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(shè)備電控儀控系統(tǒng)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(shè)備在電控儀控系統(tǒng)故障時(shí)存在問題，采用針對性空分設(shè)備操作方法與改進(jìn)完善空分設(shè)備相關(guān)電控儀控系統(tǒng)，保證設(shè)備安全穩(wěn)定。文章介紹了20000 m3/h空分設(shè)備在高壓電網(wǎng)波動、膨脹機(jī)油泵電控故障、分子篩吸附器電加熱器故障、DCS系統(tǒng)失電故障、液氧泵誤跳機(jī)、電磁閥故障時(shí)現(xiàn)象，闡述了采取的處理措施及效果。

空分設(shè)備；卸載；跳機(jī)；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(shè)備由杭氧設(shè)計(jì)、制造。該空分設(shè)備采用氮水預(yù)冷、分子篩吸附凈化、空氣循環(huán)增壓、液氧內(nèi)壓縮、全精餾制氬流程及DCS系統(tǒng)控制。該空分設(shè)備流程簡圖如圖1所示。

2013年，20000 m3/h空分設(shè)備電控儀控系統(tǒng)發(fā)生多起故障，影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。為此，對該空分設(shè)備發(fā)生過的電控儀控系統(tǒng)故障現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并采取了有效處理措施。

2 高壓電網(wǎng)波動

2.1 故障現(xiàn)象

2013年5月7日11：07，20000 m3/h空分設(shè)備因高壓電網(wǎng)波動系統(tǒng)跳機(jī)?？辗衷O(shè)備系統(tǒng)跳機(jī)時(shí)，各單元設(shè)備狀態(tài)如下：

2.1.1 氮水預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩吸附器、主換熱器

空分設(shè)備系統(tǒng)跳機(jī)時(shí)，氮水預(yù)冷系統(tǒng)冷卻水泵、冷凍水泵仍在運(yùn)行，空冷塔壓力為0.412 MPa且持續(xù)下降?？绽渌c水冷塔液位均升至高報(bào)警值。

DCS系統(tǒng)控制畫面中分子篩吸附器再生時(shí)間計(jì)時(shí)器仍在計(jì)時(shí)，其再生程序仍在進(jìn)行。

主換熱器熱端抽取2股污氮?dú)?，分子篩吸附器再生污氮?dú)馀c進(jìn)水冷塔污氮?dú)鉁囟染陀?1.2℃且持續(xù)下降。分子篩吸附器再生污氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥V1226與進(jìn)水冷塔污氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥V107均保持運(yùn)行時(shí)閥門開度。

主換熱器熱端抽取氮?dú)鉁囟刃∮?℃，氮?dú)夥趴臻yV105全開。增壓透平膨脹機(jī)膨脹端進(jìn)氣溫度小于-133℃低報(bào)警值，開膨脹機(jī)吹除閥，殘留膨脹空氣氣液夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重。

圖1 20000 m3/h空分設(shè)備流程簡圖

2.1.2 低溫液體泵與壓縮機(jī)

空分系統(tǒng)跳機(jī)時(shí)，液氧泵隨之跳機(jī)，但液氧泵變頻器調(diào)節(jié)器與回流閥均保持運(yùn)行時(shí)狀態(tài)，循環(huán)粗氬泵仍在運(yùn)行。

空壓機(jī)跳機(jī)后，進(jìn)口導(dǎo)葉關(guān)至6.1%，未能全關(guān)。空氣增壓機(jī)跳機(jī)后，增壓機(jī)I段進(jìn)口導(dǎo)葉自動全關(guān)，Ⅱ段進(jìn)口導(dǎo)葉開度仍為運(yùn)行時(shí)開度。增壓機(jī)I、II段氣閉式回流閥的電磁閥失電，但DCS系統(tǒng)控制畫面中回流閥開度指示仍為運(yùn)行時(shí)開度。

2.2 處理措施及效果

2.2.1 氮水預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩吸附器、主換熱器

手動停運(yùn)冷卻水泵、冷凍水泵。同時(shí)修改水泵儀控系統(tǒng)聯(lián)鎖值，將空冷塔與冷卻水泵、冷凍水泵壓力聯(lián)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(jī)，避免因空冷塔水位過高，分子篩吸附器進(jìn)水。

手動投運(yùn)分子篩吸附器運(yùn)行暫停開關(guān)，停止分子篩吸附器再生時(shí)間計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)與再生程序進(jìn)行，同時(shí)保持分子篩吸附器吸附與再生時(shí)相關(guān)閥門狀態(tài)。

