焦化廠自動化儀表設(shè)備故障及對策研究策略

閆 曉

焦化廠在煉焦過程中，涉及的自動化儀表包括溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、液位儀表以及各種分析儀器，這些裝置能夠?qū)捊股a(chǎn)全過程的各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)與運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，一旦監(jiān)測參數(shù)出現(xiàn)異常情況，則說明煉焦工序或者焦化設(shè)備存在故障隱患，在這種情況下，便于檢修人員實(shí)施點(diǎn)對點(diǎn)檢查與維修，進(jìn)而排除故障隱患。但是，如果自動化儀表出現(xiàn)故障，不僅影響監(jiān)測數(shù)據(jù)精度，而且生產(chǎn)流程與設(shè)備運(yùn)行的安全性能也會受到嚴(yán)重影響，甚至容易引發(fā)停工、停產(chǎn)的嚴(yán)重后果，進(jìn)而給焦化廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。面對這種情況，自動化儀表管理人員應(yīng)當(dāng)及時收集各種儀表設(shè)備一些常見故障的發(fā)生機(jī)理與產(chǎn)生原因，并制訂一套針對性強(qiáng)、實(shí)效性好的故障排除方案，將儀表故障的發(fā)生概率降到最低點(diǎn)。

1 焦化廠自動化儀表的維護(hù)概念

隨著工業(yè)化的升級和改造的快速進(jìn)行，技術(shù)創(chuàng)新的不斷推進(jìn)和改進(jìn)，在焦化廠的自動化控制系統(tǒng)中，自動化儀器設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛。而且，隨著科學(xué)技術(shù)的升級和工業(yè)化的普及，儀器設(shè)備的有效的維護(hù)能夠保證儀表設(shè)備的完整性和數(shù)據(jù)的科學(xué)性和有效性。通過科學(xué)有效的設(shè)備儀器維護(hù)方法，能夠有效的保證設(shè)備儀器在工作運(yùn)行中，延長設(shè)備儀器的使用期限和壽命，保證設(shè)備儀器的質(zhì)量，建設(shè)設(shè)備儀器維修帶來的人力物力資源的消耗。因此焦化廠在儀表設(shè)備中進(jìn)行積極的維護(hù)對于儀器設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要的意義。

2 焦化廠自動化儀表設(shè)備種類

2.1 溫度儀表

按照接觸方式劃分，溫度儀表主要包括接觸式與非接觸式兩種，其中，接觸式溫度儀表包括：玻璃溫度計、雙金屬溫度計、壓力式溫度計（如圖1 所示）、熱電偶、熱電阻等。

非接觸式溫度儀表包括：溫度調(diào)節(jié)器、溫度變送器、溫度傳感器等。溫度儀表在焦炭生產(chǎn)的各道工序當(dāng)中主要承擔(dān)環(huán)境溫度與設(shè)備運(yùn)行溫度的監(jiān)測任務(wù)，當(dāng)監(jiān)測結(jié)果數(shù)值超過臨界值時，監(jiān)測信號就會直接反饋給操作系統(tǒng)終端，操作人員根據(jù)監(jiān)測結(jié)果能夠及時做出應(yīng)急響應(yīng)，以確保溫度數(shù)值能夠始終保持在正常范圍之內(nèi)。

2.2 壓力儀表

按照工作方式與原理劃分，壓力儀表主要包括液柱式壓力計、彈性式壓力計、電氣式壓力計以及負(fù)荷式壓力計，其中液柱式壓力計包括U 型管壓力計、單管壓力計、斜管壓力計等，彈性式壓力計包括彈簧管壓力計、波紋管壓力計以及膜盒式壓力計等，電氣式壓力計包括電阻應(yīng)變式、電容式、壓電式、電感式以及霍爾式等，而負(fù)荷式壓力計則包括活塞壓力計等。以液柱式壓力計為例，其工作原理是液柱高度產(chǎn)生的壓力與被測壓力相平衡，該儀表的主要特點(diǎn)是測量精度高、價格低廉，但是，測量的差壓只能在0.3Mpa 以下，因此，這種量程較小的壓力計一般適用于焦化廠的外部壓力監(jiān)測環(huán)境。

