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        冶金自動(dòng)化儀表故障分析與處理對(duì)策

        2021-03-08 04:00:06
        中國金屬通報(bào) 2021年24期
        關(guān)鍵詞:壓力儀表熱電阻斷路

        徐 波

        (山鋼股份萊蕪分公司機(jī)械動(dòng)力部,山東 濟(jì)南 271104)

        在冶金生產(chǎn)過程中,自動(dòng)化儀表承擔(dān)著對(duì)各種生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制任務(wù),一旦儀表出現(xiàn)故障,設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)將受到嚴(yán)重影響,進(jìn)而給冶金企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,儀表維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)查找出故障部位、類型與引發(fā)故障的原因,并制訂一套切實(shí)可行的故障排除方案,以確保冶金生產(chǎn)的各道工序能夠高效展開。

        1 冶金自動(dòng)化儀表的類別

        1.1 溫度儀表

        溫度儀表主要負(fù)責(zé)對(duì)冶金生產(chǎn)過程中煉焦、燒結(jié)、高爐冶煉等生產(chǎn)工序的實(shí)時(shí)運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制,以保證設(shè)備運(yùn)行溫度始終保持在正常范圍之內(nèi)。按接觸方式劃分,主要分為接觸式儀表與非接觸式儀表,其中,其中接觸式儀表包括雙金屬溫度計(jì)、壓力溫度計(jì)、熱電偶、熱電阻等,非接觸式溫度儀表包括溫度變送器、溫度傳感器等。而在冶金生產(chǎn)中較為常用的是非接觸式儀表,這種儀表主要以熱電阻或者熱電偶作為測(cè)溫元件(如圖1所示),對(duì)每一道生產(chǎn)工序的溫度進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量,并以傳輸信號(hào)的形式傳遞給終端操作平臺(tái),進(jìn)而對(duì)溫度進(jìn)行有效控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)。

        圖1 溫度儀表主要測(cè)溫元件

        1.2 壓力儀表

        壓力儀表主要負(fù)責(zé)對(duì)高爐富氧管道、煤氣管道等產(chǎn)生高壓的部位與設(shè)備的壓力值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,確保壓力值始終在正常范圍內(nèi)波動(dòng)。較為常見的壓力儀表包括壓力計(jì)、壓力表、壓力變送器、壓力傳感器、智能式壓力變送器等。以智能式壓力變送器為例,這種壓力儀表性能卓越,穩(wěn)定性高,可靠性好,測(cè)量精度高,測(cè)量的壓力值誤差值在±0.1%左右,而且,智能式壓力變送器具有數(shù)字與模擬兩種輸出方式,可以和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)及上位計(jì)算機(jī)相連,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊與監(jiān)控,一旦監(jiān)測(cè)出壓力值超標(biāo)時(shí),系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信號(hào),終端操作人員能夠第一時(shí)間對(duì)壓力值進(jìn)行調(diào)節(jié),這就為冶金生產(chǎn)流程的高效展開提供了堅(jiān)實(shí)保障[1]。壓力變送器工作原理如圖2所示。

        圖2 壓力變送器的工作原理

        1.3 流量儀表

        流量儀表主要是用來監(jiān)測(cè)煤氣流量、氮?dú)饬髁?、蒸汽流量、液態(tài)水流量的監(jiān)測(cè)裝置,主要包括流量計(jì)、流量傳感器、流量變送器、液位計(jì)等。在冶金生產(chǎn)過程中,通過對(duì)這些氣態(tài)與液態(tài)物質(zhì)流量的監(jiān)測(cè),能夠制訂最為優(yōu)化的生產(chǎn)方案,以確保在減少材料浪費(fèi)與節(jié)能降耗的前提下,提升單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)效率,進(jìn)而為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

