仪表经验||10大方法教你如何排除温度、流量、压力、液位、控制系统及调节阀常见故障

仪表经验||10大方法教你如何排除温度、流量、压力、液位、控制系统及调节阀常见故障
特别策划

摘要:本文通过在仪表检修中总结的10类方法,就温度仪表、流量仪表、压力仪表、液位仪表、控制系统及调节阀常见故障来进行排除,第一时间保障仪表维护人员的安全,保证故障第一时间的解决!

 

所谓仪表故障,大致可分为两类,一类是仪表自身故障,另一类是系统故障,是生产过程中仪表检测与控制系统出现的故障。第一类故障,由于故障比较明确,处理方法相对比较简单,对于这类故障,仪表检修人员总结出一套仪表故障判断的10类方法。

(1)调查法。通过对故障现象和它产生发展过程的调查了解,分析判断故障原因。

(2)直观检查法。不用任何测试仪器,通过人的感观(眼、耳、鼻、手)去观察发现故障。

(3)断路法。将所怀疑的部分与整机或单元电路断开,看故障可否消失,从而判定故障所在。

(4)短路法。将所怀疑发生故障的某级电路或元器件暂时短接,观察故障状态有无变化来断定故障部位。

(5)替换法。通过更换某些元器件或线路板以确定故障在某一部位。

(6)分部法。在查找故障的过程中,将电路和电气部件分成几个部分,以查明故障原因。

(7)人体干扰法。人身处在杂乱的电磁场中(包括交流电网产生的电磁场),会感应出微弱的低频电动势(近几十至几百微伏)。当人手接触到仪器仪表某些电路时,电路就会发生反映,利用这一原理可以简单地判断电路某些故障部位。

(8)电压法。电压法就是用万用表(或其他电压表)适当量程测量怀疑部分,分测交流电压和直流电压两种。

(9)电流法。电流法分直接测量和间接测量两种。直接测量是将电路断开后串人电流表,测出电流值与仪表正常状态下数值相比较,从而判断故障。间接测量不断开电路,测出电阻上的压降,根据电阻值计算出近似的电流值,多用于晶体管元件电流的测量。

(10)电阻法。电阻检查法即在不通电的情况下,用万用表电阻挡检查仪器仪表整机电路和部分电路的输入输出电阻是否正常,电容器是否击穿或漏电,电感线圈、变压器有无断线、短路等。

 

对于第二类仪表故障,即生产过程中检测控制系统中出现的仪表故障,比较复杂,从故障处理的重要性、复杂性和故障处理的基础知识三个方面来说明。

故障处理的重要性。

石油和化工生产过程中经常出现仪表故障现象,由于检测与控制系统是由若干个仪表(或元件)通过电缆(或管缆)组合而成,究竟是哪一个环节出现故障,一时很难判定。如何正确判断,及时处理仪表故障,直接关系到石油和化工生产的安全与稳定、涉及化工产品的质量和消耗,同时也最能反映出仪表工、仪表技师实际工作能力和业务水平。

故障处理的复杂性。

由于石油和化工生产操作管道化、流程化、全封闭等特点,尤其是现代化的化工企业自动化水平很高,工艺操作与检测仪表休戚相关,工艺人员通过检测仪表显示各类工艺参数,诸如反应温度、物料流量、容器的压力和液位、原料的成分等来判断工艺生产是否正常,产品质量是否合格,根据仪表指示进行提量或减产,甚至停车。仪表指示出现异常现象(指示偏高、偏低,不变化、不稳定等),本身包含两种因素:一是工艺因素,仪表忠实地反映出工艺异常情况;二是仪表因素,由于仪表(测量系统)某一环节故障而出现工艺参数误指示。这两种因素总是混淆在一起,很难马上判断出来,这就增加了仪表故障处理的复杂性。

故障处理的基础知识。

仪表工、仪表技师要及时、准确判断仪表故障,除多年的实践经验积累外,必须对仪表的工作原理、结构、性能特点相当熟悉。另外要熟悉测量控制系统中每一个环节、应对工艺介质的物理化学特性、主要化工设备的特性有所了解,这能帮助仪表技师拓宽思路,有助于分析和判断故障。

 

温度检测故障判断分析与处理


 

(1)温度检测故障判断分析 温度检测最常见的故障现象就是温度指示不正常,指示 (记录)偏高、偏低或者是温度指示变化缓慢,甚至没有温度指示。温度检测元件最常用的是热电偶和热电阻。现以热电偶作为测温元件进行阐述。

这里分析的故障是正常生产过程中的热电偶故障,热电偶安装过程中的故障,诸如热电偶安装型号不对、热电偶和补偿导线不配套以及补偿导线极性相反等故障现象可以排除。温度检测故障判断思路见图2—1:

图2—1 温度检测故障判断流程图

 

