá)到一定比例后遇明火會(huì)發(fā)生爆炸，爆炸極限范圍為12.5%～74.0%。根據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣回收的工藝技術(shù)條件和安全回收要求，當(dāng)轉(zhuǎn)爐煙氣中的CO≥35%、O2≤2%時(shí)，才能保證回收煤氣的安全使用。煤氣分析儀測(cè)量準(zhǔn)確可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，是轉(zhuǎn)爐煤氣安全、高效回收的前提和保證。

2 煤氣分析儀工作原理與系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 概述

昆鋼安寧公司煉鋼廠4、5#轉(zhuǎn)爐煤氣分析儀采用傳統(tǒng)抽氣式分析儀，能夠自動(dòng)、連續(xù)、準(zhǔn)確、可靠地分析轉(zhuǎn)爐煙氣中CO、O2的含量。系統(tǒng)采用PLC控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采樣、排水、過(guò)濾器吹掃、故障監(jiān)測(cè)等功能，測(cè)量?jī)x表將CO、O2成分含量以標(biāo)準(zhǔn)4～20mA的模擬量信號(hào)送至遠(yuǎn)方煤氣回收PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣的自動(dòng)回收和放散。

2.2 工作原理

煤氣分析儀有測(cè)量和維護(hù)兩種工作模式，通過(guò)分析儀面板上的操作按鈕，可在兩種模式之間自由切換。測(cè)量模式下，無(wú)需人工干預(yù)，通過(guò)啟動(dòng)信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)煤氣分析儀的自動(dòng)采樣分析。維護(hù)模式下，可以進(jìn)行CO、O2分析儀表標(biāo)定，過(guò)濾器吹掃，采樣泵測(cè)試，排水等操作。

轉(zhuǎn)爐下槍吹煉，煤氣回收PLC系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)煤氣分析儀。分析儀由預(yù)備狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，樣氣經(jīng)過(guò)除塵、脫水、干燥，送入CO、O2分析儀表。儀表將檢測(cè)出來(lái)的CO、O2含量以標(biāo)準(zhǔn)4～20mA的電流信號(hào)送至遠(yuǎn)方煤氣回收PLC系統(tǒng)，作為煤氣回收系統(tǒng)的實(shí)時(shí)顯示和連鎖控制條件。轉(zhuǎn)爐吹煉完畢，分析儀啟動(dòng)信號(hào)消失，分析儀進(jìn)入吹掃狀態(tài)，利用氮?dú)鈱?duì)煙氣過(guò)濾器進(jìn)行吹掃，儲(chǔ)液罐排水。吹掃完畢，分析儀進(jìn)入預(yù)備狀態(tài)，等待下一輪啟動(dòng)信號(hào)的到來(lái)。

2.3 系統(tǒng)構(gòu)成

煤氣分析儀系統(tǒng)由采樣單元、樣氣預(yù)處理單元、樣氣分析單元、標(biāo)定單元、反吹單元、PLC控制單元等部分組成。

系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

2.3.1 采樣單元

采樣單元由采樣探頭和采樣電控氣動(dòng)閥組成。煤氣分析儀工作時(shí)，PLC控制單元發(fā)出指令，打開采樣閥，啟動(dòng)采樣泵，轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)過(guò)采樣探頭進(jìn)入煤氣分析儀柜內(nèi)。

2.3.2 樣氣預(yù)處理單元

轉(zhuǎn)爐煤氣含有各種粉塵、水霧等雜質(zhì)，分析儀表對(duì)氣體的潔凈度有嚴(yán)格要求，必須對(duì)樣氣進(jìn)行有效的凈化處理。

樣氣預(yù)處理單元由氣體精密過(guò)濾器，脫水器，采樣泵，電子冷凝器，二級(jí)模式過(guò)濾器，轉(zhuǎn)子流量調(diào)節(jié)器，氣路切換電磁閥等組成。處理后的樣氣露點(diǎn)約在5℃，含塵粒度≤1um。

在保證分析儀表樣氣流量的前提下，盡量調(diào)大旁路氣體流量，可以提高分析儀表的響應(yīng)時(shí)間。

2.3.3 樣氣分析單元

采用兩臺(tái)德國(guó)SIEMENSE分析儀，分別是測(cè)量CO的ULTRAMAT 23紅外分析儀和測(cè)量O2的OXYMAT 61磁氧分析儀。

