李志雄

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司制氧廠，江蘇南京210035）

制氧

一起制氧機組分子篩控制系統(tǒng)故障分析及解決

李志雄

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司制氧廠，江蘇南京210035）

由于分子篩電磁閥柜電源開關(guān)跳閘，導(dǎo)致空壓機出口壓力超限，聯(lián)鎖空壓機放空閥放空，影響制氧機組的生產(chǎn)和公司的經(jīng)濟效益。結(jié)合分子篩工作過程和控制系統(tǒng)的組成，分析了控制系統(tǒng)故障的原因，找到了解決問題的方法，介紹了技術(shù)改造措施。

分子篩；吸附再生；控制系統(tǒng)；電磁閥；雙線圈

1 前言

南京鋼鐵聯(lián)合有限公司2#制氧機組空分設(shè)備，采用分子篩系統(tǒng)吸附凈化流程，分子篩系統(tǒng)作用是將空氣中的水分、CO2等雜質(zhì)吸附，凈化空氣。分子篩吸附一定量的雜質(zhì)（水分、CO2等）后就失去吸附作用，需要通過電爐加熱后的污氮氣再生，才能恢復(fù)吸附能力?？刂葡到y(tǒng)按照工藝要求的順控程序，開、關(guān)分子篩系統(tǒng)的閥門和電爐，實現(xiàn)分子篩系統(tǒng)的工作和再生。現(xiàn)結(jié)合南鋼2#制氧機組分子篩控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，提出一些解決方案，減少控制系統(tǒng)故障，確?？辗衷O(shè)備正常生產(chǎn)。

2 分子篩系統(tǒng)及再生過程

2.1 分子篩系統(tǒng)

南鋼2#制氧機組分子篩系統(tǒng)中有兩組（只）臥裝的園柱形容器，叫吸附器，每只吸附器中均充有分子篩吸附劑。兩組（只）分子篩吸附器MS1201、MS1202是交替工作的，即當一組（只）吸附器運行在吸附工作狀態(tài)時，另一組（只）則運行在再生狀態(tài)。處在吸附工作狀態(tài)的吸附器，通過原料空氣，當空氣通過分子篩時，空氣中的水份、CO2和碳氫化合物被分子篩吸附，使空氣得到凈化。經(jīng)過一段時間的吸附，分子篩就得進行再生，使分子篩吸附劑析出水份及CO2等，經(jīng)過再生的吸附器又可以投入吸附工作，兩組（只）吸附器是交替工作的。

2.2 分子篩吸附器再生過程

分子篩吸附器是空分設(shè)備的重要設(shè)備之一，確保分子篩吸附器安全可靠運行是很重要的，為此必須按照再生過程進行再生工作，分子篩吸附器的再生過程為：

整個再生過程必須嚴格按照規(guī)定的控制程序和時間、壓力、壓差等條件，以及前一步動作完成之后，有關(guān)閥門的開關(guān)狀態(tài)來進行。

3 分子篩控制系統(tǒng)

分子篩控制系統(tǒng)主要指吸附器的自動切換和再生自控系統(tǒng)，下面對控制系統(tǒng)作一個簡單介紹。

3.1 分子篩吸附器自動切換及再生自控系統(tǒng)主要組成部分

（1）分子篩吸附器自動切換利用DCS的內(nèi)部順控程序；

（2）氣動切換閥一套；（3）電磁閥柜一臺。

3.2 分子篩吸附器自動控制程序表

分子篩吸附器自動控制程序是按照工藝要求編制的，控制系統(tǒng)每一步的時間長短由機內(nèi)計時器控制（如卸壓、加熱、吹冷、充壓）。

3.3 分子篩吸附器自動控制過程

兩組（只）分子篩吸附器是相互交替工作，如圖1所示，當MS1201處于吸附工作狀態(tài)時，另一組（只）吸附器MS1202則處于再生狀態(tài)。各閥門的程序切換是由DCS系統(tǒng)中的程序控制。

圖1 分子篩流程圖

分子篩吸附器自動控制過程實際上是分子篩吸附器再生自控過程，該自控過程分18步進行，當切換程序起動時，即處在第一步。初始化：V1201、V1202、V1203、V1204開，其余閥門均關(guān)閉，接著其他17步依次按程序進行，完成后又進入第一步，循環(huán)運行。