(2)温度检测与控制系统故障处理

1、温度指示偏低

a、工艺过程 某化工企业温度记录系统TR—306用热电偶作为测温元件,直接和电子自动电位差计连接,记录指示被测温度,如图2—2。

 


图2—2 热电偶与TR—306记录仪测温示意图

b、故障现象 温度指示偏低

c、分析与判断 检查记录指示仪,无故障;查装置上的热电偶,发现热电偶接线端子螺丝松动,接触不好。接触不好造成接触电阻增大,即信号源内阻增大。一般情况下,记录仪的输入阻抗比较大,能克服信号源内阻对测量测量精度的影响,但有一定的限度。当信号内阻很大时,会有一部分信号被分压掉,记录仪上的信号小了,温度指示偏低。

d、处理办法 拧紧松动的接线端子,温度指示恢复正常。

2、裂解炉出口温度指示偏低,且变化滞缓

a 、工艺过程 裂解炉出口温度指示调节TIC-202 用热电偶作为测量元件,以改变燃料量来控制出口温度。

b、故障现象 TIC-202温度指示偏低,当改变调节阀开度增加燃料油流量时,温度指示变化滞缓。

c、分析与判断 温度调节系统出现这样的故障现象比较难以判断。调节系统调节不灵敏有许多因素,诸如调节器P、I、D参数不合适,比例P和微分I作用不够,调节阀的调节裕量不够等,工艺提量了,而阀门尺寸没有变,使得调节阀显得小了,调节阀有卡堵现象,以及测温元件滞后造成调节系统不灵敏等。经过检查,发现热电偶芯长度不够,没有插到保护套管。这样造成热电偶热端和套管顶部之间有一段空隙。由于空气热阻大,传热性能差,造成很大的测量滞后。纯滞后大的测量系统一般PID调节器是很难改善调节的,所以出现温度变化迟缓等现象。另外测温点位置也有变化。如果设备内温度分布不很均匀,那么A点和B点的温度就会有差异。再者,套管端点温度通过空气层传递到热电偶热端时,有热量损失,热电偶热端温度t1要低于保护套管顶部温度t0,所以温度指示偏低。

3、大批温度调节器指示偏低

a、工艺过程 某化工企业装置内有大批温度调节系统,用热电偶作为测温元件,经过温度变送器将信号传送至单回路调节器。

b、故障现象 大修后仪表开车,发现大批温度调节器指示偏低。

c、分析与判断 仪表在大修时都校正过,但是出现大批量指示偏低现象,就需要重新检查了。

采用热电偶作为测温元件,存在一个冷端补偿问题和补偿导线问题。大批量仪表指示偏低,冷端补偿处理不好的可能性极大。温度变送器输入信号V0等于热电偶侧得相应温度的热电势E1减去冷端温度(环境温度)所产生的热电势E2(也称室温电势),即:V0=E1-E2

冷端温度(或称室温)不同地点有不同温度。正确的环境温度是室温补偿电阻所在的环境温度。对于温度变送器而言,环境温度是温度变送器接线端子板小盒中的温度,它产生的室温电势记为E21。若考虑冷端补偿时采用E21的值,由上式可得:V01=E1-E21,而仪表正常运行时,试问电势应为E20,即:V00=E1-E20,因为E21<E20,所以V01>V00。仪表工发现温度变送器输出偏高,将温度变送器零位调下来,待实际投用时,则温度指示偏低了。

d、处理方法 可用实际测得温度变送器室温补偿电阻出的温度。具体办法是把温度计深入到端子接线板小盒内,并用绝热材料包好,避免冷风吹。测得环境温度,用测得的环境温度相应的热电势带入V0=E1-E2进行校正,这样校正仪表比较精确。

4、合成塔开车升温过程中温度指示异常

a、工艺过程 某氨厂合成塔,从上至下装有一支10 m左右长的热电偶套管,内插多点热电偶。

b、故障现象 开车升温过程中发现有温度指示异常,初期各测温点温度指示相应上升,一段时间后,下部各测温点温度仍继续上升,均在200℃左右,唯最上部测温点的温度指示在100℃左右停滞。据分析,该点实际温度肯定在130℃以上。

c、分析与判断 最上部测温点温度指示在100℃左右停滞,说明该处有水汽积聚,其水分受热后向上蒸发,在上部遇冷凝结成小水珠,该水珠又在套管内落下,如此反复,致使上部测温点的指示停滞在水沸点(100℃)左右。产生此故障的原因是保护导管安装前未经处理或处理不符合要求以及套管内气体温度仍较高。

d、处理方法 将该多点热电偶往上提,使上部测温点高于套管顶部一定距离,其内部的水汽被夹带出套管后在外部蒸发。如此反复多次,如水汽不多,一般可恢复正常,否则,需把热电偶全部取出,用一支细尼龙管插入导管底部,将干燥的氮气充入管内,使水汽逐渐地被置换出来。