全關(guān)分子篩吸附器再生污氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥V1226、進(jìn)水冷塔污氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥V107、氮?dú)夥趴臻yV105。避免上塔低溫氣體未經(jīng)主換熱器正流空氣復(fù)熱，進(jìn)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(nèi)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(jī)膨脹端進(jìn)氣溫度小于低報(bào)警值。

同時(shí)改進(jìn)空分設(shè)備儀控系統(tǒng)：在空分設(shè)備跳機(jī)，冷箱故障聯(lián)鎖投運(yùn)60 s后，分子篩吸附器再生污氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥V1226與進(jìn)水冷塔污氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥V107自動全關(guān)。避免空分設(shè)備跳機(jī)時(shí)，主換熱器熱端溫度低于0℃，冷量進(jìn)入常溫碳鋼管道。同時(shí)V1226、V107閥門在空分設(shè)備跳機(jī)60 s后全關(guān)，不使上塔壓力瞬間升高，保證設(shè)備安全。

2.2.2 低溫液體泵與壓縮機(jī)

將液氧泵變頻器與回流閥調(diào)至停機(jī)狀態(tài)。手動停運(yùn)循環(huán)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(diào)純時(shí)間長。同時(shí)改進(jìn)循環(huán)粗氬泵儀控系統(tǒng)，在空分設(shè)備跳機(jī)，冷箱故障聯(lián)鎖處于投運(yùn)狀態(tài)，循環(huán)粗氬泵自動停運(yùn)。

將空壓機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉智能定位器調(diào)至自動校驗(yàn)檔，對進(jìn)口導(dǎo)葉進(jìn)行自行校驗(yàn)，使導(dǎo)葉開度低于0.5%。避免空壓機(jī)帶載啟動，主電機(jī)電流大，啟動失敗。

手動關(guān)增壓機(jī)II段進(jìn)口導(dǎo)葉，將增壓機(jī)I、II段回流閥閥位指示調(diào)至100%，保證增壓機(jī)啟動安全。同時(shí)改進(jìn)增壓機(jī)儀控系統(tǒng)，在增壓機(jī)正常停機(jī)或故障跳機(jī)時(shí)，增壓機(jī)Ⅱ段進(jìn)口導(dǎo)葉自動全關(guān)。

以上處理措施實(shí)施后，效果較好，保證了設(shè)備停機(jī)與啟動安全。

3 膨脹機(jī)油泵電控故障

3.1 故障現(xiàn)象

2013年7月18日15：45，20000 m3/h空分設(shè)備膨脹機(jī)油泵因電控低壓電網(wǎng)波動，油泵跳泵，膨脹機(jī)因油壓降至聯(lián)鎖值跳機(jī)，造成空壓機(jī)與增壓機(jī)卸載、液氧泵跳機(jī)、冷箱故障聯(lián)鎖，但氮壓機(jī)仍處于運(yùn)行狀態(tài)。

膨脹機(jī)跳機(jī)后，膨脹機(jī)膨脹端與增壓段軸承溫度持續(xù)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(jī)跳機(jī)后，因油泵未運(yùn)行，冷量擴(kuò)散至膨脹機(jī)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(guān)膨脹機(jī)進(jìn)出口閥門、開膨脹機(jī)吹除閥，調(diào)節(jié)膨脹機(jī)密封氣壓力，不使膨脹機(jī)膨脹端與增壓端軸承溫度持續(xù)下降。

膨脹機(jī)油泵電控故障處理完畢，啟動膨脹機(jī)油泵，對膨脹機(jī)進(jìn)行單體加溫。將膨脹機(jī)增壓端、膨脹端軸承溫度升至25℃，大于軸承溫度低報(bào)警值。

同時(shí)通過技術(shù)改造，將膨脹機(jī)油泵電機(jī)改為雙回路供電方式，為油泵電機(jī)增設(shè)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(wǎng)波動時(shí)，油泵運(yùn)行正常。

3.2.2 手動緊急停運(yùn)氮壓機(jī)。同時(shí)改進(jìn)氮壓機(jī)儀控聯(lián)鎖條件：將冷箱故障聯(lián)鎖作為氮壓機(jī)啟動、運(yùn)行條件。在冷箱故障聯(lián)鎖處于投運(yùn)狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)氮壓機(jī)跳機(jī)，停運(yùn)狀態(tài)氮壓機(jī)不能啟動。使空分設(shè)備在故障跳機(jī)時(shí)，氮壓機(jī)自動停機(jī)。