3.4 切換閥

分子篩系統(tǒng)切換閥包括氣動蝶閥（SV1201）和氣動單座閥（SV1205）及球閥，氣動蝶閥是雙信號驅(qū)動，氣動單座閥及球閥是單信號驅(qū)動。

氣動蝶閥均有全開和全關(guān)閥位狀態(tài)開關(guān)，在順控程序運行時，電磁閥接受DCS的DO信號，控制具體的閥門動作，只有前面閥門動作到位的反饋信號輸入給DCS的DI通道，DCS的順控程序才能往下進行，否則，程序就會停止下來。這些開關(guān)接線必須十分牢固。如圖2所示。

圖2 氣動蝶閥位置反饋開關(guān)接線圖

氣動蝶閥兩根信號管均帶有調(diào)速器，閥門開關(guān)速度可以調(diào)節(jié)。

3.5 改造前的電磁閥

分子篩系統(tǒng)的切換蝶閥配有電磁閥，電磁閥采用交流220 V、直動式、單線圈、二位五通的電磁閥；電磁閥集中安裝在電磁閥柜中，每個電磁閥的線圈由DCS的DO輸出端控制。如圖3所示。

圖3 DCS的DO點與單線圈電磁閥電源的回路圖

在電磁閥的線圈通電的情況下，電磁閥的氣路切換，并導(dǎo)致閥門全開的動作。否則，電磁閥線圈失電時，對應(yīng)的閥門全關(guān)。

4 分子篩控制系統(tǒng)故障分析及解決方案

4.12#制氧機組分子篩控制系統(tǒng)停止工作的故障現(xiàn)象

2013年7月20日，2#制氧機組空壓機突然放空，操作人員通過檢查DCS畫面，發(fā)現(xiàn)分子篩所有閥門都處于關(guān)閉狀態(tài)。儀表人員到現(xiàn)場處理故障，檢查電磁閥柜，電源開關(guān)跳閘，造成了分子篩電磁閥全部失電，導(dǎo)致分子篩所有閥門關(guān)閉。

4.22#制氧機組分子篩控制系統(tǒng)故障的原因分析

（1）電磁閥柜在現(xiàn)場，環(huán)境較差，有少量積灰，導(dǎo)致端子瞬間短路，造成電源開關(guān)跳閘斷開，由于采用的是單線圈電磁閥，所以引起分子篩所有切換閥門的電磁閥失電，切換閥全部關(guān)閉。

（2）電磁閥柜的所有電磁閥共同使用一個電源開關(guān)S1，一旦電源開關(guān)出現(xiàn)故障，或總電源進線接觸不良，所有電磁閥均失電，導(dǎo)致分子篩控制系統(tǒng)癱瘓。

（3）電磁閥柜內(nèi)電源開關(guān)接線松動也是造成控制系統(tǒng)故障的一個原因。

（4）各電磁閥的電源零線連接在一起，相線S1：2在端子排上以短接線方法相連，通過DCS的DO點接到電磁閥的線圈，接線方式不妥。

（5）日常維護可能有不到位的情況，檢修質(zhì)量不過關(guān)。

4.3 解決方案

針對分子篩電磁閥柜電源全部失電，引起制氧機組全線停機的問題，召開設(shè)備故障分析會，提出如下解決方案：

（1）每年停機檢修時，將接線端子緊固、柜內(nèi)衛(wèi)生等都編制進了檢修計劃，定期檢修，并控制好檢修質(zhì)量。

（2）平時點檢維護時，想辦法清理分子篩電磁閥柜灰塵，搞好柜內(nèi)衛(wèi)生。

（3）在電磁閥柜中，增加分開關(guān)，每個分開關(guān)控制單一的電磁閥，避免一個電磁閥的電源故障導(dǎo)致所有電磁閥都受影響。

（4）由于使用的電磁閥是直動式、單線圈電磁閥，只要得電或失電，電磁閥就會動作；對于分子篩系統(tǒng)來說，前面幾條治標不治本，能夠降低分子篩控制系統(tǒng)故障率，但單個電磁閥失電的風險時刻存在，如關(guān)鍵閥門V1201在應(yīng)全開時關(guān)閉，勢必造成空氣不能進入空分裝置，同樣引起空壓機出口超壓放空，制氧機停機。采用直動式、雙線圈二位五通的電磁閥，能較好地解決這一問題。

5 雙線圈二位五通的電磁閥的特點和使用效果

5.1 雙線圈二位五通電磁閥的特點

只有在雙線圈電磁閥的一路線圈通電，另一路線圈失電的情況下，雙線圈電磁閥的氣路才會切換，并導(dǎo)致閥門相應(yīng)動作。在雙線圈電磁閥的兩路線圈同時失電或同時得電的情況下，雙線圈電磁閥氣路不會切換，從而閥門不會動作。而單線圈二位五通電磁閥，只要線圈得電，電磁閥的氣路就切換，開啟切換閥，一旦失電，電磁閥在彈簧的作用下復(fù)位，關(guān)閉切換閥。由此可以看出，雙線圈電磁閥有失電保持不動作的優(yōu)點。

