煤化工仪表及自动化控制系统常见故障原因分析

刘新伟

(山西潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西 长治 046200)

引 言

自动化仪表控制技术在煤化工领域的应用，有效地提高了企业的自动化生产水平，降低了人力成本。从长期来看，显著提升了的煤化工业的经济效益。在企业日常生产过程中，通过自动化仪表控制技术，有效保证生产过程中的温度、压力、液位、流量等参数的稳态运行，成为考量一个企业生产水平及管理化水平的重要指标。

1 煤化工生产常见仪表的主要类型

1.1 温度仪表

煤化工生产中最常使用的温度仪表有双金属温度计、热电偶和热电阻等。双金属温度计是用热双金属片作感温元件的，一般作为就地仪表使用。热电偶是将温度的变化转换成热电势的变化来测量温度。热电阻是利用金属在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特殊性来测量温度。

1.2 压力仪表

实际生产中最常见的压力仪表主要有弹簧管压力表、膜盒压力表及一体化压力变送器等。弹簧管压力表通过表内的敏感元件的弹性形变，引起指针转动来显示压力。膜盒压力表是在被测介质压力作用下，膜盒发生弹性变形，带动传动机构使指针轴偏转，指针在刻度标尺上指示出压力值。一体化压力变送器最常见品牌主要有西门子、罗斯蒙特、霍尼韦尔等。

1.3 液位计

常见的液位计主要有磁翻板液位计、浮筒液位计、雷达液位计、差压液位计等。磁翻板液位计根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。浮筒液位计是基于阿基米德原理和杠杆原理来测量液位的。雷达液位计是利用电磁波发射和回波的时差，通过计算得出液面的高度。差压式液位计是利用正负侧压差与高度成正比的原理来测量液位。

1.4 流量计

化工生产中流量计种类繁多，我们选取转子流量计、超声波流量计、电磁流量计等几种常见流量计做简单介绍。转子流量计一般作为就地仪表使用。超声波流量计是利用超声波在逆流和顺流中存在时差，时差与流速成正比，进而通过换算测出流量。电磁流量计是基于电磁感应定律工作的。

2 煤化工生产仪表常见故障及处理方法

2.1 温度仪表常见故障及处理方法

双金属温度计作为一种就地温度计，一般运行比较稳定，通常做到定期检验即可，偶尔出现物理性破损后，直接更换新表。

2.1.1 单点热电偶常见故障及处理方法

a.热电势值偏低：1) 热电偶受潮，绝缘不良；2) 补偿导线与热电偶极性接反；3) 线路电阻不准确。处理方法：1) 清洗烘干或更换热电偶；2) 正确接线；3) 正确配置线路电阻[1]。

b.热电势值偏高：1) 补偿导线与热电偶种类不符；2) 热电偶电极材料变质。处理方法：1) 更换补偿导线；2) 更换热电偶；3) 更换线路电阻。

2.1.2 多点热电偶常见故障及处理方法

现代煤化工企业中，有许多大型的反应器，想要准确了解到反应器内部不同分布位置的温度，就需要用到多点热电偶。相比较单点热电偶来说，多点热电偶套管较长，多点热电偶除了单点热电偶常见故障外，还具有它一些独特的故障。

多点热电偶由于套管较长，经常会出现脱落现象，导致测量温度偏差较大；套管脱落需要在系统停车后进行清洗和置换，然后重新固定。当热电偶测量反应器同一水平面温度时，经常会出现几个数据偏差较大，这个时候考虑变送器模块故障，重新更换模块即可。当反应器内部介质流速或密度突然出现较大变化，多点热电偶数据出现偏差，一般不认为是仪表问题。