ULTRAMAT 23紅外分析儀的測(cè)量原理是以光譜方法對(duì)非分散性紅外線輻射的吸收為基礎(chǔ)，測(cè)量相關(guān)波段紅外線的衰減幅度即可測(cè)量相應(yīng)氣體的濃度。

OXYMAT 61磁氧分析儀是根據(jù)順磁壓力變化原理來(lái)工作的，當(dāng)氧氣濃度不同的兩種氣體在同一磁場(chǎng)中相遇時(shí)，它們之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力差，通過(guò)差壓來(lái)進(jìn)行氧含量測(cè)量。測(cè)量時(shí)需要接入?yún)⒈葰怏wN2來(lái)對(duì)樣氣中的O2濃度進(jìn)行測(cè)量，參比氣壓力0.2～0.4MPa。

進(jìn)入CO分析儀的氣體流量應(yīng)控制在1.2～2L/min， O2分析儀的氣體流量控制在0.3～1L/min。樣氣溫度要求在0～50℃，樣氣濕度<相對(duì)濕度的90%。

2.3.4 標(biāo)定單元

標(biāo)定單元由氣路四通切換閥、三通電磁閥和CO、O2、N2標(biāo)準(zhǔn)氣體校驗(yàn)氣瓶組成。進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，按下分析儀面板上的“維護(hù)”按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入維護(hù)模式。將氣路四通切換閥轉(zhuǎn)至“零點(diǎn)”位置，按下“標(biāo)定”按鈕，三通電磁閥轉(zhuǎn)為標(biāo)定氣路，通入標(biāo)準(zhǔn)氣N2，即可對(duì)CO、O2分析儀表的零點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定。將氣路四通切換閥轉(zhuǎn)至“CO”和“O2”位置，分別通入標(biāo)準(zhǔn)氣CO、O2，對(duì)CO、O2分析儀表的量程進(jìn)行標(biāo)定。

2.3.5 反吹單元

反吹單元由氮?dú)夤苈?，氮?dú)怆姶砰y和電控氣動(dòng)吹掃排氣閥構(gòu)成。

煤氣分析儀啟動(dòng)信號(hào)消失后，PLC控制單元發(fā)出吹掃指令，采樣泵停止工作，分析儀進(jìn)入吹掃狀態(tài)，利用氮?dú)鈱?duì)煙氣過(guò)濾器進(jìn)行反復(fù)吹掃。同時(shí)，PLC發(fā)出排水指令，對(duì)儲(chǔ)液罐進(jìn)行排水。

2.3.6 PLC控制單元

煤氣分析儀中的PLC控制單元采用西門子S7-300系統(tǒng)，它由電源模塊，CPU模塊，數(shù)字量輸入、輸出模塊，以太網(wǎng)通訊模塊組成。PLC控制單元是整個(gè)分析系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的核心，所有的控制指令都是由PLC來(lái)接收和發(fā)出。系統(tǒng)的啟動(dòng)，工作模式的切換，系統(tǒng)狀態(tài)指示，功能按鈕的操作，電磁閥的動(dòng)作，均由PLC來(lái)控制完成。采樣氣路上安裝有流量、濕度報(bào)警單元，用于對(duì)樣氣進(jìn)行監(jiān)控，并將報(bào)警信號(hào)送至PLC進(jìn)行聯(lián)鎖控制。

3 故障分析與處理

分析儀發(fā)生故障時(shí)，首先觀察機(jī)柜面板上的“運(yùn)行”、 “吹掃”、“預(yù)備”、“ 維護(hù)”、“故障”狀態(tài)指示燈，查看分析儀處于何種工作狀態(tài)，再根據(jù)故障現(xiàn)象，有針對(duì)性的進(jìn)行故障檢查。endprint

3.1 分析儀無(wú)法啟動(dòng)

觀察指示燈，如果分析儀處于吹掃狀態(tài)，只要吹掃計(jì)時(shí)循環(huán)周期未結(jié)束，即使啟動(dòng)信號(hào)到來(lái)，也無(wú)法啟動(dòng)分析儀進(jìn)行采樣測(cè)量。如果分析儀“故障”和 “維護(hù)”指示燈同時(shí)亮，說(shuō)明分析儀在采樣分析過(guò)程中，發(fā)生了樣氣流量過(guò)低或濕度過(guò)大的故障，PLC控制單元接收到故障信號(hào)，將分析儀自動(dòng)切換到維護(hù)模式，分析儀停止工作。這時(shí)應(yīng)檢查是流量報(bào)警單元，還是濕度報(bào)警單元發(fā)出的故障信號(hào)。按下“系統(tǒng)維護(hù)”按鈕，可對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行復(fù)位。