5.2 雙線圈二位五通電磁閥的使用

雙線圈二位五通電磁閥和單線圈二位五通電磁閥的閥座相同，以氣動蝶閥為例，一個進口P，接儀表氣源，出口A接氣缸活塞上部，出口B接氣缸活塞下部，出口EA和EB通大氣；不同的是增加了一個線圈，去掉了彈簧，成為雙線圈二位五通電磁閥。改造后，每個電磁閥的兩個線圈分別由兩個DCS的DO輸出端控制，如圖4所示。

圖4DCS的DO點與雙線圈電磁閥電源的回路圖

正常情況下，DCS中控制同一個電磁閥的兩個DO點輸出信號相反。如線圈A得電，線圈B必定處

在失電狀態(tài)，氣源P通A進入氣缸上部，B通EB泄掉氣缸下部氣壓，活塞推動閥桿向下直至切換閥V1201全開，全開的反饋行程開關(guān)接通，DCS接收到反饋信號，順控程序繼續(xù)往后運行。反之，線圈B得電，線圈A失電，切換閥V1201全關(guān)。

切換閥V1201全開時，如得電的一路線圈A出現(xiàn)電源故障突然失電的時，因另一路線圈B也是失電，電磁閥氣路不變，切換閥V1201仍然在全開狀態(tài)而不會關(guān)閉，空壓機不會超壓放空或喘振，從而引起制氧機停機。同理，S1跳閘，雙線圈二位五通電磁閥仍然保持在前一狀態(tài)。

其他的切換閥也同切換閥V1201一樣，確保了分子篩正常運行。

5.3 方案的實施和效果

（1）方案的實施

在DCS中新增DO點，與原電磁閥的DO點對應(yīng)取反，輸出信號為接通（對應(yīng)的原信號斷開）時，切換閥全關(guān)，反之切換閥全開。增加分開關(guān)，每個開關(guān)控制一個電磁閥的兩個線圈。在電磁閥柜中，雙線圈電磁閥分別安裝在原單線圈電磁閥處，增加每個電磁閥的電纜線。更換舊的接線端子排，采用簧片式端子，解決螺絲接線時出現(xiàn)的線頭松動問題。

（2）效果

將電磁閥柜內(nèi)的交流220 V、直動式、單線圈、二位五通的電磁閥改為交流220 V、直動式、雙線圈、二位五通的電磁閥后，2#制氧機組分子篩控制系統(tǒng)運行正常，確保安全穩(wěn)定生產(chǎn)。更換舊的接線端子排，減輕了檢修人員的工作量；單線圈電磁閥改為雙線圈電磁閥，增加了維護工作的安全性，維護方式靈活簡便。

6 結(jié)束語

2#制氧機組分子篩控制系統(tǒng)改造后，提高了該分子篩控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，排除了制氧機生產(chǎn)的一大隱患，降低了設(shè)備故障率，節(jié)約了停機造成的能源損耗，降低空分設(shè)備的運行成本，提高了南京鋼鐵聯(lián)合有限公司的經(jīng)濟效益。1#制氧機組分子篩控制系統(tǒng)和2#制氧機組分子篩控制系統(tǒng)基本相同，準備以后利用停機檢修時機進行類似技術(shù)改造。

[1]陳和林.分子篩控制系統(tǒng)優(yōu)化[J].河北冶金，2011，（9）：4.

Analysis and Solution of a Control System Failure of Molecular Sieve in an Oxygen Generating Unit

LI Zhixiong
（The Oxygen-making Plant of Nanjing iron and Steel Co.Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210035,China）

Power switch tripping of the solenoid valve for molecular sieve led to excessive pressure at the outlet of air compressor and emptying of the interlocked venting valve, affecting production of the oxygen generator and the economic performance of the company. Based on the work process of molecular sieve process and configuration of the control system, the causes of the control system failure were analyzed and a solution to the problem was found.The technical modification measures were also introduced.

molecular sieve;adsorption regeneration;control system;electromagnetic valve;double coil

TQ051.5

B

1006-6764(2014)05-0028-04

2014－01－22

李志雄（1965-），男，工程師，現(xiàn)從事儀控技術(shù)管理工作。