顧 晨, 李西科

(安徽晉煤中能化工股份有限公司 安徽臨泉 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱安徽晉煤中能公司)600 kt/a 合成氨節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)有鍋爐、空分、氣化、凈化、合成等單元,項(xiàng)目成功開(kāi)車運(yùn)行已有兩年多時(shí)間。 其中氣化單元采用航天爐粉煤加壓氣化技術(shù),操作系統(tǒng)采用霍尼韋爾(Honeywell)公司的過(guò)程控制系統(tǒng)Experion PKS501,遠(yuǎn)優(yōu)于集散控制系統(tǒng),是新一代過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)。 自控閥門(mén)作為流量調(diào)節(jié)控制的主要設(shè)備,在控制高度自動(dòng)化的粉煤氣化生產(chǎn)裝置中有著大量的應(yīng)用,是化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一,尤其是遠(yuǎn)程控制閥門(mén)的精確調(diào)節(jié)、閥門(mén)位置行程的正確反饋極為重要,閥門(mén)位置檢測(cè)異常問(wèn)題必須得到妥善處理和解決。

1 故障現(xiàn)象

工藝操作人員在對(duì)氣化單元進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控時(shí)發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場(chǎng)部分遠(yuǎn)程控制閥門(mén)位置反饋信號(hào)異常,表現(xiàn)為閥門(mén)開(kāi)關(guān)動(dòng)作后閥位反饋信號(hào)延時(shí)遲滯嚴(yán)重,閥位反饋信號(hào)無(wú)法穩(wěn)定,即閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)頻繁跳變,給工藝操作人員的正常操作帶來(lái)了嚴(yán)重干擾,威脅氣化裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)逐一檢查后發(fā)現(xiàn),閥門(mén)動(dòng)作正常、無(wú)卡頓,閥門(mén)全開(kāi)全關(guān)正常到位,閥位檢測(cè)信號(hào)在現(xiàn)場(chǎng)端能正常送出。 現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)是通過(guò)線纜與機(jī)柜內(nèi)的安全柵連接,通過(guò)安全柵隔離轉(zhuǎn)換后將閥位信號(hào)送入數(shù)字量輸入卡件,最終被DCS 控制器采集。 在對(duì)機(jī)柜間進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn),操控閥門(mén)動(dòng)作到位后,閥位信號(hào)對(duì)應(yīng)通道的安全柵反饋指示燈無(wú)變化,通過(guò)測(cè)量確認(rèn)安全柵輸出信號(hào)異常,無(wú)狀態(tài)變化。

2 原因分析

首先對(duì)DCS 系統(tǒng)機(jī)柜的屏蔽接地、信號(hào)傳輸線纜進(jìn)行了全面排查,未發(fā)現(xiàn)異常情況,初步判斷閥位反饋異常是閥位檢測(cè)開(kāi)關(guān)與安全柵匹配異常造成的。 氣化裝置現(xiàn)場(chǎng)崗位閥門(mén)閥位信號(hào)檢測(cè)開(kāi)關(guān)為VS10N001C2型微動(dòng)開(kāi)關(guān),與之匹配的是德國(guó)KCD2-SR-Ex1.LB 型開(kāi)關(guān)量輸入安全柵。

2.1 微動(dòng)開(kāi)關(guān)

微動(dòng)開(kāi)關(guān)又名速動(dòng)開(kāi)關(guān),因其開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)間距小,受壓促動(dòng)后能快速轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)狀態(tài)而得名[1]。微動(dòng)開(kāi)關(guān)具有價(jià)格低廉、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、體積小且結(jié)構(gòu)形式多樣等特點(diǎn),在通斷狀態(tài)需頻繁進(jìn)行切換的場(chǎng)所,如氣化裝置渣鎖斗卸料、氣化裝置渣鎖斗進(jìn)口切斷等處,得到較為普遍的應(yīng)用。

VS10N001C2型微動(dòng)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。閥位檢測(cè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)主要由動(dòng)觸頭、靜觸頭、作用彈簧、操作鈕、接線端和膠木外殼等組成,內(nèi)部為一常開(kāi)一常閉式結(jié)構(gòu),接線端1 為信號(hào)輸出公共接線端,接線端2 中一個(gè)為常開(kāi)式接線點(diǎn),另一個(gè)為常閉式接線點(diǎn),設(shè)有彎片狀彈簧的瞬動(dòng)機(jī)構(gòu),具有較高的觸頭動(dòng)作準(zhǔn)確性。 未受力時(shí),動(dòng)觸頭處于靜止?fàn)顟B(tài),與其中一個(gè)靜觸頭連通;在閥位檢測(cè)時(shí),當(dāng)閥門(mén)到達(dá)檢測(cè)位置后,操作鈕受力作用在作用彈簧上,使其發(fā)生位移,當(dāng)位移變化到達(dá)作用彈簧臨界點(diǎn)時(shí),作用彈簧連帶動(dòng)觸頭產(chǎn)生瞬時(shí)動(dòng)作,讓作用彈簧末端的動(dòng)觸頭和與其連接的靜觸頭迅速斷開(kāi),完成輸出信號(hào)的接通或分?jǐn)?并通過(guò)輸出信號(hào)線纜將信號(hào)送出,將閥門(mén)位置變換轉(zhuǎn)換成機(jī)械開(kāi)關(guān)信號(hào)被采集;當(dāng)操作鈕所受外力消除后,作用彈簧能量被釋放并發(fā)生反向位移,動(dòng)觸頭在作用彈簧的帶動(dòng)下自動(dòng)復(fù)位[2]。 微動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)際上是一種在機(jī)械受力作用下完成通斷狀態(tài)切換的干觸點(diǎn)信號(hào)發(fā)生裝置。