5、烯烃厂裂解装置DCS温度指示偏高

a、故障现象 乙烯装置45万吨改造完以后,开车前检查校验温度变送器时发现有近300个温度点, DCS显示均比实际标准温度高出2~3℃,而这些温度点大部分是分离冷区冷箱及几个重要的塔上的温度指示,如果测量不准,将无法进行温度控制,直接影响乙烯产品的质量。

b、分析与判断 45万吨乙烯DCS改造,从端子排到温度变送器的补偿导线均由日方提供,在校验温度变送器时,从输入端子加信号DCS指示比标准值要高出2~3。C,以TIC404为例,详见下表。

DCS指示值和标准值对比

标准值

-50℃

0℃

100℃

DCS指示值

-47.5℃

2℃

102℃

由此可见指示明显高于标准值,而用同样长度的另一根补偿导线检验时DCS指示于标准值几乎没有误差,因此断定是补偿导线出了问题。对所有的温度点进行了检查,发现有日方提供的所有的K型、T型补偿导线的极性均接反,且输入端子柜与温度变送器柜之间存在1~2℃温差,从而导致了测量误差。

c、处理方法 换补偿导线的极性,指示正常。

 

流量检测故障判断分析与处理


 

(1)流量检测故障判断分析 流量检测比较复杂,有气体、蒸汽和液体不同的工艺介质,又有质量流量和体积流量之分。体积流量受到温度和压力影响,在测量时要注意温压补偿。流量测量方法很多,诸如容积法、节流法、速度法、电磁法等。测量的仪表种类亦很多。不同的测量方法,不同的仪器仪表,其出现的故障各不相同。作为流量检测系统,其故障现象最终都表现为流量指示不正常,只是偏高或偏低,或者没有指示等现象,所以流量检测故障判断的思路大致相差不多。现以差压变送器为例,图2—4阐述了流量检测故障判断思路。


图2—4流量检测故障判断流程

(2)流量监测与控制系统故障处理

1、乙烯出料流量指示偶发性偏低

a.工艺过程 某石化企业乙烯装置乙烯出料流量记录调节系统FRC-02由孔板及差压变送器、单元组合调节器、指示记录仪、调节阀等组成。塔顶回流流量记录调节系统FRC-01由孔板差压变送器、开方器、单元组合调节器、指示记录仪、调节阀等组成。FRC-01和FRC-02通过减法器相关联。其控制点流程图如图2—5所示。乙烯出料流量调节系统FRC-02调节器与会流量调节系统FRC-01中的开方器以及减法器接线图如图2—6所示。

 

图2—5 控制点流程 图2—6 开方器以及减法器接线图

 

b、故障现象 工艺人员反映乙烯出料量FRC-02指示值经常出现突然下跌后又自动恢复的现象。除流量指示值下偏外,还出现过调节器的给定值指针也下跌。

c、分析与判断 首先用备品替换FRC-02的调节器,故障现象没有消除。

上述故障现象发生时间很短,很快又恢复正常。根据工艺人员反映和叙述的现象,仪表工认为可能是仪表测量回路有故障,又因为调节器的外给定指针也有过下跌现象,综合考虑,不单纯是仪表输入回路有故障。根据自控流程图,FRC-02的外给定是由FRC-01的开方器输出经过减法器提供的,逐项检查减法器和开方器。在校验FRC-01开方器时,发现开方器输出端子⑤的螺丝严重松动,与减法器相连的一个引线旱片接触不好。由图可知,FRC-02乙烯出料流量调节器外给定值是回流量与偏差设定器提供的偏差设定值在减法器中相减后的输出值。如果开方器⑤号端子一根引线松动,偶尔接触不好,即无电压输出,将造成减法器瞬间无输出,亦造成FRC-02调节器外给定指针下跌。外给定瞬时下跌一般不会引起操作工注意,当操作工发现乙烯流量下跌时,开方器端子接触又好了,调节器外给定恢复正常,流量又慢慢恢复正常,因为流量恢复需要一定时间,调节器外给定指示变化只是在瞬间,故操作工看到流量下跌现象较多,而流量下跌又恢复正常的原因实际上是由外给定接触不好造成的。