2.3 流量儀表

流量儀表在焦化生產(chǎn)過程中主要負(fù)責(zé)監(jiān)測各種流體的流動特性，主要包括推理式流量計與容積式流量計兩大類，其中，推理式流量包括差壓式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量計、超聲流量計、質(zhì)量流量計、渦街流量計等，容積式流量計主要包括橢圓齒輪流量計等。流量儀表不僅是衡量物質(zhì)量變的工具，而且在節(jié)能降耗與污染排放領(lǐng)域也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。尤其對焦化廠這一高污染行業(yè)來說，合理選擇流量計的類型，將給污染治理提供更加真實(shí)確鑿的參考數(shù)據(jù)。

2.4 液位儀表

液位儀表主要負(fù)責(zé)對焦化生產(chǎn)中各種原材料、半成品以及焦炭成品的液位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，根據(jù)測量方式劃分，液位儀表主要包括矩陣渦流式液位計、浮力式液位計以及磁致伸縮式液位計等。以磁致伸縮式液位計為例，該儀表可以對連續(xù)液位與界面進(jìn)行測量，并輸出精度較高的模擬信號，以實(shí)時獲取測量區(qū)域的液位情況。這種儀表由磁致伸縮物質(zhì)組成，在實(shí)際監(jiān)測過程中，變送器的電子部分產(chǎn)生一個低電流的詢問脈沖，同時產(chǎn)生一個磁場，并沿波導(dǎo)管向下傳播，一旦磁場和波導(dǎo)管上的浮子內(nèi)的永磁體產(chǎn)生的磁場相交，就會產(chǎn)生一個應(yīng)變脈沖，通過詢問脈沖與返回脈沖間的時間間隔，可以精準(zhǔn)的測量出液位值。

3 焦化廠自動化儀表的常見故障

3.1 溫度儀表的常見故障

對于焦化廠中的溫度儀表來說，較為常見的故障類型主要表現(xiàn)為測量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度較差，下面針對熱電阻、熱電偶以及壓力式溫度計，對測量精度誤差大以及各種故障的產(chǎn)生原因予以分析。

3.1.1 熱電阻

熱電阻是焦化生產(chǎn)過程中最為常用的測溫裝置，在該裝置運(yùn)行過程中，常常出現(xiàn)電阻斷路或者短路的情況，這種情況的發(fā)生往往與熱電阻絲的物理特性有關(guān)。在判斷熱電阻斷路或者短路時，儀表檢修人員可以利用萬用表的“×1Ω”檔，對電阻值進(jìn)行檢測，如果電阻值小于RO，則可以判斷熱電阻出現(xiàn)了短路現(xiàn)象，如果萬用表顯示的數(shù)值無窮大，則可以判斷熱電阻已經(jīng)出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象，熱電阻的短路或斷路的故障現(xiàn)象與產(chǎn)生原因如表1 所示。

表1 熱電阻的短路與斷路故障現(xiàn)象與產(chǎn)生原因

3.1.2 熱電偶

熱電偶在測量焦化生產(chǎn)各道工序的溫度數(shù)值時，常常出現(xiàn)較大誤差，究其原因與以下幾個方面有關(guān)。第一，如果熱電偶的安裝位置錯誤，或者插入深度過淺與過深都會產(chǎn)生較大的測量偏差。比如熱電偶的安裝位置位于加熱區(qū)，或者近門區(qū)域，測得的溫度值也將偏高。一般情況下，熱電偶的插入深度應(yīng)當(dāng)超過保護(hù)管直徑的8 倍～10 倍。另外，如果熱電偶的安裝位置處于強(qiáng)磁場或者強(qiáng)電場區(qū)域，那么，測量精度也會受到嚴(yán)重影響。第二，如果保護(hù)管與拉線板存在大量的污垢或者鹽渣，在高溫作用下，熱電偶則極易出絕緣現(xiàn)象，這時，測量誤差有可能達(dá)到上百度。第三，如果選擇時間常數(shù)較小的熱電偶，那么熱電偶本身就會出熱惰性，在這種情況之下，熱電偶測得的溫度數(shù)值與實(shí)際爐溫將出現(xiàn)較大的差別。第四，由于焦化生產(chǎn)過程中，將產(chǎn)生大量的煤粉，這些粉塵如果長期包裹熱電偶的保護(hù)管，那么熱電偶的熱阻值也隨之增大，這時，測得的溫度數(shù)值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際爐溫。

