20000 m3/h空分設備電控儀控系統故障處理措施

周金城

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山243011）

制氧

20000 m3/h空分設備電控儀控系統故障處理措施

周金城

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山243011）

針對馬鋼20000 m3/h空分設備在電控儀控系統故障時存在問題，采用針對性空分設備操作方法與改進完善空分設備相關電控儀控系統，保證設備安全穩定。文章介紹了20000 m3/h空分設備在高壓電網波動、膨脹機油泵電控故障、分子篩吸附器電加熱器故障、DCS系統失電故障、液氧泵誤跳機、電磁閥故障時現象，闡述了采取的處理措施及效果。

空分設備；卸載；跳機；溫度；壓力；液位

1 引言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱馬鋼）20000 m3/h空分設備由杭氧設計、制造。該空分設備采用氮水預冷、分子篩吸附凈化、空氣循環增壓、液氧內壓縮、全精餾制氬流程及DCS系統控制。該空分設備流程簡圖如圖1所示。

2013年，20000 m3/h空分設備電控儀控系統發生多起故障，影響設備安全穩定運行。為此，對該空分設備發生過的電控儀控系統故障現象進行了分析，并采取了有效處理措施。

2 高壓電網波動

2.1 故障現象

2013年5月7日11：07，20000 m3/h空分設備因高壓電網波動系統跳機。空分設備系統跳機時，各單元設備狀態如下：

2.1.1 氮水預冷系統、分子篩吸附器、主換熱器

空分設備系統跳機時，氮水預冷系統冷卻水泵、冷凍水泵仍在運行，空冷塔壓力為0.412 MPa且持續下降。空冷塔與水冷塔液位均升至高報警值。

DCS系統控制畫面中分子篩吸附器再生時間計時器仍在計時，其再生程序仍在進行。

主換熱器熱端抽取2股污氮氣，分子篩吸附器再生污氮氣與進水冷塔污氮氣溫度均低于-1.2℃且持續下降。分子篩吸附器再生污氮氣調節閥V1226與進水冷塔污氮氣調節閥V107均保持運行時閥門開度。

主換熱器熱端抽取氮氣溫度小于5℃，氮氣放空閥V105全開。增壓透平膨脹機膨脹端進氣溫度小于-133℃低報警值，開膨脹機吹除閥，殘留膨脹空氣氣液夾帶現象嚴重。

圖1 20000 m3/h空分設備流程簡圖

2.1.2 低溫液體泵與壓縮機

空分系統跳機時，液氧泵隨之跳機，但液氧泵變頻器調節器與回流閥均保持運行時狀態，循環粗氬泵仍在運行。

空壓機跳機后，進口導葉關至6.1%，未能全關。空氣增壓機跳機后，增壓機I段進口導葉自動全關，Ⅱ段進口導葉開度仍為運行時開度。增壓機I、II段氣閉式回流閥的電磁閥失電，但DCS系統控制畫面中回流閥開度指示仍為運行時開度。

2.2 處理措施及效果

2.2.1 氮水預冷系統、分子篩吸附器、主換熱器

手動停運冷卻水泵、冷凍水泵。同時修改水泵儀控系統聯鎖值，將空冷塔與冷卻水泵、冷凍水泵壓力聯鎖值改為0.415 MPa，在空冷塔壓力小于0.415 MPa，冷卻水泵、冷凍水泵跳機，避免因空冷塔水位過高，分子篩吸附器進水。

手動投運分子篩吸附器運行暫停開關，停止分子篩吸附器再生時間計時器計時與再生程序進行，同時保持分子篩吸附器吸附與再生時相關閥門狀態。

全關分子篩吸附器再生污氮氣調節閥V1226、進水冷塔污氮氣調節閥V107、氮氣放空閥V105。避免上塔低溫氣體未經主換熱器正流空氣復熱，進入冷箱外常溫碳鋼管道，使碳鋼管道凍裂。