分析儀在采樣工作過(guò)程中，當(dāng)過(guò)濾器或樣氣管道堵塞，旁通流量調(diào)節(jié)器開得過(guò)大，采樣泵工作異常，采樣泵后級(jí)樣氣管脫落、泄漏，均會(huì)引起樣氣流量過(guò)低報(bào)警。當(dāng)樣氣濕度過(guò)大，或是冷凝器、排水閥發(fā)生故障，造成樣氣濕度報(bào)警單元發(fā)出故障信號(hào)。當(dāng)流量或者濕度報(bào)警單元發(fā)出故障信號(hào)，必須查明故障原因，排除故障，進(jìn)行故障復(fù)位。

3.2 O2含量超標(biāo)

樣氣中混入空氣是造成分析值O2含量超標(biāo)的主要原因。此時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查采樣探頭到采樣泵之間的負(fù)壓取樣管路是否有泄漏點(diǎn)，各管路接口松動(dòng)，吹掃排氣閥關(guān)閉不嚴(yán)，隔膜采樣泵膜片老化等，均會(huì)引起負(fù)壓管路漏氣，使樣氣中混入空氣。

對(duì)于分析儀自身故障引起的O2含量超標(biāo)，首先檢查參比氣N2的壓力是否滿足0.2～0.4MPa的分析要求，檢查進(jìn)入分析儀表的樣氣流量是否在規(guī)定范圍內(nèi)，最后用標(biāo)氣對(duì)O2分析儀表進(jìn)行標(biāo)定。

3.3 測(cè)量值波動(dòng)大

煤氣回收過(guò)程中，CO、O2含量大幅波動(dòng)會(huì)造成煤氣回收系統(tǒng)設(shè)備三通閥、水封閥頻繁開關(guān)，不利于煤氣回收的連續(xù)進(jìn)行，降低煤氣回收量。造成測(cè)量值波動(dòng)的主要原因是進(jìn)入分析儀表的樣氣變化量大，應(yīng)檢查進(jìn)入轉(zhuǎn)子流量計(jì)中的樣氣流量是否穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子流量計(jì)內(nèi)是否有顆粒物造成流量調(diào)節(jié)困難，針形閥密封損壞，造成進(jìn)入分析儀的樣氣流量不穩(wěn)定。另外，采樣泵后端樣氣管路發(fā)生泄漏，分析儀表尾氣排空管路不暢通，也會(huì)導(dǎo)致樣氣流量不穩(wěn)，此時(shí)應(yīng)查找管路漏點(diǎn)，檢查儀表排空管路保證暢通。

3.4 測(cè)量誤差過(guò)大

分析儀在使用一段時(shí)間后，出現(xiàn)測(cè)量準(zhǔn)確度下降時(shí)，一個(gè)主要的原因是分析儀表的傳感器被樣氣污染，造成采樣分析誤差過(guò)大。此時(shí)可利用氮?dú)?，?duì)儀表樣氣管路進(jìn)行反復(fù)吹掃，然后用標(biāo)氣進(jìn)行標(biāo)定。污染嚴(yán)重的，應(yīng)更換傳感器組件，并重新進(jìn)行標(biāo)定。引起測(cè)量誤差過(guò)大的另一個(gè)原因是樣氣中的濕度過(guò)高，此時(shí)應(yīng)檢查冷凝器運(yùn)行情況是否正常，排水閥動(dòng)作是否正常。

ULTRAMAT 23紅外CO分析儀如果發(fā)生意外斷電，重新上電時(shí)，儀表會(huì)自動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，此時(shí)如果沒有零點(diǎn)標(biāo)定氣體N2進(jìn)入儀表氣路，那么自動(dòng)零點(diǎn)標(biāo)定將會(huì)使儀表的零點(diǎn)發(fā)生漂移，致使CO的測(cè)量值產(chǎn)生較大誤差，此種情況應(yīng)對(duì)CO分析儀進(jìn)行重新標(biāo)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

熟悉煤氣分析儀的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析和探討，掌握故障的處理方法，為快速、準(zhǔn)確地排除設(shè)備故障奠定基礎(chǔ)，保證轉(zhuǎn)爐煤氣回收的連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了資源的二次回收利用，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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