原因找到了,只需将开方器⑤号端子拧紧,这种故障就消失了。

2、稀释蒸汽流量调节系统振荡

a.工艺过程 某石化企业裂解炉稀释蒸汽流量调节系统FIC—108是一个单回路简单调节系统。该装置建成初开车,调节阀采用笼式阀(套筒阀)。

b.故障现象 流量调节系统手动状态稳定,投入自动状态就产生系统振荡,无法稳定。

c、分析与判断 装置是刚建成投产的,流量指示调节系统也属于开车之列,它不同于大修后重又开车的调节系统。后者经过生产实践考验,说明系统设计合理。前者出现故障,除正常判断外,还要考虑调节系统设计是否合理。首先检查仪表流量测量系统,看差压变送器自身是否产生振荡,重新整定调节器P、I、D参数。如果差压变送器正常,调节器本身调校也正常,那么调节系统组成中只剩下调节阀这一环节了。通过对调节阀进行分析,认为调节阀流通能力选择过大,即C,值过大。在相同压力差和相同阀门开度下,C值越大,单位时间内介质流过阀门的量越多。在稀释蒸汽流量调节系统中,由于调节阀C,选得过大,当系统中流量稍有变化,产生的偏差信号就使调节器发出微小的调节信号,调节信号将改变调节阀的开度。因为C值大,调节阀开度虽然变化不大,却引起工艺流量较大幅度地变化,或者说调节过量了。这样反过来又产生偏差,引起调节器反方向产生调节信号,引起调节阀反方向变化,造成工艺流量较大幅度变化,如此反复,造成系统振荡。处理方法是调换调节阀阀芯,因为是笼式阀,将阀芯窗口面积减小,即将原调节阀V值从175减小到99,控制系统得以稳定。

3、新安装流量计不能开表

a.工艺过程 某化工企业新安装一套工艺装置,其中冷却水总管装置测量FI-8005采用孔板和1151变送器作为检测仪表。因为是冷却水总管流量,工艺管道直径为DN400mm,流体传送装置采用离心泵。

b.故障现象 工艺泵、管道由流量,打开取压阀、三阀组,供电后,仪表指示最大。

c.分析与判断 调校检查差压变送器,没有问题,符合精度,稳定性能好;检查导压管系统,也没有发现负导压管由泄漏;仪表本体负压室也无泄漏。对仪表以及测量系统检查,没有发现问题,那么,剩下的原因就室工艺因素了。

分析工艺过程,因为是冷却水总管,管径很大,流体流过管径阻力很小,压力损失也很小。观察离心泵出口压力表,表压很低,DN400管道和工艺阀门很大,一时难以判断阀门开度。从离心泵特性可知,离心泵扬程和流量有一定关系,上述情况就是离心泵流量太大,扬程太小。关小离心泵出口阀,离心泵出口压力指示上升到0.4MPa,差压变送器检测流量正常。所谓差压变送器不能开表的原因,实际上是水流量太大,远远超过设计流量值,使泵出口流量达到设计值,只要工艺达到设计值,仪表也就指示正常了。

 

压力检测与控制系统故障处理


 

 

1、压力连锁失灵

a.工艺过程 某石化企业重油总管压力测量报警连锁PAS-723,其自控原理图如图2—7所示。


图2—7自控原理图

b.故障现象锅炉燃料油-重油总管压力下降,但备用泵P723B不能自动启动,导致重油压力继续下降,直到锅炉联锁动作切断重油而停车,造成故障。

c.分析与判断 正常情况下,当重油总管压力下降到某一值时,备用油泵P723B应自动启动,使重油保持一定流量和压力。现在P723B没有启动,说明备用泵没有收到压力下降的信号,也就是说PAS-723压力变送器没有感受到总管压力力的变化。检查到该故障是由导压管内隔离液被放掉、重油进入导压管以及变送器的弹簧管内而引起的。由于采用隔离液测量总管压力,导压管和仪表没有采用伴热保温,重油凝固点比较低,因此在导压管和弹簧管内冻结,不能感应和传递总管压力的变化。同时,由于重油固化而体积膨胀,传感元件受力使指示偏高,亦一直保持这个值。当总管压力下降时,此值不变,备用泵不启动,直至锅炉停车。

d.处理方法 用蒸汽吹扫导压管,拆下弹簧管用汽油洗干净。仪表重新投用前导压管内要充满隔离液。清洗冲液后,仪表指示正常,联锁报警系统正常。仪表工在日常维护时要注意隔离液,不能随便排污。

2、精馏塔压力指示异常

a.工艺过程 一化合成氨装置控制仪表采用TDC-3000PM系统,现场仪表多采用1151系列变送器,回路中采用北京远东EKZ231B系列本质安全栅。现场信号电缆为KVV3×1线连接。回路连接图如图2—8所示。回路工作原理如下:FTA上TB1、TB3提供24V电源,

 

图2—8回路连接示意图

经过EK231B-0-27安全栅隔离限能,向1151变送器提供本质安全电压,变送器产生的工作电流经过250欧姆信号电阻,将4~20mA电流信号转换为1~5V信号电压。FTA上TB1、TB3间的250欧姆电阻已去掉,TB1、TB3从安全栅1、2间取1-5V电压信号。正常情况下在安全栅出测量,可得到:

2、3间电压为24VDV;

5、6间电压为24VDC;

1、2间电压为1~5VDV;