開啟液氧泵出口管道上的排液閥，排放主換熱器液氧通道液氧，避免主換熱器內殘存返流液氧與殘留正流中壓增壓空氣換熱，中壓增壓空氣液化，使膨脹機膨脹端進氣溫度小于低報警值。

同時改進空分設備儀控系統：在空分設備跳機，冷箱故障聯鎖投運60 s后，分子篩吸附器再生污氮氣調節閥V1226與進水冷塔污氮氣調節閥V107自動全關。避免空分設備跳機時，主換熱器熱端溫度低于0℃，冷量進入常溫碳鋼管道。同時V1226、V107閥門在空分設備跳機60 s后全關，不使上塔壓力瞬間升高，保證設備安全。

2.2.2 低溫液體泵與壓縮機

將液氧泵變頻器與回流閥調至停機狀態。手動停運循環粗氬泵，避免粗氬II塔塔釜液體過多輸入上塔，主冷液位高，冷開車調純時間長。同時改進循環粗氬泵儀控系統，在空分設備跳機，冷箱故障聯鎖處于投運狀態，循環粗氬泵自動停運。

將空壓機進口導葉智能定位器調至自動校驗檔，對進口導葉進行自行校驗，使導葉開度低于0.5%。避免空壓機帶載啟動，主電機電流大，啟動失敗。

手動關增壓機II段進口導葉，將增壓機I、II段回流閥閥位指示調至100%，保證增壓機啟動安全。同時改進增壓機儀控系統，在增壓機正常停機或故障跳機時，增壓機Ⅱ段進口導葉自動全關。

以上處理措施實施后，效果較好，保證了設備停機與啟動安全。

3 膨脹機油泵電控故障

3.1 故障現象

2013年7月18日15：45，20000 m3/h空分設備膨脹機油泵因電控低壓電網波動，油泵跳泵，膨脹機因油壓降至聯鎖值跳機，造成空壓機與增壓機卸載、液氧泵跳機、冷箱故障聯鎖，但氮壓機仍處于運行狀態。

膨脹機跳機后，膨脹機膨脹端與增壓段軸承溫度持續下降，膨脹端軸承溫度最低降至-12.7℃，增壓端軸承溫度降至4.3℃。

3.2 處理措施及效果

3.2.1 膨脹機跳機后，因油泵未運行，冷量擴散至膨脹機膨脹端與增壓端軸承處，造成軸承溫度低，故采取以下措施：

全關膨脹機進出口閥門、開膨脹機吹除閥，調節膨脹機密封氣壓力，不使膨脹機膨脹端與增壓端軸承溫度持續下降。

膨脹機油泵電控故障處理完畢，啟動膨脹機油泵，對膨脹機進行單體加溫。將膨脹機增壓端、膨脹端軸承溫度升至25℃，大于軸承溫度低報警值。

同時通過技術改造，將膨脹機油泵電機改為雙回路供電方式，為油泵電機增設1臺雙電源切換裝置，雙回路供電可在4 s自動切換完成，在低壓電網波動時，油泵運行正常。

3.2.2 手動緊急停運氮壓機。同時改進氮壓機儀控聯鎖條件：將冷箱故障聯鎖作為氮壓機啟動、運行條件。在冷箱故障聯鎖處于投運狀態時，運行狀態氮壓機跳機，停運狀態氮壓機不能啟動。使空分設備在故障跳機時，氮壓機自動停機。

以上處理措施實施后，膨脹機、氮壓機啟動運行安全穩定，效果明顯。

4 分子篩吸附器電加熱器故障

4.1 故障現象

2013年7月16日，處與運行狀態20000 m3/h空分設備1#分子篩吸附器加熱、2#分子篩吸附器吸附，再生污氮氣出電加熱器出口溫度最高值為136℃，低于正常運行值175℃。DCS系統控制畫面中電加熱器運行反饋信號正常。

通過電控人員檢查得知：分子篩吸附器電加熱器由5組電加熱器單元構成，其中第1、2、3、4組電加熱器在接觸器控制下運行正常，第5組電加熱器在調功柜控制下因斷路器故障，第5組電加熱器未能投運，分子篩吸附器電加熱器總功率降低，造成再生污氮氣出電熱器溫度低于正常運行值。