3.1.3 壓力式溫度計

壓力式溫度計的常見故障包括測溫點(diǎn)保溫不良、接線松動、短路以及斷路等，當(dāng)測溫點(diǎn)出現(xiàn)保溫不良的狀況時，溫度計局部區(qū)域的熱量散失較快，這時，測得的溫度要低于實(shí)際爐溫。如果接線松動，將出現(xiàn)示數(shù)不準(zhǔn)的情況。如果出現(xiàn)短路故障，熱電阻的測定溫度值將偏小。如果出現(xiàn)斷路故障，熱電阻將出現(xiàn)最大指示值，而熱電偶則沒有任何指示。

3.2 壓力儀表的常見故障

在焦化生產(chǎn)當(dāng)中，壓力儀表主要用來監(jiān)測各道生產(chǎn)工序產(chǎn)生的實(shí)際壓力值，在儀表處于執(zhí)行壓力監(jiān)測任務(wù)時，極易出現(xiàn)管路堵塞或者人為操作失誤的情況，這時，儀表測量的壓力值也會出現(xiàn)較為明顯的波動。以壓力變送器為例，其基本工作原理如圖2 所示。

從圖2 當(dāng)中可以看出，當(dāng)檢測部件將輸入壓力的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電容變化后，再經(jīng)過傳送部件的電子線路轉(zhuǎn)化成為4mA ～20mADC 的直流電流輸出。壓力變送器的常見故障是儀表指示出現(xiàn)快速振蕩，無法準(zhǔn)確獲取焦化生產(chǎn)中的真實(shí)壓力值。另外，壓力變送器也經(jīng)常出現(xiàn)死線故障，在這種情況下，壓力變送器的監(jiān)測精度也會受到嚴(yán)重影響。

圖2 壓力變送器的基本工作原理

3.3 流量儀表的常見故障

流量儀表的故障期一般出現(xiàn)在初裝調(diào)試期與正常運(yùn)行期間，引發(fā)故障的主要原因是由于流量儀表或者關(guān)聯(lián)設(shè)備出現(xiàn)異常運(yùn)轉(zhuǎn)情況所致，由于流量儀表的工作原理較為復(fù)雜，因此，查找和排除儀表故障工作比較困難。其中較為常見的故障儀表指示不穩(wěn)定，或者一次表指針讀數(shù)達(dá)到最小值。在排除流量儀表故障時，不僅僅需要考慮一次表、二次表以及各個閥組的運(yùn)行狀態(tài)，同時，也需要兼顧考慮生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況。比如流量儀表出現(xiàn)指示不穩(wěn)定的情況時，檢修人員可以將系統(tǒng)切換至手動位置，然后觀看儀表的波動情況是否正常，如果波動幅度變小，則說明儀表本身存在問題，如果波動頻繁，則說明工藝流程出現(xiàn)問題。如果流量儀表的示數(shù)達(dá)到最小值，應(yīng)當(dāng)對一次表進(jìn)行檢查，在排除一次表故障后，則可以確定二次表存在故障。

3.4 液位儀表的常見故障

液位儀表的常見故障是液位指示不發(fā)生任何變化，顯示數(shù)值偏高或者偏低。比如以磁翻板為例，當(dāng)在焦化生產(chǎn)過程中，儀表液位沒有任何變化，檢修人員在排除工藝影響因素以后，可以考慮浮子是否被卡住，上下根部閥是否堵塞。當(dāng)液位指示偏高或者偏低時，可以考慮浮子是否裝反，傳感器量程是否與DCS 保持一致。當(dāng)液位沒有任何指示時，則可以確定根部閥門是否打開，或者浮子是否被卡在底部，傳感器模塊是否損壞等。當(dāng)確定故障原因以后，檢修人員可以及時對檢修方案進(jìn)行優(yōu)化，以恢復(fù)液位儀表的正常監(jiān)測功能。

