焦化廠自動化儀表設備故障及對策研究策略

閆 曉

焦化廠在煉焦過程中，涉及的自動化儀表包括溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、液位儀表以及各種分析儀器，這些裝置能夠對煉焦生產全過程的各項狀態參數與運行參數進行實時監測，一旦監測參數出現異常情況，則說明煉焦工序或者焦化設備存在故障隱患，在這種情況下，便于檢修人員實施點對點檢查與維修，進而排除故障隱患。但是，如果自動化儀表出現故障，不僅影響監測數據精度，而且生產流程與設備運行的安全性能也會受到嚴重影響，甚至容易引發停工、停產的嚴重后果，進而給焦化廠造成巨大的經濟損失。面對這種情況，自動化儀表管理人員應當及時收集各種儀表設備一些常見故障的發生機理與產生原因，并制訂一套針對性強、實效性好的故障排除方案，將儀表故障的發生概率降到最低點。

1 焦化廠自動化儀表的維護概念

隨著工業化的升級和改造的快速進行，技術創新的不斷推進和改進，在焦化廠的自動化控制系統中，自動化儀器設備的應用越來越廣泛。而且，隨著科學技術的升級和工業化的普及，儀器設備的有效的維護能夠保證儀表設備的完整性和數據的科學性和有效性。通過科學有效的設備儀器維護方法，能夠有效的保證設備儀器在工作運行中，延長設備儀器的使用期限和壽命，保證設備儀器的質量，建設設備儀器維修帶來的人力物力資源的消耗。因此焦化廠在儀表設備中進行積極的維護對于儀器設備的安全運行具有重要的意義。

2 焦化廠自動化儀表設備種類

2.1 溫度儀表

按照接觸方式劃分，溫度儀表主要包括接觸式與非接觸式兩種，其中，接觸式溫度儀表包括：玻璃溫度計、雙金屬溫度計、壓力式溫度計（如圖1 所示）、熱電偶、熱電阻等。

非接觸式溫度儀表包括：溫度調節器、溫度變送器、溫度傳感器等。溫度儀表在焦炭生產的各道工序當中主要承擔環境溫度與設備運行溫度的監測任務，當監測結果數值超過臨界值時，監測信號就會直接反饋給操作系統終端，操作人員根據監測結果能夠及時做出應急響應，以確保溫度數值能夠始終保持在正常范圍之內。

2.2 壓力儀表

按照工作方式與原理劃分，壓力儀表主要包括液柱式壓力計、彈性式壓力計、電氣式壓力計以及負荷式壓力計，其中液柱式壓力計包括U 型管壓力計、單管壓力計、斜管壓力計等，彈性式壓力計包括彈簧管壓力計、波紋管壓力計以及膜盒式壓力計等，電氣式壓力計包括電阻應變式、電容式、壓電式、電感式以及霍爾式等，而負荷式壓力計則包括活塞壓力計等。以液柱式壓力計為例，其工作原理是液柱高度產生的壓力與被測壓力相平衡，該儀表的主要特點是測量精度高、價格低廉，但是，測量的差壓只能在0.3Mpa 以下，因此，這種量程較小的壓力計一般適用于焦化廠的外部壓力監測環境。

2.3 流量儀表

流量儀表在焦化生產過程中主要負責監測各種流體的流動特性，主要包括推理式流量計與容積式流量計兩大類，其中，推理式流量包括差壓式流量計、轉子流量計、電磁流量計、超聲流量計、質量流量計、渦街流量計等，容積式流量計主要包括橢圓齒輪流量計等。流量儀表不僅是衡量物質量變的工具，而且在節能降耗與污染排放領域也發揮著至關重要的作用。尤其對焦化廠這一高污染行業來說，合理選擇流量計的類型，將給污染治理提供更加真實確鑿的參考數據。