4.2 處理措施及效果

4.2.1 鑒于1#分子篩吸附器加熱運行時間已達4400 s，再經600 s加熱結束進入冷吹階段，故在1#分子篩吸附器進入冷吹階段后，將故障狀態電加熱器切換至正常備用電加熱器，由電控人員對故障狀態電加熱器進行檢查處理。

4.2.2 1#分子篩吸附器因加熱階段再生污氮氣溫度低，冷吹階段峰值為87℃，低于正常冷吹峰值118℃，再生不完全，作如下操作：

在1#分子篩吸附器吸附、2#分子篩吸附器加熱時，手動對20000 m3/h空分設備進行變負荷操作，即減少加工空氣量與產品產量，降低1#分子篩吸附器吸附負荷。同時增加進入水冷塔污氮氣與氮氣流量，降低空冷塔出口加工空氣溫度。

根據2#分子篩吸附器在冷吹階段冷吹峰值已達118℃，冷吹后期溫度值已低于30℃低報警值，2#分子篩吸附器已再生完全工況，將冷吹時間由7100 s減至6200 s，縮短因電加熱器故障再生不完全的1#分子篩吸附器吸附時間，避免分子篩吸附器出口加工空氣中二氧化碳含量升高。

同時改進分子篩吸附器儀控系統，增設再生污氮氣出電加熱器溫度低報警值，使之及時發現故障。

分子篩吸附器電加熱器故障處理完畢，效果顯著，設備運行工況正常。

5 DCS系統失電故障

5.1 故障現象

2013年6月25日0：03，20000 m3/h空分設備DCS系統電源柜進線失電，空分設備DCS系統4臺操作站全部黑屏，空分設備系統跳機。

20000 m3/h空分設備系統跳機后，經對空分設備現場檢查，空壓機、增壓機與氮壓機跳機后其輔助油泵均未啟動，膨脹機油泵處與停運狀態。空冷塔、水冷塔現場翻板液位計滿量程，水冷塔溢流管有冷卻水溢出。出冷箱2股污氮氣與氮氣常溫碳鋼管道有結霜現象，氮氣放空閥V105處有氣流聲音。

5.2 處理措施及效果

5.2.1 通知電控人員在電控柜中啟動空壓機、增壓機、氮壓機輔助油泵及膨脹機油泵。同時，通知電控人員停送冷卻水泵、冷凍水泵、中壓液氧泵、循環粗氬泵、分子篩吸附器電加熱器電源，使其處于停機狀態。

開啟空冷塔、水冷塔塔釜排水閥，將空冷塔、水冷塔液位降至現場翻板液位計50%量程指示。同時全關2臺冷卻水泵進水閥，避免0.45 MPa循環冷卻水經冷卻水泵進入空冷塔，空冷塔水位高，分子篩吸附器進水。

在設備現場將污氮氣進水冷塔與分子篩吸附器的氣動薄膜調節閥V107、V1226及氮氣放空閥V105手動全關，避免上塔低溫氣體進入常溫碳鋼管道。

開啟污氮氣、氮氣進過冷器前吹除閥，調節上塔壓力，避免上塔超壓，安全閥起跳。全關液氧、液氮、液氬產品進低溫貯槽前手動輸送閥，避免液體貯槽污染。

5.2.2 DCS系統進線柜故障處理完畢，啟動空分設備DCS系統4臺操作站。通過分析1#、2#分子篩吸附器在DCS系統失電前溫度、壓力工藝參數歷史趨勢圖，確認1#分子篩吸附器吸附、2#分子篩吸附器再生時間，將再生計時器時間恢復至故障前計時器記錄時間。同時，將1#、2#分子篩吸附器閥門調至相對應狀態，查閱DCS系統操作站空分設備相關工藝參數，將空分設備各單元設備調至正常停機狀態。

