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化工仪表自动控制系统故障与维护技术

化工仪表自动控制系统故障与维护技术

时间:2020-03-12 09:42:06

 [摘 要]总结了化工生产中温度、压力、液位、流量控制仪表的常见故障及判定方法,介绍了计算机诊断技术和冗余技术对化工自动化仪表的维护作用。zCT压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

 
近年来,随着控制技术的快速发展,化工产业不断地升级改造,自动化程度越来越高。为满足企业生产发展需要,化工仪表控制系统也在不断升级改进,一个完整的化工仪表自动控制系统包括很多控制仪表和设备,如温度控制仪表、压力控制仪表、液位控制仪表、流量控制仪表、在线分析仪表、有毒有害可燃报警仪表、调节阀等。
 
1 化工仪表自动控制系统的常见故障
1. 1 温度控制仪表故障
化工生产中,温度是关键指标之一,因此温度的测量尤为重要。化工生产中常见的温度仪表有热电偶、热电阻、温度变送器等。温度控制仪表常会发生以下两种类型的故障:①系统故障。系统内部元件存在使用功耗,当温度控制仪表出现故障时,会出现错误显示。②测量故障。即发生在测量元件上或者测量回路上的错误。化工生产中如果因为温度测量仪表显示错误导致生产波动,突然变化的物料流量产生的冲击就会损坏测量元件,系统显示断线或报错。
 
当出现上述错误提示时,可以通过以下方法进行研判:①根据控制系统显示的位置信息找到温度控制仪表在控制柜的接线端子,解下温控仪表线路,用万用表进行初步测量,将测量值与系统提示信息进行对比,若测量值波动大,出现数据与实际不符合,可以初步判断故障位置为温度测量元件或测量回路。②若温度控制仪表出现震荡并呈周期性变化,就要考虑温度控制仪表传输线路周边存在动力电缆或者变频器的干扰。③若温度控制仪表出现现场测量值比实际值大,就要考虑温度控制仪表传输线是否配套或者显示仪表与测量仪表是否配套。
 
1. 2 压力控制仪表故障
化工生产中,尤其是危险化学品的生产过程中,常伴有高温、高压、有毒、有害等条件,压力往往是系统运行监控的重要参数。以智能压力变送器为代表的压力控制系统广泛应用于化工行业中,智能压力变送器的使用极大地方便了操作人员对生产进程的把控。压力控制系统常见故障为现场压力故障和运行系统故障,当故障发生时要考虑是现场故障还是系统故障,并要核验现场压力显示和系统显示是否一致。系统显示错误、现场仪表显示正常时就要考虑系统故障,可尝试重启系统。现场智能变送器常出现的故障是输出显示为零,此时可以考虑电源线是否接反或者电源电压是否满足 24 V DC,也可能是电子线路板损坏。
 
1. 3 液位控制仪表故障
液位控制仪表是化工自动化控制系统中重要的组成部分,常见的液位控制仪表有双法兰液位计、雷达液位计、超声波液位计
 
(1)当液位控制仪表显示值出现非常大或者非常小时,就需要进行现场确认,比对现场液位计与远传数据是否处于正常变化范围。现场手动进行液位调节,若液位不随手动变化而变化,就说明液位控制系统中存在故障点;若数据变化但不存在线性关系或者符合某种规律,则现场液位控制仪表存在故障点,具体可根据现场安装的仪表测量方式和仪表类型进行处理。
 
(2)当液位控制仪表显示值不变化,并且不显示断线时,须考虑仪表是否损坏。如常用的双法兰液位计,关闭液位计上下法兰根部阀,拆下固定螺栓膜片,全部暴露在大气环境下,液位数值仍不变化,就要考虑以下两种情况:①液位计变送部分的电路板损坏,可尝试更换电路板;②若更换电路板仍不解决问题就要考虑是高低压侧膜片或毛细管同时损坏,这种情况需要更换仪表,重新设定仪表参数。
 
(3)采用雷达液位计测量物位时,当现场物位恒定,但被测物料表面有扰动时,测量值呈现不规则跳动,就要考虑信号传输是否被干扰,若是物料表面产生的扰动减弱了信号的强度,维修人员应启用近场抑制功能,适当增大输出阻尼,以抑制干扰。
 
