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。