隨即空分設備進行冷開車，設備啟動安全、運行穩定。

6 液氧泵誤跳機

6.1 故障現象

2013年6月18日13：49，對20000 m3/h空分設備精餾工況進行調節，在主冷液位降至低報警值時，處于正常運行狀態OP601液氧泵與低速惰轉冷備狀態OP602液氧泵同時跳機，造成空壓機與增壓機卸載、膨脹機跳機、冷箱故障聯鎖。

通過對設備儀控系統檢查得知：20000 m3/h空分設備主冷液位儀控邏輯聯鎖條件設置不合理，即主冷液位低報警值在儀控邏輯聯鎖中，同時作為液氧泵啟動、運行聯鎖條件。在主冷液位降至低報警值時，停機狀態液氧泵不能啟動，運行狀態液氧泵跳機，使運行與低速惰轉狀態2臺液氧泵同時跳機。

6.2 處理措施及效果

修改主冷液位對液氧泵儀控邏輯聯鎖條件：將主冷液位低報警值作為液氧泵啟動聯鎖條件，主冷液位低低聯鎖值作為液氧泵運行聯鎖條件。在主冷液位高于低報警值時，停機狀態液氧泵方可以啟動，主冷液位降至低低聯鎖值時，運行狀態液氧泵跳機。不使液氧泵誤跳機相同故障發生。

設備運行至今，在主冷液位降至低報警值時，液氧泵運行穩定，效果顯著。

7 電磁閥故障

7.1 故障現象

2013年6月6日13：40，正常運行20000 m3/h空分設備增壓機I段出口壓力低報警，隨即膨脹機跳機，增壓機與空壓機卸載，液氧泵跳機，冷箱故障聯鎖。

通過對增壓機運行參數分析得知：增壓機I段出口壓力在23 s內由正常運行1.75 MPa降至0.9 MPa，膨脹機因進氣壓力降至聯鎖值跳機，又因為膨脹機跳機造成增壓機與空壓機卸載、液氧泵跳機、冷箱故障聯鎖。

通過對增壓機I段進口導葉與回流閥檢查得知：因增壓機I段氣閉式回流閥的電磁閥故障失電，造成增壓機I段回流閥瞬間全開，增壓機I段出口壓力下降。

通過對拆卸的故障電磁閥檢查得知：電磁閥因運行時間長，電磁閥電器元件老化，造成電磁閥故障失電。

7.2 處理措施及效果

儀控人員更換增壓機I段回流閥的電磁閥，為保證設備穩定運行，同時更換增壓機II段回流閥的電磁閥。

鑒于馬鋼20000 m3/h空分設備已運行10年，空分設備電磁閥故障率逐年增加，現已安排儀控人員有計劃對空分設備重要閥門的電磁閥分批次定期更換，降低空分設備電磁閥故障率。

20000 m3/h空分設備運行至今，未發生電磁閥故障，效果明顯。

8 結束語

針對20000 m3/h空分設備在電控儀控系統故障時各單元設備具體狀態，根據20000 m3/h空分設備工藝流程特點，對設備采用有效操作方法與改進完善相關電控儀控系統，保證空分設備停機、啟動、運行安全穩定。

Troubleshooting M easures for the Electrical and Instrum ental Control System s of 20000 m3/h Air Separator

ZHOU Jincheng
(The Gases Sale Company of Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243011,China)

Regarding the problems in the electrical and instrumental control systems of the 20000 m3/h air separator at MaSteel,relevant operation method was adopted and related electrical and instrumental control systems were optimized,to ensure safe and stable operation of the equipment.Performance of the 20000 m3/h air separator under abnormal conditions of HV power grid fluctuation,troubles in the electrical control system of expander oil pump and the electrical heater of molecular sieve absorber,power shutdown in the DCS system,faulty tripping of liquid oxygen pump and electromagnetic valve problem are introduced;treatment measures adopted and their results are described.

air separator;unload;tripping;temperature;pressure;liquid level

TB657.7

B

1006-6764(2015)02-0015-04

2014－10－27

周金城（1971－），男，1994年畢業于馬鋼職工大學制氧專業，制氧高級技師，現從事制氧機操作維護工作。