2.4 液位儀表

液位儀表主要負責對焦化生產中各種原材料、半成品以及焦炭成品的液位進行實時監測，根據測量方式劃分，液位儀表主要包括矩陣渦流式液位計、浮力式液位計以及磁致伸縮式液位計等。以磁致伸縮式液位計為例，該儀表可以對連續液位與界面進行測量，并輸出精度較高的模擬信號，以實時獲取測量區域的液位情況。這種儀表由磁致伸縮物質組成，在實際監測過程中，變送器的電子部分產生一個低電流的詢問脈沖，同時產生一個磁場，并沿波導管向下傳播，一旦磁場和波導管上的浮子內的永磁體產生的磁場相交，就會產生一個應變脈沖，通過詢問脈沖與返回脈沖間的時間間隔，可以精準的測量出液位值。

3 焦化廠自動化儀表的常見故障

3.1 溫度儀表的常見故障

對于焦化廠中的溫度儀表來說，較為常見的故障類型主要表現為測量數據精準度較差，下面針對熱電阻、熱電偶以及壓力式溫度計，對測量精度誤差大以及各種故障的產生原因予以分析。

3.1.1 熱電阻

熱電阻是焦化生產過程中最為常用的測溫裝置，在該裝置運行過程中，常常出現電阻斷路或者短路的情況，這種情況的發生往往與熱電阻絲的物理特性有關。在判斷熱電阻斷路或者短路時，儀表檢修人員可以利用萬用表的“×1Ω”檔，對電阻值進行檢測，如果電阻值小于RO，則可以判斷熱電阻出現了短路現象，如果萬用表顯示的數值無窮大，則可以判斷熱電阻已經出現了斷路現象，熱電阻的短路或斷路的故障現象與產生原因如表1 所示。

表1 熱電阻的短路與斷路故障現象與產生原因

3.1.2 熱電偶

熱電偶在測量焦化生產各道工序的溫度數值時，常常出現較大誤差，究其原因與以下幾個方面有關。第一，如果熱電偶的安裝位置錯誤，或者插入深度過淺與過深都會產生較大的測量偏差。比如熱電偶的安裝位置位于加熱區，或者近門區域，測得的溫度值也將偏高。一般情況下，熱電偶的插入深度應當超過保護管直徑的8 倍～10 倍。另外，如果熱電偶的安裝位置處于強磁場或者強電場區域，那么，測量精度也會受到嚴重影響。第二，如果保護管與拉線板存在大量的污垢或者鹽渣，在高溫作用下，熱電偶則極易出絕緣現象，這時，測量誤差有可能達到上百度。第三，如果選擇時間常數較小的熱電偶，那么熱電偶本身就會出熱惰性，在這種情況之下，熱電偶測得的溫度數值與實際爐溫將出現較大的差別。第四，由于焦化生產過程中，將產生大量的煤粉，這些粉塵如果長期包裹熱電偶的保護管，那么熱電偶的熱阻值也隨之增大，這時，測得的溫度數值將遠遠低于實際爐溫。

3.1.3 壓力式溫度計

壓力式溫度計的常見故障包括測溫點保溫不良、接線松動、短路以及斷路等，當測溫點出現保溫不良的狀況時，溫度計局部區域的熱量散失較快，這時，測得的溫度要低于實際爐溫。如果接線松動，將出現示數不準的情況。如果出現短路故障，熱電阻的測定溫度值將偏小。如果出現斷路故障，熱電阻將出現最大指示值，而熱電偶則沒有任何指示。

3.2 壓力儀表的常見故障

在焦化生產當中，壓力儀表主要用來監測各道生產工序產生的實際壓力值，在儀表處于執行壓力監測任務時，極易出現管路堵塞或者人為操作失誤的情況，這時，儀表測量的壓力值也會出現較為明顯的波動。以壓力變送器為例，其基本工作原理如圖2 所示。

從圖2 當中可以看出，當檢測部件將輸入壓力的變化轉換為相應的電容變化后，再經過傳送部件的電子線路轉化成為4mA ～20mADC 的直流電流輸出。壓力變送器的常見故障是儀表指示出現快速振蕩，無法準確獲取焦化生產中的真實壓力值。另外，壓力變送器也經常出現死線故障，在這種情況下，壓力變送器的監測精度也會受到嚴重影響。

