煤化工儀表及自動化控制系統常見故障原因分析

劉新偉

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046200)

引 言

自動化儀表控制技術在煤化工領域的應用，有效地提高了企業的自動化生產水平，降低了人力成本。從長期來看，顯著提升了的煤化工業的經濟效益。在企業日常生產過程中，通過自動化儀表控制技術，有效保證生產過程中的溫度、壓力、液位、流量等參數的穩態運行，成為考量一個企業生產水平及管理化水平的重要指標。

1 煤化工生產常見儀表的主要類型

1.1 溫度儀表

煤化工生產中最常使用的溫度儀表有雙金屬溫度計、熱電偶和熱電阻等。雙金屬溫度計是用熱雙金屬片作感溫元件的，一般作為就地儀表使用。熱電偶是將溫度的變化轉換成熱電勢的變化來測量溫度。熱電阻是利用金屬在溫度變化時本身電阻也隨著發生變化的特殊性來測量溫度。

1.2 壓力儀表

實際生產中最常見的壓力儀表主要有彈簧管壓力表、膜盒壓力表及一體化壓力變送器等。彈簧管壓力表通過表內的敏感元件的彈性形變，引起指針轉動來顯示壓力。膜盒壓力表是在被測介質壓力作用下，膜盒發生彈性變形，帶動傳動機構使指針軸偏轉，指針在刻度標尺上指示出壓力值。一體化壓力變送器最常見品牌主要有西門子、羅斯蒙特、霍尼韋爾等。

1.3 液位計

常見的液位計主要有磁翻板液位計、浮筒液位計、雷達液位計、差壓液位計等。磁翻板液位計根據浮力原理和磁性耦合作用研制而成。浮筒液位計是基于阿基米德原理和杠桿原理來測量液位的。雷達液位計是利用電磁波發射和回波的時差，通過計算得出液面的高度。差壓式液位計是利用正負側壓差與高度成正比的原理來測量液位。

1.4 流量計

化工生產中流量計種類繁多，我們選取轉子流量計、超聲波流量計、電磁流量計等幾種常見流量計做簡單介紹。轉子流量計一般作為就地儀表使用。超聲波流量計是利用超聲波在逆流和順流中存在時差，時差與流速成正比，進而通過換算測出流量。電磁流量計是基于電磁感應定律工作的。

2 煤化工生產儀表常見故障及處理方法

2.1 溫度儀表常見故障及處理方法

雙金屬溫度計作為一種就地溫度計，一般運行比較穩定，通常做到定期檢驗即可，偶爾出現物理性破損后，直接更換新表。

2.1.1 單點熱電偶常見故障及處理方法

a.熱電勢值偏低：1) 熱電偶受潮，絕緣不良；2) 補償導線與熱電偶極性接反；3) 線路電阻不準確。處理方法：1) 清洗烘干或更換熱電偶；2) 正確接線；3) 正確配置線路電阻[1]。

b.熱電勢值偏高：1) 補償導線與熱電偶種類不符；2) 熱電偶電極材料變質。處理方法：1) 更換補償導線；2) 更換熱電偶；3) 更換線路電阻。

2.1.2 多點熱電偶常見故障及處理方法

現代煤化工企業中，有許多大型的反應器，想要準確了解到反應器內部不同分布位置的溫度，就需要用到多點熱電偶。相比較單點熱電偶來說，多點熱電偶套管較長，多點熱電偶除了單點熱電偶常見故障外，還具有它一些獨特的故障。

多點熱電偶由于套管較長，經常會出現脫落現象，導致測量溫度偏差較大；套管脫落需要在系統停車后進行清洗和置換，然后重新固定。當熱電偶測量反應器同一水平面溫度時，經常會出現幾個數據偏差較大，這個時候考慮變送器模塊故障，重新更換模塊即可。當反應器內部介質流速或密度突然出現較大變化，多點熱電偶數據出現偏差，一般不認為是儀表問題。

2.1.3 熱電阻常見故障及處理方法

保護管和接線盒出現松動時應及時緊固。如內部熱電阻元件有故障，做報廢處理，更換新模塊[2]。

2.2 壓力儀表常見故障及處理方法

彈簧管壓力表及膜盒壓力表作為就地壓力表，一般運行比較穩定，通常做到定期檢驗即可，偶爾出現物理性破損后，直接更換新表。

一體化壓力變送器常見故障及處理方法：

a.變送器毫安讀數為零：1) 檢驗信號端子是否接通電源；2) 檢查電源線的極性是否接反；3) 檢查開放式二極管是否與測試端子交叉。

b.變送器對所施加的壓力變化沒有響應：1) 用手操器對設備進行打點測試；2) 檢查變送器導壓管線否堵塞，如有堵塞，及時疏通；

c.數字壓力變量讀數低或高:1) 檢查測試設備 (檢驗精度)；2) 檢查引壓管線是否阻塞；3) 檢驗變送器是否正確標定；4) 檢驗測量壓力計算[2]。

2.3 液位計常見故障及處理方法

2.3.1 磁翻板液位計常見故障及處理方法

磁翻板液位計是一種就地液位計，常見故障有：1) 浮子被卡住，需要拆裝清洗浮子；2) 浮子與所測介質密度不相符，需要更換與所測介質密度相符的浮子。

2.3.2 浮筒液位計常見故障及處理方法

a.實際液位有變化，但無指示或指示不準確：1) 引壓管堵有臟物；2) 浮筒破裂；3) 浮筒卡住；4) 變送器損壞；5) 沒有電源。處理方法：1) 疏通、清洗或更換引壓管；2) 更換浮筒；3) 拆開清理筒內臟物；4) 更換變送器；5) 檢查電源、信號線、接線端子。

