化工装置仪表自动控制典型故障处理

摘 要 ：列举了大型石油化工装置的典型故障案例,分析了故障处理的思路,依据典型仪表故障处理的方法,总结一般仪表故障的处理思路.

关 键 词 ：自控,接触器,电位,失真

前言

随着现代化水平的提高,生产过程自动化控制的普遍程度越来越高,尤其是具有连续生产作业性质的石油化工行业,自动化控制程度非常高.同时,自动化仪表伴随智能化水平和制造工艺的提升也有了很大进步,集成化很高,出现故障的情况很少.但是,一旦出现问题,就很难准确判断和处理,特别是软故障.这给仪表维护人员提出了挑战,除了要掌握仪表本身的工作原理,还要了解相关其它知识.以下结合自身的工作经历,以典型的事故案例为例,总结一般事故的分析方法,为其他过程控制故障的分析提供依据.

1.急停按钮联锁设计缺陷故障

1.1 故障现象经过

某装置造粒系统开车过程中,在自启过程中,熔融泵启动的情况下,工艺人员发现切粒机循环水三通阀虽接到了动作命令,但并未动作到位,画面没有显示直通回讯,导致切粒水不能进入切粒水室进行冷却.为此工艺采取紧急行动,按手动停主电机,没有效果,紧急情况下按紧急停车按钮,除主电机外的其他设备都停止运转,主电机仍没有停止,最后在电气控制室断电源停止主电机,切粒机水室发生“灌肠”事故.

1.2 故障分析

挤压造粒机组共有三处紧急停车按钮,HS- 701 、HS- 702和HS- 703,这三处紧急停车按钮正常时均为常闭开关,串联后给两个接触器：EMS3和EMS3X线圈供电,也就是说,当任意一处紧急停车按钮按钮按下后,都将会使EMS3和EMS3X线圈失电.其中EMS3接触器一组常开触点串在给所有现场电磁阀供电回路中,一旦EMS3线圈失电,该组常开触点打开,所有现场电磁阀将失电,阀门发生安全联锁.

而EMS3X接触器一组常开触点串在给部分PLC输出模块供电的回路中,一旦EMS3X线圈失电, 该组常开触点打开,所有与之相连的输出模块将失电.其中一路DO接至继电器RY8001的线圈.目前该继电器的一组常闭触电又引至MCC.按照原设计方案,当按下急停按钮后,该DO点将使继电器持续得电5秒钟,也就是使继电器引至MCC的常闭触点持续断开5秒钟,命令MCC停主电机.但依据目前的设计,在按下急停按钮的同时已将DO卡件断电,所以无法输出,无法使继电器得电,所以导致MCC无法停主电机.

1.3 解决方案

鉴于紧急停车按钮设计方案有问题,且为了保持外方原始安全联锁设计思想,建议将仪表送给MCC的RY8001主电机停止信号由常闭改为常开,在MCC机柜内增加一时间继电器信号转换. 当急停按钮按下,PLC的DO输出通道断电,RY8501失电,常开触电闭合,引发时间继电器启动记时5秒,停主电机.

1.4 分析总结

对故障的分析,要结合程序和硬件接线.对本次故障,单独观察软件程序,做程序监控试验都无异常现象,单独查硬件,接线等也没异常状况.但俩者互相结合,就发现有不匹配之处.一段控制程序的执行,不但要有正确的逻辑命令,更要有硬件正确接线的配合.

2.系统电位差故障

2.1 故障现象

每逢阴雨天气,地面潮湿,装置破块器的转数就会满转且不能调节.该回路是由DCS给出4-20mA控制信号,送至破块器的PLC模拟量卡件控制破块器转数.问题出现时,测量DCS通道输出电流值正常,但用软件监控进入PLC卡件CPU处理后就已经显示超量程.

2.2 故障分析

考虑到只有阴雨天情况下问题才会出现,可以排除硬件问题.检查现场接线箱,没有进水情况.控制室做实验,在阴雨天和晴天,用信号发生器单独给PLC卡件有源4-20mA控制信号,破块器都能正常运行.因此,判断还是信号问题,但用万用表测量DCS信号正常.仔细分析想到点位平衡问题,是否会存在两系统间电位不一致的现象.为了确认我们的判断,在PLC的控制柜内,将DCS的控制信号线负极再次接地,增加临时接地线,结果故障消失.最终结论就是DCS和PLC两控制系统的地电位不一致,在阴雨天气,导致信号传递失真.测量两系统电位差在阴雨天气相差3.6V.

2.3 解决方案

在PLC的控制柜内,将DCS的控制信号线负极再次接地,增加临时接地线.长远考虑,决定在俩控制系统信号传递间增加隔离栅,型号选择为MTL5042,将俩信号隔离,彻底消除电位影响.

2.4 分析总结

随着现在工艺控制要求的提高,装置内的控制系统往往不止一套,经常出现DCS、SIS、PLC等多种控制系统共同工作的情况.为了方便控制,各控制系统间不免存在有信号通讯,信号的通讯一般是DCS作为主站,其他系统作为从站.当出现类似问题时,不要局限在一个控制系统内,要考虑到信号传递中容易受到干扰的环节,如电场、磁场、点位等等干扰,综合分析问题.

3.调节阀阀杆断裂故障

3.1 故障现象

某装置调节阀LV-6001运行中突然失去调节作用,导致塔釜液位高高报警联锁装置停车,现场检查发现阀门阀杆断裂,焊接后运行2天,再次发生断裂停车事故.

3.2 故障分析

调节阀LV-6001位于距地面60米的塔顶部,介质为碳酸盐,阀门选型为FISHER的ET系列8寸球阀,连接等级300LB WN-RF.阀门开启时由于阀门前后差压的变化大,管线产生很大震动.从下线阀门阀芯的损伤状况看,存在气蚀现象.碳酸盐在高速流动和阀门前后压力突变的条件下,液体内局部压力变化引起蒸汽泡的形成,生长及溃灭形成的气蚀作用,在阀芯表面形成许多细小的麻点,并产生强大的冲击力,带动阀门本体产生剧烈震动,甚至连同管线一起震动.强烈的震动伴随阀杆的运动产生应力,导致阀杆断裂.焊接修复后的阀杆由于气蚀作用的存在,强度达不到,再次断裂停车.

3.3 解决方案

通过与设计院沟通,阀门重新选型,选择使用于大差压环境的偏心旋转阀,能够有效的减缓阀门前后差压变化,遏制气蚀现象,有减缓阀门震动的效果.

4.结束语

通过对3个典型过程生产控制典型故障的分析阐述,要在头脑中建立一种无形的通道：现场仪表―接线箱―控制系统（端子接线板―继电器―卡件―CPU）―上位机,之间的每一个连接环节都有可能是故障的缘由,甚至包括设计与仪表选型.掌握仪表基本原理和相应的化工工艺只是基础,重要的是建立解决问题的思路,养成良好的分析习惯,勤于思考,举一反三,才能使装置运行平稳、安全.