从4串接万用表,电流应为4~20mA;

b.故障现象

PI608为制冷装置精馏塔顶压力指示,量程为2.5MPa,测量介质为气氨,导压管灌变送器油,正常情况下,PI608指示为60%,即1.5MPa。某日仪表巡检人员发现PI608趋势图变化波动大,大部分时间在20%-40%波动,且有几次位于零点附近。工艺操作人员反映,压力应在60%左右,且波动较少,比较稳定。

c.分析与判断

  • 判断取压系统 因PI608导压管灌有隔离液,是否因为隔离液流失造成指示不准?隔离液中有气体而造成指示波动?将隔离液防掉,更新灌液,调校零点后启表,仪表指示仍偏低。

  • 判断安全栅及FTA问题 在安全栅出测量电压及信号,情况如下:在1、2合4、5端测得电压信号为2.6VDC,而DCS指示为40.5%,说明FTA在TOP工作正常,无故障;在2、3和5、6端测得电压为24VDC,4、6间电压为19VDC,安全栅向变送器输出的电压正常;在4端串接万用表测得电流为10.3mA,这与DCS指示对应,说明安全栅无故障。

  • 判断变送器问题 在变送器接线端子出测得电压为10.6VDC,低于变送器工作电压,拆掉变送器信号线,测得信号线电压为24VDC,而在安全栅本质安全侧的电压为19VDC,说明在电缆上有很大压降产生。用标准仪器模拟变送器,DCS指示仍存在故障,验证变送器无故障。从安全栅本安侧接上标准仪器,模拟变送器信号,DCS指示与标准仪器输出电流相对应,证明了故障就在信号电缆上。从安全栅断开信号电缆,并将电缆短路,把现场断开的信号电缆与变送器连接,测得信号电缆阻值为2k欧姆且变化校大,而信号电缆的正常阻值时4欧姆左右。说明信号电缆某处出现故障,当电流信号流过时产生较大的压降,降低了信号电压。因为信号电缆阻值大,在电缆上产生了较大的电压降,减少了信号电压,使PI608指示比实际值低;电缆阻值的大范围波动造成PI608指示波动大;若电缆阻值过大,将造成回路信号很小,以致电压信号在1.2V左右。

  • 处理方法 更换信号电缆,PI608指示回复正常,与实际相对应。

 

液位检测故障判断分析与处理


 

(1)液位检测故障判断分析与处理 液位检测故障和流量、温度、压力检测一样,其故障现象也可概括为液位指示不正常。液位测量仪表有浮力式、电容式、差压式、超声波、雷达等,测量仪表虽然不同,但故障判断思路却相差不多。现以电动浮筒液位变送器为例加以说明,液位检测故障判断思路见图2—9:

图2—9液位检测故障判断流程

 

(2)、液位监测与控制系统故障处理

①、两个液位计指示不一致

a、工艺过程 T-501塔液位测量采用浮筒液面计,在同一位置安装玻璃液面计,如图2—10所示:

b、故障现象 浮筒液面计指示为50%,而相同位置的玻璃板液面计指示已是满刻度了。

c、分析与判断 用浮筒液面计测量精馏塔的液位是常用的一种测量方法,在安装浮筒液位计

图2—10T-501塔液位测量示意图

的同时也常常安装玻璃板液位计,以便操作工在生产现场巡检时能比较直观地观察塔的液位,这种安装方法往往会出现两个仪表指示不一致的现象。出现这类故障,工艺人员往往会认为是浮筒液位计坏了,仪表工一般也首先检查浮筒液位计。关闭浮筒液位计取样阀,打开排污阀,检查零位,然后在外浮筒内加液,检查指示是否相应变化,对应刻度值,如不正确,加以校正。针对此故障现象,检查浮筒液位计,无故障。检查玻璃板液位计也没有堵。然后进行查漏试验,发现玻璃板液面计顶部的压力及接头处漏。由于微量泄露,造成玻璃板压力及气相压力偏低,液面相对就上升了,造成玻璃板液位计假指示。还有一种情况,即玻璃板液位计取样阀处堵塞。当液位下降时,浮筒液位计指示随之下降,而玻璃板液位计由于取压阀门处堵塞,以表内液位不变,造成两表指示不同。