圖1 VS10N001C2 型微動(dòng)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意

2.2 安全柵

安全柵也稱安全限能器,可以在安全區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)間進(jìn)行電信號(hào)的雙向傳遞,并可限制因故障引起的能量由危險(xiǎn)區(qū)向安全區(qū)傳送,是安全系統(tǒng)中的重要組成部分[3]。 安徽晉煤中能公司選用的KCD2-SR-Ex1.LB 型安全柵為單通道隔離柵,24 V 直流電源供電,干觸點(diǎn)或NAMUR 信號(hào)輸入,2 路繼電器觸點(diǎn)輸出,開(kāi)關(guān)頻率≤10 Hz,可將現(xiàn)場(chǎng)NAMUR 傳感器或干觸點(diǎn)的數(shù)字量信號(hào)從現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)區(qū)域傳輸至室內(nèi)非危險(xiǎn)區(qū)域,控制側(cè)負(fù)載為機(jī)械觸點(diǎn)控制式繼電器輸出觸點(diǎn)或接近傳感器。 此型號(hào)安全柵為常規(guī)繼電器輸出安全柵,在故障情況下其內(nèi)部繼電器處于斷電狀態(tài)。 通過(guò)查閱數(shù)據(jù)技術(shù)手冊(cè)后發(fā)現(xiàn),該型號(hào)安全柵電氣壽命最大為105次開(kāi)關(guān)周期,最大開(kāi)關(guān)周期次數(shù)取決于控制側(cè)電氣負(fù)載情況。 數(shù)據(jù)技術(shù)手冊(cè)給出的KCD2-SR-Ex1.LB 型安全柵電氣壽命與電氣負(fù)載關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 KCD2-SR-Ex1.LB 型安全柵電氣壽命與電氣負(fù)載關(guān)系

2.3 原因分析

通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)所采用的閥位檢測(cè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)的作用原理及與其配套使用的開(kāi)關(guān)量輸入安全柵的電氣特性數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),所采用的常規(guī)繼電器輸出安全柵的機(jī)械開(kāi)關(guān)周期和電氣壽命都有次數(shù)限制?，F(xiàn)場(chǎng)閥位檢測(cè)異常的閥門(mén)都是需頻繁進(jìn)行通斷狀態(tài)切換的關(guān)斷閥,如渣鎖斗卸料閥、渣鎖斗進(jìn)口切斷閥、渣鎖斗循環(huán)泵回流切斷閥、渣鎖斗事故切斷閥等,有著非常高頻次的開(kāi)關(guān)動(dòng)作,平均每天開(kāi)關(guān)20 次左右。 項(xiàng)目開(kāi)車后,這些通斷狀態(tài)高頻次切換的閥門(mén)即投入運(yùn)行,與其閥門(mén)位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)配套使用的安全柵隨著開(kāi)關(guān)次數(shù)的不斷增加,當(dāng)電氣開(kāi)關(guān)周期達(dá)到使用上限時(shí),就會(huì)發(fā)生安全柵無(wú)輸出信號(hào)或安全柵輸出信號(hào)無(wú)法穩(wěn)定等情況,并最終導(dǎo)致閥門(mén)閥位檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)異常。

3 問(wèn)題的解決與驗(yàn)證

分析閥位檢測(cè)信號(hào)異常情況后,可以判定故障原因?yàn)樗捎玫陌踩珫烹姎忾_(kāi)關(guān)周期無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)中閥門(mén)開(kāi)關(guān)次數(shù)的要求。 進(jìn)行技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比和參數(shù)分析后,考慮同時(shí)兼顧安裝方式和規(guī)格型號(hào)等情況,安徽晉煤中能公司決定選用德國(guó)KCD2-SOT-Ex1.LB 型安全柵替代原有型號(hào)安全柵。 KCD2-SOT-Ex1.LB 型安全柵為單通道隔離柵,24 V 直流電源供電,干觸點(diǎn)或NAMUR 信號(hào)輸入,2 路無(wú)源晶體管輸出,開(kāi)關(guān)頻率≤5 kHz,完全兼容原有安全柵的安裝方式,可以方便地完成控制機(jī)柜內(nèi)安全柵的更換。 KCD2-SOT-Ex1. LB型安全柵負(fù)載輸入控制雙路無(wú)源晶體管輸出,電氣壽命不受開(kāi)關(guān)周期次數(shù)制約,與常規(guī)的繼電器輸出安全柵相比,晶體管輸出安全柵能更好地適應(yīng)輸入側(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作信號(hào)頻繁變化的使用場(chǎng)合。

更換閥位檢測(cè)反饋異常點(diǎn)位對(duì)應(yīng)通道的安全柵后,再操作閥門(mén)開(kāi)關(guān),閥門(mén)閥位檢測(cè)信號(hào)能夠正確返回。 對(duì)更換后的安全柵進(jìn)行了半年的跟蹤觀察,發(fā)現(xiàn)此型號(hào)安全柵可長(zhǎng)周期穩(wěn)定地對(duì)閥位檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確無(wú)誤的反饋,能夠滿足安全生產(chǎn)的需求。 為此,統(tǒng)計(jì)所有需要頻繁進(jìn)行開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換的閥門(mén),將其對(duì)應(yīng)通道機(jī)柜內(nèi)的安全柵全部更換,徹底解決了氣化單元閥門(mén)閥位檢測(cè)信號(hào)異常的問(wèn)題,保證了氣化裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,設(shè)備的選型和適配問(wèn)題十分重要,實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)結(jié)合不同的使用環(huán)境和實(shí)際生產(chǎn)需求作具體分析,正確選用合適型號(hào)的器件設(shè)備,以保證生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。