圖2 壓力變送器的基本工作原理

3.3 流量儀表的常見故障

流量儀表的故障期一般出現在初裝調試期與正常運行期間，引發故障的主要原因是由于流量儀表或者關聯設備出現異常運轉情況所致，由于流量儀表的工作原理較為復雜，因此，查找和排除儀表故障工作比較困難。其中較為常見的故障儀表指示不穩定，或者一次表指針讀數達到最小值。在排除流量儀表故障時，不僅僅需要考慮一次表、二次表以及各個閥組的運行狀態，同時，也需要兼顧考慮生產現場的實際情況。比如流量儀表出現指示不穩定的情況時，檢修人員可以將系統切換至手動位置，然后觀看儀表的波動情況是否正常，如果波動幅度變小，則說明儀表本身存在問題，如果波動頻繁，則說明工藝流程出現問題。如果流量儀表的示數達到最小值，應當對一次表進行檢查，在排除一次表故障后，則可以確定二次表存在故障。

3.4 液位儀表的常見故障

液位儀表的常見故障是液位指示不發生任何變化，顯示數值偏高或者偏低。比如以磁翻板為例，當在焦化生產過程中，儀表液位沒有任何變化，檢修人員在排除工藝影響因素以后，可以考慮浮子是否被卡住，上下根部閥是否堵塞。當液位指示偏高或者偏低時，可以考慮浮子是否裝反，傳感器量程是否與DCS 保持一致。當液位沒有任何指示時，則可以確定根部閥門是否打開，或者浮子是否被卡在底部，傳感器模塊是否損壞等。當確定故障原因以后，檢修人員可以及時對檢修方案進行優化，以恢復液位儀表的正常監測功能。

4 焦化廠自動化儀表設備故障分析方法與解決策略

4.1 溫度儀表故障分析方法與解決策略

如果溫度儀表出現故障，不僅會影響焦化生產進度，而且也容易加快煉焦設備的老化與腐蝕速度，進而縮減設備的使用壽命。因此，當溫度儀表出現故障以后，首先需要對故障原因進行分析，然后制訂一個精準的故障排除方案。比如當溫度儀表快速波動、儀表指示數值長時間不發生變動或者儀表指示數值變化頻率高，都可以判定儀表本身已經出現故障。在這種情況下，需要找出故障產生的原因，或者與PID 參數設定不合理有關，或者與傳輸線路有關，然后針對原因采取針對性的檢修措施。

以熱電偶為例，如果儀表指示數值偏低，則主要與熱電極短路、熱電極變質、補償導線與熱電偶極性接反或者二者不配套、熱電偶安裝位置不當以及熱電偶冷端溫度補償不符合標準要求等因素有關。當出現這種故障時，檢修人員首先需要查找出短路原因，如果由潮濕所致，應當利用空氣壓縮機等裝置對其進行吹干處理，如果絕緣子損壞，則需要及時更換絕緣子，并對熱電偶表面堆積的灰塵予以清除。如果補償導線出現短路，應當找出短路位置，更換補償導線或者強化絕緣效果。如果熱電極變質，應當將變質段剪去，并重新進行焊接處理，如果變質段過長，則需要更換熱電偶。如果儀表指示數值偏高，則可能由以下因素所致：第一，熱電偶與顯示儀表不配套，針對這種情況，焦化廠在選購熱電偶與顯示儀表時，應當嚴格遵循配套原則，使二者在功能銜接方面做到相得益彰。第二，補償導線與熱電偶不配套，焦化廠可以采取更換與熱電偶相匹配的補償導線。第三，直流干擾信號的入侵將影響熱電偶的監測精度，焦化廠應當及時查找出干擾源，并啟動應急響應預案，以消除干擾源。第四，熱電勢輸出不穩定，在這種情況下，檢修人員應當對熱電偶接線柱位置的螺絲進行緊固處理。第五，熱電偶測量線路絕緣破，引起線路斷續短路或接地，當出現這種故障時，檢修人員需要在第一時間確定故障點，并快速修復絕緣。如果出現熱電勢誤差大的情況，檢修可以優勢考慮熱電極變質、熱電偶安裝位置不當、保護管表面積塵等影響因素，并針對故障原因，及時采取排障措施。