d、处理方法 拧紧气相压力表处接头,使之不漏,则仪表指示恢复正常,两表指示一致。

②、锅炉汽包液面指示不准

a、工艺过程 某石化企业锅炉F-701液位指示调节系统LIC-701采用差压变送器检测液位,同时在汽包另一侧安装玻璃板液位计,如图2—11所示。

b、故障现象 开车时,差压变送器输出比玻璃板液面计指示值高很多。

c、分析与判断 采用差压变送器检测密闭容器液位时,导压管内充满冷凝液,用100%负迁移将负压管内多于正压管内的液柱迁移掉,使差压变送器的正负压力

图2—11锅炉汽包液位检测示意图

差△P=hρ,h为液面高度,ρ为水的密度。差压变送器的量程就是Hρ,H为汽包上下取压阀门之间的距离。调校时,水的密度取锅炉正常生产时沸腾状态的值,此时水的密度是0.76g/cm3。锅炉刚开车,锅内温度、压力没有达到设计值,此时水的密度是0.98 g/cm3,虽然h不变,但hp值增大,△p=ρh,输出增加。玻璃板液位计只和h有关系,所以它指示正常,但差压变送器指示液面高度却大于玻璃液面计高度。这种情况是暂时现象,过一段时间锅炉正常运行时,两表指示就能一致,不必加以处理,但要和工艺人员解释清楚,这是仪表工解释不清楚这个现象产生的原因,而工艺人员又坚持要两表指示一致,这是仪表工将差压变送器零位下调,直至两表一致。带锅炉运行一段时间后,如不将差压变送器零位调回来,差压变送器指示将偏低。

 

简单控制系统故障判断分析与处理


 

(1)简单控制系统故障判断分析与处理

控制系统故障要比监测系统故障复杂。控制系统是在检测系统的基础上加上调节单元和执行单元形成一个闭合回路。不但检测系统的故障现象控制系统都承袭过来,而且控制系统自身的控制原理、控制理论和控制规律,也是控制系统出现故障的复杂性,远远超过相应的监测系统。

要熟练地处理控制系统故障,除对检测系统熟悉外,必须要有一定的控制系统知识。对控制系统的组成在头脑中有一个清晰的影像、对控制系统中各个单元,如变送器、调节器、调节阀等特性要熟知,控制系统的品质指标以及影响因素要有所了解。具备了这些知识,才能熟练地处理控制系统的故障。


现以流量简单控制系统为例,控制系统由差压变送器、单回路指示调节器、带电器阀门定位器的启动薄膜调节阀组成。故障现象是控制系统不稳定,流量指示波动大。简单控制系统故障判断思路见图2—12:

 


图2—12简单控制系统故障判断流程

(2)、控制系统及DCS故障处理

1、液位三冲量控制系统中蒸汽流量指示器突然指示为零。

a、工艺过程 锅炉汽包液位三冲量控制系统如图2—13所示:

图2—13锅炉汽包液位三冲量控制系统图

b、故障现象 锅炉汽包液位三冲量控制系统中,蒸汽流量指示器FR2突然指示为零。

c、分析与判断 FR2突然为零,意味着FR2故障造成“蒸汽流量”信号为零,即信号B为零,P上升使FC输出下降至最小,调节阀全开,给水流量大幅度增加。若处理不及时,将造成汽包水位快速上涨,造成严重的蒸汽带水事故。发生此类故障,应立即将负压调节器FC打至手动控制,将输出信号调在正常输出值上,或用调节阀手轮操作,然后查找故障。这种故障一般都是由变送器回路所致,信号突然至零,一般是变送信号线断线,检测线圈断线或保险丝熔断等,找出故障原因排除后再将系统投入自动控制。

2、Honeywell控制系统故障

a、故障现象 后备控制器经常出现FALL。UCN电缆状态显示HPM节点的A缆特别是B缆噪声系数过大,RESET后几分钟内噪声系数马上会达到几万。有时会出现DROP A、DROP B两条缆同时FALL。

b、分析与判断 UCN通信有噪声,造成通信堵塞。但由于故障现象时有时无,很难判断故障点的位置。维护人员及Honeywell公司技术人员对曾多次怀疑有问题的UCN的TRUNK及DROP、T形头、终端电阻及接头等进行了检查、清理或更换,仍然没能彻底解决问题,经过长时间的实验观察,发现在NIM节点的UCN的TAP头处产生故障的可能性较大。可能是由于NIM的UCN连接处晃动从而产生噪声。由于系统在运行期间很难对TAP头位置进行调整,为此,我们对此处脚踏板进行了保护,经长时间观察确认,故障彻底解除。

防范措施:日常点检中,注意检查UCN电缆的状态显示,在出现UCN噪声故障时,应重点检查终端电阻及TAP头。一般来说,UCN电缆本身问题的可能性较小。在订货时,NIM和HM移到机房内,不要随操作站一起放置在操作室内。

3、系统异常报警

a、故障现象 操作人员发现DCS系统有异常报警。系统维护人员到达现场后检查发现DCS系统故障现象表现为:

UCN电缆状态显示FALL,UCN COMM 状态画面显示NIM及HPM节点的UCN A和UCN B交替出现大量的噪声,当噪声突然急剧增大时,相应的UCN A或UCN B就会丧失通信功能,并显示FALL状态。系统组成图如图2—14所示:


