化工裝置儀表自動控制典型故障處理

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，依據典型儀表故障處理的方法，總結一般儀表故障的處理思路。

關鍵詞：自控;接觸器;電位;失真

前言

隨著現代化水平的提高，生產過程自動化控制的普遍程度越來越高，尤其是具有連續生產作業性質的石油化工行業，自動化控制程度非常高。同時，自動化儀表伴隨智能化水平和制造工藝的提升也有了很大進步，集成化很高，出現故障的情況很少。但是，一旦出現問題，就很難準確判斷和處理，特別是軟故障。這給儀表維護人員提出了挑戰，除了要掌握儀表本身的工作原理，還要了解相關其它知識。以下結合自身的工作經歷，以典型的事故案例為例，總結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。

1.急停按鈕聯鎖設計缺陷故障

1.1 故障現象經過

某裝置造粒系統開車過程中，在自啟過程中，熔融泵啟動的情況下，工藝人員發現切粒機循環水三通閥雖接到了動作命令，但并未動作到位，畫面沒有顯示直通回訊，導致切粒水不能進入切粒水室進行冷卻。為此工藝采取緊急行動，按手動停主電機，沒有效果，緊急情況下按緊急停車按鈕，除主電機外的其他設備都停止運轉，主電機仍沒有停止，最后在電氣控制室斷電源停止主電機，切粒機水室發生“灌腸”事故。

1.2 故障分析

擠壓造粒機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均為常閉開關，串聯后給兩個接觸器：EMS3和EMS3X線圈供電，也就是說，當任意一處緊急停車按鈕按鈕按下后，都將會使EMS3和EMS3X線圈失電。其中EMS3接觸器一組常開觸點串在給所有現場電磁閥供電回路中，一旦EMS3線圈失電，該組常開觸點打開，所有現場電磁閥將失電，閥門發生安全聯鎖。

而EMS3X接觸器一組常開觸點串在給部分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。按照原設計方案，當按下急停按鈕后，該DO點將使繼電器持續得電5秒鐘，也就是使繼電器引至MCC的常閉觸點持續斷開5秒鐘，命令MCC停主電機。但依據目前的設計，在按下急停按鈕的同時已將DO卡件斷電，所以無法輸出，無法使繼電器得電，所以導致MCC無法停主電機。

1.3 解決方案

鑒于緊急停車按鈕設計方案有問題，且為了保持外方原始安全聯鎖設計思想，建議將儀表送給MCC的RY8001主電機停止信號由常閉改為常開，在MCC機柜內增加一時間繼電器信號轉換。 當急停按鈕按下，PLC的DO輸出通道斷電，RY8501失電，常開觸電閉合，引發時間繼電器啟動記時5秒，停主電機。

1.4 分析總結

對故障的分析，要結合程序和硬件接線。對本次故障，單獨觀察軟件程序，做程序監控試驗都無異常現象;單獨查硬件，接線等也沒異常狀況。但倆者互相結合，就發現有不匹配之處。一段控制程序的執行，不但要有正確的邏輯命令，更要有硬件正確接線的配合。

2.系統電位差故障

2.1 故障現象

每逢陰雨天氣，地面潮濕，裝置破塊器的轉數就會滿轉且不能調節。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數。問題出現時，測量DCS通道輸出電流值正常，但用軟件監控進入PLC卡件CPU處理后就已經顯示超量程。

2.2 故障分析

考慮到只有陰雨天情況下問題才會出現，可以排除硬件問題。檢查現場接線箱，沒有進水情況。控制室做實驗，在陰雨天和晴天，用信號發生器單獨給PLC卡件有源4-20mA控制信號，破塊器都能正常運行。因此，判斷還是信號問題，但用萬用表測量DCS信號正常。仔細分析想到點位平衡問題，是否會存在兩系統間電位不一致的現象。為了確認我們的判斷，在PLC的控制柜內，將DCS的控制信號線負極再次接地，增加臨時接地線，結果故障消失。最終結論就是DCS和PLC兩控制系統的地電位不一致，在陰雨天氣，導致信號傳遞失真。測量兩系統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，將DCS的控制信號線負極再次接地，增加臨時接地線。長遠考慮，決定在倆控制系統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

隨著現在工藝控制要求的提高，裝置內的控制系統往往不止一套，經常出現DCS、SIS、PLC等多種控制系統共同工作的情況。為了方便控制，各控制系統間不免存在有信號通訊，信號的通訊一般是DCS作為主站，其他系統作為從站。當出現類似問題時，不要局限在一個控制系統內，要考慮到信號傳遞中容易受到干擾的環節，如電場、磁場、點位等等干擾，綜合分析問題。

3.調節閥閥桿斷裂故障

3.1 故障現象

某裝置調節閥LV-6001運行中突然失去調節作用，導致塔釜液位高高報警聯鎖裝置停車，現場檢查發現閥門閥桿斷裂，焊接后運行2天，再次發生斷裂停車事故。

3.2 故障分析

調節閥LV-6001位于距地面60米的塔頂部，介質為碳酸鹽，閥門選型為FISHER的ET系列8寸球閥，連接等級300LB WN-RF。閥門開啟時由于閥門前后差壓的變化大，管線產生很大震動。從下線閥門閥芯的損傷狀況看，存在氣蝕現象。碳酸鹽在高速流動和閥門前后壓力突變的條件下，液體內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小的麻點，并產生強大的沖擊力，帶動閥門本體產生劇烈震動，甚至連同管線一起震動。強烈的震動伴隨閥桿的運動產生應力，導致閥桿斷裂。焊接修復后的閥桿由于氣蝕作用的存在，強度達不到，再次斷裂停車。

3.3 解決方案

通過與設計院溝通，閥門重新選型，選擇使用于大差壓環境的偏心旋轉閥，能夠有效的減緩閥門前后差壓變化，遏制氣蝕現象，有減緩閥門震動的效果。

4.結束語

通過對3個典型過程生產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：現場儀表—接線箱—控制系統（端子接線板—繼電器—卡件—CPU）—上位機，之間的每一個連接環節都有可能是故障的緣由，甚至包括設計與儀表選型。掌握儀表基本原理和相應的化工工藝只是基礎，重要的是建立解決問題的思路，養成良好的分析習慣，勤于思考，舉一反三，才能使裝置運行平穩、安全。

參考文獻：

[1]朱炳興，王森編.儀表工試題集.北京.化學工藝出版社（第二版）.