b.無液位，但指示為最大：1) 浮筒脫落；2) 變送器故障。處理方法：1) 重裝浮筒；2) 更換變送器。

c.無液位，但指示為最小：1) 扭力管斷，支承簧片斷；2) 變送器故障。處理方法：1) 更換扭力管或支承簧片；2) 更換變送器。

2.3.3 雷達液位計常見故障及處理方法

雷達液位計分為普通雷達液位計和導波雷達液位計，普通雷達液位計出現異常后，通常需要檢查接線端子是否緊固，然后用手操器對設備進行打點測試。對于導波雷達液位計，出現故障后除了檢查接線端子外，還需要檢查雷達天線是否有臟物，如有要及時清除臟物。

2.3.4 差壓式位計常見故障及處理方法

a.無指示：1) 架線端子松動，及時緊固；2) 變送器損壞，及時更換；

b.指示為最大(或最小)：1) 正負壓側導壓管或膜片損壞，及時更換；2) 正負壓側引壓閥堵塞，及時清理雜物；

c.指示值偏大(或偏小)：用手操器對變送器量程進行重新校對。

2.4 流量計常見故障及處理方法

2.4.1 轉子流量計常見故障及處理方法

轉子流量計一般作為就地流量計使用，原理較為簡單，出現故障后，需要清理轉子和管壁上的雜質，清洗完回裝后即可。

2.4.2 超聲波流量計常見故障及處理方法

a.當流量計無顯示時，檢查接線端子是否緊固。

b.當流量計顯示偏大或偏小時，用手操器對變送器量程進行重新校對。c當輸出電流不穩定時，檢查傳感器振子是否有問題。

2.4.3 電磁流量計常見故障及處理方法

a.流量計無顯示：1) 檢查接線端子是否緊固；2) 傳感器是否充滿液體；3) 流量計接地是否良好。

b.流量計指示偏大或偏小：用手操器對變送器量程進行重新校對。

3 煤化工常見自動化控制系統分類

煤化工生產中常見的自動化控制系統主要有前饋控制、比例控制、串級控制、分程控制、三沖量控制等。

前饋控制是當簡單反饋控制不能滿足工藝要求，存在滯后性的情況下引入前饋控制，消除滯后性。

工業上為了使幾種物料流量按一定比值進料通常采用比例控制；例如煤氣化過程種的氧煤比控制。

串級控制的特點：一般由主回路和副回路構成，對進入副回路的擾動具有較迅速、較強的克服能力；可消除調節閥等非線性的影響。

分程控制方案中，根據閥的開閉形式，可分為同向和異向兩種；同向或異向規律的選擇，根據工藝需要來確定。

所謂三沖量控制就是由三個變量組成的控制系統。以其中一個變量為主控變量，其他兩個變量為輔助變量。在鍋爐和其他化工移熱系統汽包液位的控制中比較常見。

4 自動化控制系統常見故障

自控系統通常由控制器、控制閥、被控對象、測量元件變送器等環節組成。由于自控系統通常與生產工藝條件密切相關，所以產生故障的原因更為復雜。總得來說，故障原因通常有以下幾方面。

1) 系統設計方面的問題。如總體設計和布局不合理，機柜硬件冗余方面考慮不足；系統被控變量、操縱變量和輔助變量等選擇不當等。

2) 儀表閥門選型方面的問題。如流量計選型不當，精度和工藝條件不匹配，經常會導致串級、分程等自控功能無法實現；再如調節閥閥體和執行機構選型精度不匹配，涉及到高溫高壓系統，閥體內漏量過大，當系統負荷下降后，自控功能無法實現。

3) 儀表伴熱和安裝方面的問題。工藝介質組分較重時，通常需要設置伴熱，如果伴熱敷設不合理，經常會導致管線凝堵，自控功能無法實現；涉及高溫蒸汽凝液系統，當采用差壓液位計時，通常要在正負壓側設置凝液罐，如果凝液罐安裝位置不合理，會導致被控變量長期存在較大偏差。

4) 控制參數問題。在參數整定時，PID參數設置不合理，會導致被控變量長時間波動，系統穩態性差。

5) 企業管理方面的問題。如果企業精細化管理程度不夠，系統上下游負荷經常有大范圍波動，會對現場儀表造成不可逆的傷害，進而導致自控功能無法實現。

5 結語

綜上所述，我們可以看出，要想保證生產過程中的溫度、壓力、液位、流量等參數的穩態運行，要從儀表系統設計、安裝、運行多個環節下功夫，更重要的是后期儀表維護一定要到位，當然更離不開企業的精細化管理。