图2—14 Honeywell控制系统组成

当UCN上同一节点的UCN A及UCN B同时丧失通信功能并显示FALL状态时,这一节点就会FALL,并丧失通信和控制功能,NIM主备节点交替FALL,HPM主备控制器在5小时内出现过3次全部短暂的FALL状态,系统维护人员及时处理,化险为夷,仅短暂影响操作。

b、分析与判断 由于故障现象不集中,所有节点都出现类似的故障,故障点难以查找。因此初步断定为UCN通信有噪声,造成通信堵塞,从而影响NIM的正常工作,产生HPM失效的假象。处理方法如下:

  • 针对系统通信噪声值较大的现象,在确认系统硬件完好的前提下,取一个与150米的户外UCN电缆连接的HPM。可能是环境存在某种异常干扰因素(如电磁、外伤及渗水等)。在经过调查和检测后,未发现有异常的干扰因素。

    根据经验,分析认为应该为系统通信本身存在故障,对系统的UCN网络进行彻底检查,包括所有的网络线及TAP接头的连接。检查结果未发现异常,故障现象仍然存在。

  • 从UCN COMM 状态画面的显示分析,两个NIM节点中只有一个NIM节点总是保持非常高的噪声值。而且系统错误记录中NIM21的错误信息明显多于NIM22,因此故障原因可能是由于NIM21节点故障引起NIM21节点SHUT DOWN并下电。将NIM21节点的DROP电缆拆除,然后对系统进行观察,10分钟内没有任何噪声产生,系统通信恢复正常,重新恢复NIM21节点再继续观察发现故障又重新发生,因此判断故障点在NIM21节点。

  • NIM21节点与UCN直接连接的卡件是NIM MODEM卡,我们首先怀疑这块卡可能出现问题。但由于没有备件,因此我们首先将节点的其他卡件进行更换测试,发现故障没有解除。

最终确定是NIMMODEM卡件故障,用一块新的NIM MODEM卡代替后,系统完全恢复正常。

4、系统事故案例

lOS死机 当系统的OS出现死机FALL时,应记下当时的温度、湿度及锁定的画面,观察左上角的时钟是否走动,记下此时OS的地址号,然后按RESET键,再按LOAD键,选择路径,再选属性O,E,U最后按ENTER键,3-5分钟后即可恢复正常。

  • 信号反应慢、滞后 检查其滤波参数,将其改小或置零即可。

  • 工艺反应其控制回路作用相反 根据工艺反应,明确该问题属于下列哪种情况并进行相应处理:自动时控制作用相反,手动时正常,则为控制作用错误,将CTLACTN字段内容作相反调整,即“DIRECT”改为“REVERSE”或“REVERSE”改为“DIRECT”;自动时控制作用正常,手动时相反,则控制作用及输出信号作用设置均有误,将CTLACTN和OPTDIR字段作相反调整;自动和手动时作用均相反,则为输出信号作用设置错误,将OPTDIR做相反调整。

  • PV坏值报警:PV超出扩展上限或低于扩展下限,则做相应修改;PV源不对则修改PV源。

  • 紧急停电,若UPS系统出现故障出现紧急停电时,通知工艺改副线,切掉UPS来的各路电源,关闭系统所有的交直流开关,准备好活动硬盘和工程师站钥匙以备系统进行加载启动。

  • 系统停机 若系统因停电或其他原因出现重大故障,引起系统停机,需要对系统进行重新启动,分以下几个步骤:

1)LCN网络上各节点的启动

检查电源无误后,先合上各节点下面的AC开关,然后再合上后面的直流开关,此时各节点进行自检;HM自行装载并启动,启动成功后,HM显示地址号,表示HM已经正常;OS需要人为启动,可以先启动一台OS,用它对其它OS进行加载启动。

2)UCN网络上HPM启动

首先合上HPM下面的直流开关,每个HPM机柜下有两个冗余的电源,此时HPM各卡件进行自检;当HPM处于ALIVE状态时,表明HPM自检正常;选中HPM节点,对接点进行LOAD PROGRAM加载,等HPM处于IDLE状态时,表明HPM加载成功,然后,对HPM进行启动,当处于OK状态时,表明HPM启动成功,可以服务于生产了。至此,整个系统启动成功。

 

调节阀故障处理


 

(1)、调节阀阀杆与阀芯连接处经常折断

a、工艺过程 吸收塔液位控制系统为分程控制系统。

b、故障现象 控制系统中某一调节阀阀杆与阀芯连接处经常折断。

c、分析与判断

该控制系统中一调节阀经常处于小开度下工作。调节阀一般不宜在小开度下工作,阀在小开度时,节流件间隙小,流体流速大,流体介质容易产生闪蒸,对节流件除机械冲刷气蚀外,小开度造成不平衡力大,使阀稳定性差,产生振荡,使阀杆容易折断;

阀芯阀杆材质选择不当;

阀芯阀杆连接方法不当,机械应力集中;