4 焦化廠自動化儀表設(shè)備故障分析方法與解決策略

4.1 溫度儀表故障分析方法與解決策略

如果溫度儀表出現(xiàn)故障，不僅會影響焦化生產(chǎn)進(jìn)度，而且也容易加快煉焦設(shè)備的老化與腐蝕速度，進(jìn)而縮減設(shè)備的使用壽命。因此，當(dāng)溫度儀表出現(xiàn)故障以后，首先需要對故障原因進(jìn)行分析，然后制訂一個精準(zhǔn)的故障排除方案。比如當(dāng)溫度儀表快速波動、儀表指示數(shù)值長時間不發(fā)生變動或者儀表指示數(shù)值變化頻率高，都可以判定儀表本身已經(jīng)出現(xiàn)故障。在這種情況下，需要找出故障產(chǎn)生的原因，或者與PID 參數(shù)設(shè)定不合理有關(guān)，或者與傳輸線路有關(guān)，然后針對原因采取針對性的檢修措施。

以熱電偶為例，如果儀表指示數(shù)值偏低，則主要與熱電極短路、熱電極變質(zhì)、補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶極性接反或者二者不配套、熱電偶安裝位置不當(dāng)以及熱電偶冷端溫度補(bǔ)償不符合標(biāo)準(zhǔn)要求等因素有關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)這種故障時，檢修人員首先需要查找出短路原因，如果由潮濕所致，應(yīng)當(dāng)利用空氣壓縮機(jī)等裝置對其進(jìn)行吹干處理，如果絕緣子損壞，則需要及時更換絕緣子，并對熱電偶表面堆積的灰塵予以清除。如果補(bǔ)償導(dǎo)線出現(xiàn)短路，應(yīng)當(dāng)找出短路位置，更換補(bǔ)償導(dǎo)線或者強(qiáng)化絕緣效果。如果熱電極變質(zhì)，應(yīng)當(dāng)將變質(zhì)段剪去，并重新進(jìn)行焊接處理，如果變質(zhì)段過長，則需要更換熱電偶。如果儀表指示數(shù)值偏高，則可能由以下因素所致：第一，熱電偶與顯示儀表不配套，針對這種情況，焦化廠在選購熱電偶與顯示儀表時，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循配套原則，使二者在功能銜接方面做到相得益彰。第二，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶不配套，焦化廠可以采取更換與熱電偶相匹配的補(bǔ)償導(dǎo)線。第三，直流干擾信號的入侵將影響熱電偶的監(jiān)測精度，焦化廠應(yīng)當(dāng)及時查找出干擾源，并啟動應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，以消除干擾源。第四，熱電勢輸出不穩(wěn)定，在這種情況下，檢修人員應(yīng)當(dāng)對熱電偶接線柱位置的螺絲進(jìn)行緊固處理。第五，熱電偶測量線路絕緣破，引起線路斷續(xù)短路或接地，當(dāng)出現(xiàn)這種故障時，檢修人員需要在第一時間確定故障點(diǎn)，并快速修復(fù)絕緣。如果出現(xiàn)熱電勢誤差大的情況，檢修可以優(yōu)勢考慮熱電極變質(zhì)、熱電偶安裝位置不當(dāng)、保護(hù)管表面積塵等影響因素，并針對故障原因，及時采取排障措施。

4.2 壓力儀表故障分析方法與解決策略

如果壓力儀表出現(xiàn)故障，檢修人員首先考慮調(diào)節(jié)器PID 參數(shù)是否出現(xiàn)偏差，或者檢查工藝操作流程是否出現(xiàn)問題。而排除壓力儀表故障隱患所采取的主要方法則包括直觀檢查法、開機(jī)檢查法、斷路法、短路法以及替換法等。其中直觀檢查法主要觀察各連接線是否存在斷開現(xiàn)象，電路板插座簧片是否接觸不良或者彈力不足，單元板連接螺絲是否松動，各接觸點(diǎn)是否存在錯位、卡死、氧化、燒焦等現(xiàn)象，電源保險絲是否熔斷，電子管是否破碎，電容器外殼是否出現(xiàn)膨脹或者漏液現(xiàn)象等。開機(jī)檢查法的關(guān)鍵要素是檢查電子管與發(fā)光元件是否通電發(fā)亮，儀表是否出現(xiàn)碰擊聲或者嚴(yán)重的摩擦聲，變壓器、電機(jī)等易發(fā)熱組件與電阻是否出現(xiàn)燙手現(xiàn)象，儀表內(nèi)部是否出現(xiàn)異常氣味，比如焦糊味等。斷路法是指儀表出現(xiàn)故障以后，將可疑部分的電路斷開，這樣，可以確定故障的發(fā)生時間是在電路斷開前還是斷開后，然后進(jìn)行分割檢查，逐步縮小故障區(qū)域。短路法多用于檢查多級電路，比如某級輸出端電位不正常，可以將該級的輸入端短路，這時，如果輸出端電位正常，則說明該級電路未發(fā)生故障。替換法主要對故障部位的元器件或者線路板進(jìn)行更換，如果元器件替換完畢，故障消除，則可以確定這種故障是由該元器件所致。