        2 冶金自動(dòng)化儀表的常見故障與處理對(duì)策

        2.1 溫度儀表的常見故障與處理對(duì)策

        壓力式溫度計(jì)、熱電阻測(cè)溫計(jì)以及熱電偶測(cè)溫計(jì)是冶金生產(chǎn)中較為常用的溫度儀表,受到惡劣作業(yè)條件的影響,這些儀表常常出現(xiàn)溫度示數(shù)誤差偏大、通電不顯示讀數(shù)、指針卡澀等現(xiàn)象,為了避免影響整個(gè)工藝流程,儀表維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)查找出引發(fā)這些故障的主要原因,并及時(shí)進(jìn)行排障處理。

        2.1.1 壓力式溫度計(jì)故障分析

        壓力式溫度計(jì)的常見故障類型包括指示誤差大、指針卡澀等,引起這些故障的主要原因是:第一,在安裝儀表時(shí),由于安裝位置錯(cuò)誤,使得儀表中的測(cè)量元件與被測(cè)介質(zhì)間無法實(shí)現(xiàn)熱交換,導(dǎo)致讀數(shù)偏低。第二,由于被測(cè)區(qū)域的保溫性較差,使得測(cè)量元件的熱量散失快,在這種情況下,測(cè)量的溫度值也會(huì)出現(xiàn)偏低現(xiàn)象。第三,在接線過程中,由于線路之間接觸不良或者發(fā)生短路故障,也會(huì)出現(xiàn)測(cè)量溫度偏高或者偏低的情況。針對(duì)以上故障類型,可以采取以下處理方法,來排除故障隱患。首先對(duì)溫度儀表的指示值進(jìn)行檢查,如果發(fā)現(xiàn)指示值變化幅度較大,則可以判定儀表系統(tǒng)出現(xiàn)故障,當(dāng)確定故障類型與準(zhǔn)確部位以后,應(yīng)對(duì)儀表的調(diào)節(jié)閥輸入信號(hào)進(jìn)行檢查,如果調(diào)節(jié)閥已經(jīng)動(dòng)作,而輸入信號(hào)絲毫沒有變化,則說明調(diào)節(jié)閥膜頭膜片發(fā)生了泄漏故障,這時(shí),維修人員可以針對(duì)泄漏部位采取堵漏措施,確保輸入信號(hào)能夠正常傳送。如果輸出信號(hào)始終處于變動(dòng)狀態(tài),而調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)卻沒有變化,則可以判定調(diào)節(jié)器出現(xiàn)了故障,這時(shí),可以采取更換內(nèi)部元器件的方法來排除故障隱患。

        2.1.2 熱電阻測(cè)溫計(jì)故障分析

        短路與斷路是熱電阻測(cè)溫計(jì)較為常見的故障類型,在判斷熱電阻是否存在短路與斷路故障時(shí),維修人員可以利用萬用表的“×1Ω”檔進(jìn)行測(cè)量,如果測(cè)量阻值小于RO,則可以確定熱電阻已經(jīng)出現(xiàn)短路故障,如果萬用表顯示的讀數(shù)無窮大,則可以確定熱電阻此時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)斷路故障。當(dāng)熱電阻出現(xiàn)短路故障,維修人員可以利用吹風(fēng)機(jī)將短路部位吹干,使線路之間能夠保持良好的絕緣性。當(dāng)熱電阻出現(xiàn)斷路故障,維修人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換電阻體,如果采取焊接方式進(jìn)行修理,當(dāng)焊接結(jié)束以后需要對(duì)熱電阻的各項(xiàng)性能重新進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)合格后方可使用。除了短路與斷路故障外,熱電阻的測(cè)量裝置在運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)以下故障,如表1所示。