阀芯与阀盖导向间隙配合不当,若间隙配合过大则易产生振荡。

处理方法:

该系统为一分程控制系统,可固定一个调节阀的开度,适当调整和增大另一调节阀的开度,在校准时两调节阀信号重合性比例适当;

选择韧性较大的材质;

阀芯与阀杆连接处在焊接后应在车床上加工一圆弧,让机械应力分散;

根据材质的强度、膨胀系数及阀芯直径和耐磨特性配制间隙。

(2)、二氧化碳升压机放喘振调节阀开度忽高忽低

a、工艺过程 FCV-1001调节阀是升压机的防喘振调节阀,流程图如图2—15所示。它接受调节器FIC-1001的输出信号,控制升压机的二氧化碳循环量,实现防喘振控制。

 


图2—15 升压机的防喘振调节阀示意图

b、故障现象 调节阀FCV-1001工作不稳定,其开度忽高忽低,无法正确地控制二氧化碳循环量,导致循环量激烈波动,威胁着升压机的安全稳定运行。

c、分析与判断 调节阀是气动薄膜式调节阀,其结构示意图如图所示。根据其结构特点和以往的维护经验,造成调节阀工作不稳定的主要原因有以下几点:调节器的内输出信号不稳定;阀门定位器的气源压力波动;阀门定位器故障,工作失灵;工艺管道基座剧烈振动;调节阀的流通能力值过大,调节阀在小开度下工作;调节阀阀杆摩擦力大,产生迟滞性振荡;调节阀的执行机构的刚度不够或预紧弹簧的预紧量不够造成了振荡;调节阀的节流元件配合或导向套间隙过大。

处理方法如下:根据现场检查情况,基本排除了调节器输出信号不稳定、气源压力波动和工艺管道剧烈振动的原因。因此,调节阀工作不稳定的原因在于调节阀本身和阀门定位器。将调节阀切换到手动控制,断开阀门定位器反馈杆与调节阀阀杆之间的连接,使调节阀与阀门定位器之间完全隔离,即调节阀不受定位器输出信号的控制,定位器不受调节阀动作的影响,观察调节阀和定位器的运行情况,调节阀的阀杆不再动作,工作稳定,而定位器的输出信号仍在不停地波动。显然,定位器故障,工作失灵时造成调节阀工作不稳定的原因。

(3)空分装置分子筛系统电磁阀故障

①空分装置分子筛由加热状态向冷吹切换时,氮-222、氮-223及氮-221阀相继关闭,氧-201阀没有打开。但吹筛-202阀处于正常开状态,随后1#分子筛出口阀空-212也突然关闭,造成空分塔断气,空压机出口超压,安-102起跳,氧压机、氮压机停车,在对该事故进行检查时,上述5台阀的状态突然自动恢复正常。

②分析与判断

a.分子筛程序紊乱。

b.电磁阀出现故障。

c.电磁阀供电电源突然断电。

d.仪表风压力低。

处理方法有如下几点。

a.检查DCS计算机中的历史记录,看分子筛程序是否有异常记录。经检查,未发现分子筛程序有异常记录,且计算机发出的指令一直正常。

b.检查电源开关,没有发现调闸。由于该系统电源是由UPS直接提供的220VAC电源,如果该电源出现波动,不但会导致上述5台阀的电磁阀掉电,其它设备也会失电,并且该系统的吹筛-202也应关闭。故可判定电磁阀供电电源无问题,电源供电系统工作正常。

c.在上述5台阀自动恢复正常后,对分子筛程序进行进一步的运行检查,分子筛程序的运行与切换均很正常,由此更加判定计算机中分子筛程序无问题。

d.对电磁阀而言,一般应该只是1台突然发生故障,不可能5台同时出现故障。对该5台电磁阀进行检查时,发现电磁阀本身正常,但氮-223电磁阀的气路中发现有铁屑。

e.分子筛的切换气源要求0.45MPa以上,气源的波动对其影响很大。该故障极有可能是仪表风气源压力降低导致,而仪表风压力降低的原因可能是仪表风管线局部堵塞,从氮-223阀电磁阀气路中发现铁屑这一现象更可证明这一点。故对该部分仪表风管路进行吹扫排放。

f.经以上处理后,分子筛系统恢复正常运行,工艺车间进行开车。

(4)、调节阀阀杆振动

a、故障现象 调节阀在接近全关位置时,阀杆出现振动,影响控制质量。

b、分析与判断 导致阀振动的原因一般有以下几个:阀门定位器输出不稳定;膜片漏;气路漏;阀体方向反。

处理方法如下:首先对气路、膜头进行泄露检查、试验,均正常;又对定位器进行校验,正常;最后分析可能是阀体装反。但阀体的方向标志与流体流向一致。经拆验,发现此阀改装过,阀体确实装反,正确安装后,故障消除。


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