4.3 流量儀表的故障分析方法與解決策略

如果流量儀表指示數(shù)值達(dá)到最小，而現(xiàn)場檢測儀表卻沒有任何異常，則說明顯示儀表出現(xiàn)故障，如果現(xiàn)場檢測儀表指示數(shù)值最小，檢修人員應(yīng)當(dāng)對調(diào)節(jié)開度進(jìn)行檢查，如果調(diào)節(jié)開度為零，則說明故障位于調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)閥之間。如果流量儀表指示數(shù)值上下波動頻繁，這時，檢修人員應(yīng)當(dāng)采用手動控制，如果這種方法無法排除故障，則說明儀表系統(tǒng)出現(xiàn)故障。在手動控制時，調(diào)節(jié)閥在開大或者開小時，流量值依然處于高位，流量儀表與現(xiàn)場檢測儀表的指示數(shù)值也將達(dá)到最大，這時，則可以確定故障原因是由系統(tǒng)異常所致，比如泵體堵塞或者管路堵塞等。

4.4 液位儀表的故障分析方法與解決策略

判斷液位儀表故障的方法首先可以觀察儀表的指示數(shù)值，如果指示數(shù)值在正常區(qū)間內(nèi)變動，則說明儀表的運(yùn)行狀態(tài)是正常的。如果通過手動的方法對液位進(jìn)行控制，液位能夠處在一個正常的變動區(qū)間內(nèi)，則說明液位的控制系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)故障。如果液位儀表指示數(shù)值變化頻繁，則說明液面控制對象的容量過大。如果指示數(shù)值并未出現(xiàn)任何波動，則說明液面控制對象容量過小，這時，可以判定液位儀表已出現(xiàn)故障。

4.5 做好儀表設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作

焦化廠在進(jìn)行儀表儀器設(shè)備的安裝中一定要根據(jù)儀器設(shè)備的規(guī)模、構(gòu)造、適用條件、功能性質(zhì)等等來進(jìn)行自動化儀器設(shè)備的調(diào)整和使用，并且做好售后服務(wù)維修保養(yǎng)工作。對于采購的儀器設(shè)備要盡可能的滿足不同的工藝需求，保證設(shè)備儀器的質(zhì)量安全，保證設(shè)備儀器能夠長期有效的使用，降低儀器維護(hù)保養(yǎng)帶來的成本費(fèi)用增加。做好儀器設(shè)備的基礎(chǔ)保養(yǎng)維護(hù)工作，是保證儀器設(shè)備正常使用的最有效的方法。

5 結(jié)語

綜上所述，焦化廠企業(yè)在自動化儀器設(shè)備的管理維護(hù)中，尤其要重視儀器設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)環(huán)節(jié)。針對自動化儀器設(shè)備容易出現(xiàn)問題的地方做好故障排查和維護(hù)，同時增強(qiáng)自動化診斷技術(shù)在設(shè)備故障方面的升級和改造，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，進(jìn)一步提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了將自動化儀表的故障發(fā)生概率降到最低點(diǎn)，檢修人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大日常巡查頻次，對焦化生產(chǎn)的每一道工序所配置的儀表運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查與校驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)故障隱患，應(yīng)當(dāng)及時啟動應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，并在最短的時間內(nèi)排除故障隱患，以確保焦化生產(chǎn)流程能夠順利進(jìn)行，以達(dá)到增產(chǎn)增收的目的。