以上處理措施實(shí)施后，膨脹機(jī)、氮壓機(jī)啟動運(yùn)行安全穩(wěn)定，效果明顯。

4 分子篩吸附器電加熱器故障

4.1 故障現(xiàn)象

2013年7月16日，處與運(yùn)行狀態(tài)20000 m3/h空分設(shè)備1#分子篩吸附器加熱、2#分子篩吸附器吸附，再生污氮?dú)獬鲭娂訜崞鞒隹跍囟茸罡咧禐?36℃，低于正常運(yùn)行值175℃。DCS系統(tǒng)控制畫面中電加熱器運(yùn)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(gòu)成，其中第1、2、3、4組電加熱器在接觸器控制下運(yùn)行正常，第5組電加熱器在調(diào)功柜控制下因斷路器故障，第5組電加熱器未能投運(yùn)，分子篩吸附器電加熱器總功率降低，造成再生污氮?dú)獬鲭姛崞鳒囟鹊陀谡＿\(yùn)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(yùn)行時(shí)間已達(dá)4400 s，再經(jīng)600 s加熱結(jié)束進(jìn)入冷吹階段，故在1#分子篩吸附器進(jìn)入冷吹階段后，將故障狀態(tài)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(tài)電加熱器進(jìn)行檢查處理。

4.2.2 1#分子篩吸附器因加熱階段再生污氮?dú)鉁囟鹊停浯惦A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(shí)，手動對20000 m3/h空分設(shè)備進(jìn)行變負(fù)荷操作，即減少加工空氣量與產(chǎn)品產(chǎn)量，降低1#分子篩吸附器吸附負(fù)荷。同時(shí)增加進(jìn)入水冷塔污氮?dú)馀c氮?dú)饬髁?，降低空冷塔出口加工空氣溫度?/p>

根據(jù)2#分子篩吸附器在冷吹階段冷吹峰值已達(dá)118℃，冷吹后期溫度值已低于30℃低報(bào)警值，2#分子篩吸附器已再生完全工況，將冷吹時(shí)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(shí)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(shí)改進(jìn)分子篩吸附器儀控系統(tǒng)，增設(shè)再生污氮?dú)獬鲭娂訜崞鳒囟鹊蛨?bào)警值，使之及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。

分子篩吸附器電加熱器故障處理完畢，效果顯著，設(shè)備運(yùn)行工況正常。

5 DCS系統(tǒng)失電故障

5.1 故障現(xiàn)象

2013年6月25日0：03，20000 m3/h空分設(shè)備DCS系統(tǒng)電源柜進(jìn)線失電，空分設(shè)備DCS系統(tǒng)4臺操作站全部黑屏，空分設(shè)備系統(tǒng)跳機(jī)。

20000 m3/h空分設(shè)備系統(tǒng)跳機(jī)后，經(jīng)對空分設(shè)備現(xiàn)場檢查，空壓機(jī)、增壓機(jī)與氮壓機(jī)跳機(jī)后其輔助油泵均未啟動，膨脹機(jī)油泵處與停運(yùn)狀態(tài)?？绽渌?、水冷塔現(xiàn)場翻板液位計(jì)滿量程，水冷塔溢流管有冷卻水溢出。出冷箱2股污氮?dú)馀c氮?dú)獬靥间摴艿烙薪Y(jié)霜現(xiàn)象，氮?dú)夥趴臻yV105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(jī)、增壓機(jī)、氮壓機(jī)輔助油泵及膨脹機(jī)油泵。同時(shí)，通知電控人員停送冷卻水泵、冷凍水泵、中壓液氧泵、循環(huán)粗氬泵、分子篩吸附器電加熱器電源，使其處于停機(jī)狀態(tài)。

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(xiàn)場翻板液位計(jì)50%量程指示。同時(shí)全關(guān)2臺冷卻水泵進(jìn)水閥，避免0.45 MPa循環(huán)冷卻水經(jīng)冷卻水泵進(jìn)入空冷塔，空冷塔水位高，分子篩吸附器進(jìn)水。

在設(shè)備現(xiàn)場將污氮?dú)膺M(jìn)水冷塔與分子篩吸附器的氣動薄膜調(diào)節(jié)閥V107、V1226及氮?dú)夥趴臻yV105手動全關(guān)，避免上塔低溫氣體進(jìn)入常溫碳鋼管道。

開啟污氮?dú)狻⒌獨(dú)膺M(jìn)過冷器前吹除閥，調(diào)節(jié)上塔壓力，避免上塔超壓，安全閥起跳。全關(guān)液氧、液氮、液氬產(chǎn)品進(jìn)低溫貯槽前手動輸送閥，避免液體貯槽污染。