        表1 熱電阻測(cè)溫計(jì)常見故障與處理對(duì)策

        2.1.3 熱電偶測(cè)溫計(jì)常見故障

        顯示儀表指示值偏低或者偏高是熱電偶測(cè)溫計(jì)的常見故障,產(chǎn)生這些故障的主要原因包括以下幾個(gè)方面:第一,在安裝熱電偶時(shí),由于插入深度過淺或者過深,都無法準(zhǔn)確測(cè)量出爐膛內(nèi)的真實(shí)溫度。正常情況下,測(cè)溫計(jì)的插入深度應(yīng)當(dāng)是保護(hù)管直徑的8倍~10倍。第二,熱電偶與爐壁之間絕緣不良,也會(huì)出現(xiàn)示數(shù)誤差,產(chǎn)生這種情況的原因是由于熱電偶保護(hù)管與拉線污垢或者鹽渣過多,隨著高爐溫度的升高,這種現(xiàn)象也隨之加重,這時(shí),熱電偶測(cè)量的溫度高出值能夠超過100℃以上。第三,如果熱電偶存在熱惰性,那么也會(huì)引起測(cè)量溫度的劇烈變化,尤其在快速測(cè)量爐內(nèi)溫度時(shí),儀表示數(shù)誤差將更為明顯。在這種情況下,維修人員可以將粗熱電極替換為細(xì)熱電極,將直徑較大的保護(hù)管替換為直徑較小的保護(hù)管[2]。

        2.2 壓力儀表的常見故障與處理對(duì)策

        2.2.1 判斷壓力儀表故障的主要方法

        壓力儀表的常見故障主要包括DCS系統(tǒng)無指示、現(xiàn)場儀表指示正常但DCS指示偏低、儀表示數(shù)偏差大等,判斷壓力儀表故障的方法主要包括短路法、斷路法、替換法、分部法、電壓法以及電流法。

        (1)短路法。短路法主要是將可能存在故障隱患的電路或者元器件進(jìn)行短接,然后通過對(duì)故障狀態(tài)的觀察來確定故障發(fā)生的具體部位。一般多用于判定多級(jí)電路的故障。當(dāng)電路與元器件處于短接狀態(tài)時(shí),觀察故障的發(fā)生是在短接之前還是發(fā)生在短接之后。比如在某級(jí)輸出端電位處于非正常狀態(tài),檢修人員可以對(duì)該級(jí)的輸入端進(jìn)行短接處理,如果發(fā)現(xiàn)輸出端電位處于正常狀態(tài),則可以判定該級(jí)電路并不存在故障。利用短路法檢測(cè)壓力儀表故障時(shí),較為常用的一種短接方式是晶體三級(jí)管基極與發(fā)射極短路。

        (2)斷路法。與短路法同理,斷路法主要是將單元電路或者整機(jī)電路斷開,并觀察斷開以后的故障是否消除。一旦壓力儀表出現(xiàn)故障以后,首先需要判斷故障的幾種可能性,然后再將可能存在故障的部位的電路斷開,觀察故障是發(fā)生在斷路之前還是斷路之后。當(dāng)再次通電以后,發(fā)現(xiàn)故障消失,則說明,被斷開的電路當(dāng)中存在故障,然后,檢修人員繼續(xù)對(duì)斷開的電路進(jìn)行故障排除,這樣能夠大大縮減故障排查范圍,節(jié)省故障排查與檢修時(shí)間。

        (3)替換法。替換法主要是利用更換壓力儀表內(nèi)部元器件或者線路板的方法,來判定故障部位與類型。為了能夠準(zhǔn)確判斷出故障類型,檢修人員需要采用與原來的元器件規(guī)格尺寸相同、性能優(yōu)越的元器件,并對(duì)其進(jìn)行通電試驗(yàn),如果替換元器件以后,故障消除,則說明被替換的元器件存在故障。如果故障依然存在,可以繼續(xù)替換其它元器件。由于這種方法需要耗費(fèi)大量的時(shí)間,因此,在替換元器件之前,首先應(yīng)當(dāng)利用短路或者斷路法,來判定故障類型與具體部位,當(dāng)采用上述兩種方法無法準(zhǔn)確判定出故障類型以后,方可采用替換法。為了避免替換過程中出現(xiàn)人為故障,在采用這種方法時(shí),應(yīng)當(dāng)切斷電源,在完成替換工作以后,應(yīng)將散熱片與大功率晶體管之間的絕緣片復(fù)位,以避免給其它組件造成損害。