1. 4 流量控制仪表故障
一般来说,系统的流量参数突然发生变化引发的故障属于流量控制系统故障。若流量控制仪表显示值为非常小值或者无显示值,就需要进现场检查仪表,如果现场工艺设备没有异常,就可确定为控制仪表故障。以差压式流量计为例,当指示值为零或者移动很小就要考虑以下 3 种情况:①平衡阀未全部关闭或泄漏,可关闭平衡阀,修理或换新即可;②节流装置根部高低压阀未打开,则打开根部阀即可;③节流装置至差压计间阀门、管路堵塞,则冲洗管路,修复或换阀;④蒸汽导压管未完全冷凝,冷凝水未充满取压管,可待完全冷凝后开表;⑤节流装置和工艺管道间衬垫不严密,须拧紧螺栓或换垫。当流量波动大,显示值稳定性差时,就要加强现场管理,适当关小流量控制仪表前后阀门,减少因流量参数本身波动太大造成的测量误差;如果关小阀门无效,就要考虑测压元件是否对参数波动过于敏感,此时可适当调整阻尼作用,以实现流量的精确控制。
 
2 防止控制系统故障的技术
2. 1 计算机诊断技术
CENTUM CS 3000(简称 CS 3000)是适用于大、中型石油化工过程控制的 DCS 产品。HIS 是CS 3000 系统的操作站,使用 Windows NT /2000/XP/Vista 操作系统,用于完成系统的实时监视和过程操作。在 CS 3000 系统中,若控制系统出现故障,会及时发出报警并做好故障记录,为查询故障点解决故障提供技术数据支持。CS 3000 系统中,报警分为过程报警、系统报警和操作指导 3 类。每种报警都有单好的显示窗口,当仪表控制系统发生故障时,仪表维修人员能够根据 HIS 提供的报警信息对故障进行研判,并采取相应的措施消除故障,尽快恢复系统的正常运行,提高仪表维护工作效率,保证生产安全、稳定、有序进行。
 
2. 2 冗余技术
在化工仪表自动控制系统的运行中,冗余技术的应用极大地提高了系统的安全性和可操作性,冗余技术包含以下内容。
2. 2. 1 硬件冗余
用多个相同的模块或者部件并联在一起,在热备用工作方式下,其中一块处于工作状态(工作卡),实现系统数据采集、运算、控制输出、网络通讯等功能;而另外一块处于备用状态(备用卡),它实时跟踪工作卡的内部控制状态(即状态同步)。工作/备用卡件之间的正/负逻辑是互斥的,即一个是工作卡,另外一个一定是备用卡;而且它们之间有冗余的控制电路(又称工作/备用控制电路)和信息通讯电路,以协调两块卡件同时且有序的运行,保证输入、输出特性的同一性。现代通讯技术的发展推动了冗余技术的升级,冗余技术具有在线故障检测技术,能实现故障发现、故障定位、故障隔离和人机界面故障报警。故障检测包括电源、微处理器、数据通讯链路、数据总线及 I/O 状态等。其中,故障诊断包括故障自诊断和故障互检(工作、备用卡件之间
的相互检查),系统发生故障时能实现无扰动自行切换。冗余技术一方面有助于运行维护人员对系统故障进行研判,便于及时对系统进行维护,消除故障点;另一方面提高了系统的可靠性,为实现安全生产做出重要贡献。
 
2. 2. 2 软件多重冗余的逻辑表决
表决指冗余系统用多数原则确定结论的过程和方法。对于同一种介质的测量,安装 2 块或者 2 块以上仪表分别测量,将数据分别送冗余系统进行表决,以确定系统执行状态,冗余表决的应用提高了系统的可靠性,降低了非必要设备联锁动作对生产造成的影响。常见的表决方式有二选一表决逻辑(1oo2)、二选二表决逻辑(2oo2)、三选一表决逻辑(1oo3)、三选二表决逻辑(2oo3)。以三选二表决逻辑为例,正常时,3 块控制仪表的状态都显示为 1,只要其中任意 2 个控制仪表组合信号同时为 0 时,表决器就会命令执行器执行相应的联锁动作。三选二表决逻辑是比较合理的选择,它能克服二重化系统不辨真伪的缺陷,任一通道不管发生什么故障,系统通过表决后可以照常工作,使其安全性和可用性保持在合理的水平。
 
3 结语
化工仪表自动控制系统的广泛应用对实现智能化生产、解放劳动力、安全有效防范生产事故的发生具有重要意义。随着科学技术的进步,化工控制仪表的不断升级改造,仪表控制系统的故障点也越来越多,只有从基础的故障入手,不断积累经验,主动学习新技术,对于遇到的新问题吃透、摸透,才能更好地胜任仪表维护工作,将故障消除于萌芽阶段,确保化工仪表控制系统的有序运行。
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