5.2.2 DCS系統(tǒng)進(jìn)線柜故障處理完畢，啟動空分設(shè)備DCS系統(tǒng)4臺操作站。通過分析1#、2#分子篩吸附器在DCS系統(tǒng)失電前溫度、壓力工藝參數(shù)歷史趨勢圖，確認(rèn)1#分子篩吸附器吸附、2#分子篩吸附器再生時(shí)間，將再生計(jì)時(shí)器時(shí)間恢復(fù)至故障前計(jì)時(shí)器記錄時(shí)間。同時(shí)，將1#、2#分子篩吸附器閥門調(diào)至相對應(yīng)狀態(tài)，查閱DCS系統(tǒng)操作站空分設(shè)備相關(guān)工藝參數(shù)，將空分設(shè)備各單元設(shè)備調(diào)至正常停機(jī)狀態(tài)。

隨即空分設(shè)備進(jìn)行冷開車，設(shè)備啟動安全、運(yùn)行穩(wěn)定。

6 液氧泵誤跳機(jī)

6.1 故障現(xiàn)象

2013年6月18日13：49，對20000 m3/h空分設(shè)備精餾工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，在主冷液位降至低報(bào)警值時(shí)，處于正常運(yùn)行狀態(tài)OP601液氧泵與低速惰轉(zhuǎn)冷備狀態(tài)OP602液氧泵同時(shí)跳機(jī)，造成空壓機(jī)與增壓機(jī)卸載、膨脹機(jī)跳機(jī)、冷箱故障聯(lián)鎖。

通過對設(shè)備儀控系統(tǒng)檢查得知：20000 m3/h空分設(shè)備主冷液位儀控邏輯聯(lián)鎖條件設(shè)置不合理，即主冷液位低報(bào)警值在儀控邏輯聯(lián)鎖中，同時(shí)作為液氧泵啟動、運(yùn)行聯(lián)鎖條件。在主冷液位降至低報(bào)警值時(shí)，停機(jī)狀態(tài)液氧泵不能啟動，運(yùn)行狀態(tài)液氧泵跳機(jī)，使運(yùn)行與低速惰轉(zhuǎn)狀態(tài)2臺液氧泵同時(shí)跳機(jī)。

6.2 處理措施及效果

修改主冷液位對液氧泵儀控邏輯聯(lián)鎖條件：將主冷液位低報(bào)警值作為液氧泵啟動聯(lián)鎖條件，主冷液位低低聯(lián)鎖值作為液氧泵運(yùn)行聯(lián)鎖條件。在主冷液位高于低報(bào)警值時(shí)，停機(jī)狀態(tài)液氧泵方可以啟動，主冷液位降至低低聯(lián)鎖值時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)液氧泵跳機(jī)。不使液氧泵誤跳機(jī)相同故障發(fā)生。

設(shè)備運(yùn)行至今，在主冷液位降至低報(bào)警值時(shí)，液氧泵運(yùn)行穩(wěn)定，效果顯著。

7 電磁閥故障

7.1 故障現(xiàn)象

2013年6月6日13：40，正常運(yùn)行20000 m3/h空分設(shè)備增壓機(jī)I段出口壓力低報(bào)警，隨即膨脹機(jī)跳機(jī)，增壓機(jī)與空壓機(jī)卸載，液氧泵跳機(jī)，冷箱故障聯(lián)鎖。

通過對增壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)分析得知：增壓機(jī)I段出口壓力在23 s內(nèi)由正常運(yùn)行1.75 MPa降至0.9 MPa，膨脹機(jī)因進(jìn)氣壓力降至聯(lián)鎖值跳機(jī)，又因?yàn)榕蛎洐C(jī)跳機(jī)造成增壓機(jī)與空壓機(jī)卸載、液氧泵跳機(jī)、冷箱故障聯(lián)鎖。

通過對增壓機(jī)I段進(jìn)口導(dǎo)葉與回流閥檢查得知：因增壓機(jī)I段氣閉式回流閥的電磁閥故障失電，造成增壓機(jī)I段回流閥瞬間全開，增壓機(jī)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(yùn)行時(shí)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(jī)I段回流閥的電磁閥，為保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)更換增壓機(jī)II段回流閥的電磁閥。

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

20000 m3/h空分設(shè)備運(yùn)行至今，未發(fā)生電磁閥故障，效果明顯。

8 結(jié)束語

針對20000 m3/h空分設(shè)備在電控儀控系統(tǒng)故障時(shí)各單元設(shè)備具體狀態(tài)，根據(jù)20000 m3/h空分設(shè)備工藝流程特點(diǎn)，對設(shè)備采用有效操作方法與改進(jìn)完善相關(guān)電控儀控系統(tǒng)，保證空分設(shè)備停機(jī)、啟動、運(yùn)行安全穩(wěn)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(yè)于馬鋼職工大學(xué)制氧專業(yè)，制氧高級技師，現(xiàn)從事制氧機(jī)操作維護(hù)工作。