        (4)分部法。這種方法主要是將壓力儀表的電氣部分與電氣拆分為幾個(gè)部分,然后逐一探明故障部位與類型。其中,儀表電路主要包括外部回路、電源回路以及內(nèi)部回路,外部回路處于儀表接線端的外測(cè),電源回路包括交流電源到電源變壓器的所有電路,而內(nèi)部回路則是除上述兩種情況以外的電路。在判定儀表故障時(shí),應(yīng)當(dāng)遵循由外到內(nèi)、由大到小的原則,逐一縮小排查范圍,當(dāng)確定故障的準(zhǔn)確位置以后,需要對(duì)故障原因進(jìn)行全面分析,以制訂針對(duì)性的故障排除方案。但是,這種分部排除故障的方法,排查時(shí)間長,所做的無用功較多,而且當(dāng)故障類型較為復(fù)雜時(shí),則難以找到故障原因,這就給后續(xù)檢修工作帶來了諸多負(fù)面影響。

        (5)電壓法。電壓法主要是利用測(cè)量電壓的萬用表對(duì)壓力儀表的交流電壓與直流電壓進(jìn)行測(cè)量,交流電壓一般是指220V的交流電壓、交流穩(wěn)壓器輸出的電壓、變壓器線圈電壓以及振蕩電壓等,直流電壓主要是指直流供電電壓、電子管電壓、半導(dǎo)體元器件工作電壓以及對(duì)地電壓等。但是,由于電壓法的排障范圍受到嚴(yán)格限制,一旦壓力儀表的持續(xù)供電電源關(guān)閉,那么這種方法也將失效,比如儀表內(nèi)部元器件短路或者出現(xiàn)冒煙、跳火等事故,利用電壓法都難以判定出故障類型。

        (6)電流法。與電壓法相比,利用電流法判定壓力儀表故障時(shí),其判定過程較為復(fù)雜,一般情況下,電流法主要包括直測(cè)法與間測(cè)法,直測(cè)法是斷開電路以后,將電流表與電路串聯(lián),并將測(cè)得的電流值與壓力儀表正常工作狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),進(jìn)而判定出故障類型。而間測(cè)法則無需斷開電路,主要根據(jù)電阻值的大小來計(jì)算出一個(gè)近似的電流值,并與正常工作狀態(tài)的電流值進(jìn)行比對(duì)。

        2.2.2 常見故障與處理對(duì)策

        如表2所示。

        表2 壓力儀表的常見故障與處理對(duì)策

        2.3 流量儀表的常見故障與處理對(duì)策

        流量儀表的常見故障是測(cè)量精度存在較大誤差,引起這一故障的主要原因不包括氣穴產(chǎn)生的測(cè)量錯(cuò)誤、液體中混入氣泡、氣體中出現(xiàn)冷凝液、儀表磨損或者出現(xiàn)大量結(jié)垢。為了確保流量儀表能夠正常發(fā)揮氣體與液體流量監(jiān)測(cè)功能,維修人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合引發(fā)這一故障的主要原因,制訂一套針對(duì)性強(qiáng)、實(shí)效性好的故障排除方案。比如當(dāng)管道內(nèi)部充液不全而殘留一定量的空氣時(shí),液體當(dāng)中就會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡,這時(shí),流量儀表的測(cè)量精度也將受到嚴(yán)重影響,因此,維修人員首先對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行檢查,然后將多余的液體排出,當(dāng)確定液體排盡后,應(yīng)當(dāng)重新進(jìn)行充液,為了避免產(chǎn)生較大空隙而殘留更多的氣體,維修人員可以在高點(diǎn)設(shè)置排氣閥,及時(shí)將多余的氣體排出。

        3 結(jié)語

        冶金自動(dòng)化儀表的正常運(yùn)行是保障冶金生產(chǎn)進(jìn)度的前提條件,因此,為了降低自動(dòng)化儀表的故障率,延長儀表的使用壽命,冶金企業(yè)在建立和完善自動(dòng)化儀表監(jiān)督管理機(jī)制的同時(shí),應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大對(duì)儀表故障的排查與監(jiān)督力度,并始終秉持一種“防患于未然”的態(tài)度,做好事先防范,注重事中管理,事后及時(shí)反思,以最大限度的降低儀表故障的發(fā)生概率。

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