4.2 壓力儀表故障分析方法與解決策略

如果壓力儀表出現故障，檢修人員首先考慮調節器PID 參數是否出現偏差，或者檢查工藝操作流程是否出現問題。而排除壓力儀表故障隱患所采取的主要方法則包括直觀檢查法、開機檢查法、斷路法、短路法以及替換法等。其中直觀檢查法主要觀察各連接線是否存在斷開現象，電路板插座簧片是否接觸不良或者彈力不足，單元板連接螺絲是否松動，各接觸點是否存在錯位、卡死、氧化、燒焦等現象，電源保險絲是否熔斷，電子管是否破碎，電容器外殼是否出現膨脹或者漏液現象等。開機檢查法的關鍵要素是檢查電子管與發光元件是否通電發亮，儀表是否出現碰擊聲或者嚴重的摩擦聲，變壓器、電機等易發熱組件與電阻是否出現燙手現象，儀表內部是否出現異常氣味，比如焦糊味等。斷路法是指儀表出現故障以后，將可疑部分的電路斷開，這樣，可以確定故障的發生時間是在電路斷開前還是斷開后，然后進行分割檢查，逐步縮小故障區域。短路法多用于檢查多級電路，比如某級輸出端電位不正常，可以將該級的輸入端短路，這時，如果輸出端電位正常，則說明該級電路未發生故障。替換法主要對故障部位的元器件或者線路板進行更換，如果元器件替換完畢，故障消除，則可以確定這種故障是由該元器件所致。

4.3 流量儀表的故障分析方法與解決策略

如果流量儀表指示數值達到最小，而現場檢測儀表卻沒有任何異常，則說明顯示儀表出現故障，如果現場檢測儀表指示數值最小，檢修人員應當對調節開度進行檢查，如果調節開度為零，則說明故障位于調節器與調節閥之間。如果流量儀表指示數值上下波動頻繁，這時，檢修人員應當采用手動控制，如果這種方法無法排除故障，則說明儀表系統出現故障。在手動控制時，調節閥在開大或者開小時，流量值依然處于高位，流量儀表與現場檢測儀表的指示數值也將達到最大，這時，則可以確定故障原因是由系統異常所致，比如泵體堵塞或者管路堵塞等。

4.4 液位儀表的故障分析方法與解決策略

判斷液位儀表故障的方法首先可以觀察儀表的指示數值，如果指示數值在正常區間內變動，則說明儀表的運行狀態是正常的。如果通過手動的方法對液位進行控制，液位能夠處在一個正常的變動區間內，則說明液位的控制系統已經出現故障。如果液位儀表指示數值變化頻繁，則說明液面控制對象的容量過大。如果指示數值并未出現任何波動，則說明液面控制對象容量過小，這時，可以判定液位儀表已出現故障。

4.5 做好儀表設備的維護保養工作

焦化廠在進行儀表儀器設備的安裝中一定要根據儀器設備的規模、構造、適用條件、功能性質等等來進行自動化儀器設備的調整和使用，并且做好售后服務維修保養工作。對于采購的儀器設備要盡可能的滿足不同的工藝需求，保證設備儀器的質量安全，保證設備儀器能夠長期有效的使用，降低儀器維護保養帶來的成本費用增加。做好儀器設備的基礎保養維護工作，是保證儀器設備正常使用的最有效的方法。

5 結語

綜上所述，焦化廠企業在自動化儀器設備的管理維護中，尤其要重視儀器設備的維護保養環節。針對自動化儀器設備容易出現問題的地方做好故障排查和維護，同時增強自動化診斷技術在設備故障方面的升級和改造，提高生產效率，降低生產成本，進一步提升企業的經濟效益。為了將自動化儀表的故障發生概率降到最低點，檢修人員應當進一步加大日常巡查頻次，對焦化生產的每一道工序所配置的儀表運行狀態進行檢查與校驗，一旦發現故障隱患，應當及時啟動應急響應預案，并在最短的時間內排除故障隱患，以確保焦化生產流程能夠順利進行，以達到增產增收的目的。