2.1.3 热电阻常见故障及处理方法

保护管和接线盒出现松动时应及时紧固。如内部热电阻元件有故障，做报废处理，更换新模块[2]。

2.2 压力仪表常见故障及处理方法

弹簧管压力表及膜盒压力表作为就地压力表，一般运行比较稳定，通常做到定期检验即可，偶尔出现物理性破损后，直接更换新表。

一体化压力变送器常见故障及处理方法：

a.变送器毫安读数为零：1) 检验信号端子是否接通电源；2) 检查电源线的极性是否接反；3) 检查开放式二极管是否与测试端子交叉。

b.变送器对所施加的压力变化没有响应：1) 用手操器对设备进行打点测试；2) 检查变送器导压管线否堵塞，如有堵塞，及时疏通；

c.数字压力变量读数低或高:1) 检查测试设备 (检验精度)；2) 检查引压管线是否阻塞；3) 检验变送器是否正确标定；4) 检验测量压力计算[2]。

2.3 液位计常见故障及处理方法

2.3.1 磁翻板液位计常见故障及处理方法

磁翻板液位计是一种就地液位计，常见故障有：1) 浮子被卡住，需要拆装清洗浮子；2) 浮子与所测介质密度不相符，需要更换与所测介质密度相符的浮子。

2.3.2 浮筒液位计常见故障及处理方法

a.实际液位有变化，但无指示或指示不准确：1) 引压管堵有脏物；2) 浮筒破裂；3) 浮筒卡住；4) 变送器损坏；5) 没有电源。处理方法：1) 疏通、清洗或更换引压管；2) 更换浮筒；3) 拆开清理筒内脏物；4) 更换变送器；5) 检查电源、信号线、接线端子。

b.无液位，但指示为最大：1) 浮筒脱落；2) 变送器故障。处理方法：1) 重装浮筒；2) 更换变送器。

c.无液位，但指示为最小：1) 扭力管断，支承簧片断；2) 变送器故障。处理方法：1) 更换扭力管或支承簧片；2) 更换变送器。

2.3.3 雷达液位计常见故障及处理方法

雷达液位计分为普通雷达液位计和导波雷达液位计，普通雷达液位计出现异常后，通常需要检查接线端子是否紧固，然后用手操器对设备进行打点测试。对于导波雷达液位计，出现故障后除了检查接线端子外，还需要检查雷达天线是否有脏物，如有要及时清除脏物。

2.3.4 差压式位计常见故障及处理方法

a.无指示：1) 架线端子松动，及时紧固；2) 变送器损坏，及时更换；

b.指示为最大(或最小)：1) 正负压侧导压管或膜片损坏，及时更换；2) 正负压侧引压阀堵塞，及时清理杂物；

c.指示值偏大(或偏小)：用手操器对变送器量程进行重新校对。

2.4 流量计常见故障及处理方法

2.4.1 转子流量计常见故障及处理方法

转子流量计一般作为就地流量计使用，原理较为简单，出现故障后，需要清理转子和管壁上的杂质，清洗完回装后即可。

2.4.2 超声波流量计常见故障及处理方法

a.当流量计无显示时，检查接线端子是否紧固。

b.当流量计显示偏大或偏小时，用手操器对变送器量程进行重新校对。c当输出电流不稳定时，检查传感器振子是否有问题。

2.4.3 电磁流量计常见故障及处理方法

a.流量计无显示：1) 检查接线端子是否紧固；2) 传感器是否充满液体；3) 流量计接地是否良好。

b.流量计指示偏大或偏小：用手操器对变送器量程进行重新校对。

3 煤化工常见自动化控制系统分类

煤化工生产中常见的自动化控制系统主要有前馈控制、比例控制、串级控制、分程控制、三冲量控制等。

前馈控制是当简单反馈控制不能满足工艺要求，存在滞后性的情况下引入前馈控制，消除滞后性。

工业上为了使几种物料流量按一定比值进料通常采用比例控制；例如煤气化过程种的氧煤比控制。

串级控制的特点：一般由主回路和副回路构成，对进入副回路的扰动具有较迅速、较强的克服能力；可消除调节阀等非线性的影响。

分程控制方案中，根据阀的开闭形式，可分为同向和异向两种；同向或异向规律的选择，根据工艺需要来确定。

所谓三冲量控制就是由三个变量组成的控制系统。以其中一个变量为主控变量，其他两个变量为辅助变量。在锅炉和其他化工移热系统汽包液位的控制中比较常见。

4 自动化控制系统常见故障

自控系统通常由控制器、控制阀、被控对象、测量元件变送器等环节组成。由于自控系统通常与生产工艺条件密切相关，所以产生故障的原因更为复杂。总得来说，故障原因通常有以下几方面。

1) 系统设计方面的问题。如总体设计和布局不合理，机柜硬件冗余方面考虑不足；系统被控变量、操纵变量和辅助变量等选择不当等。

2) 仪表阀门选型方面的问题。如流量计选型不当，精度和工艺条件不匹配，经常会导致串级、分程等自控功能无法实现；再如调节阀阀体和执行机构选型精度不匹配，涉及到高温高压系统，阀体内漏量过大，当系统负荷下降后，自控功能无法实现。

3) 仪表伴热和安装方面的问题。工艺介质组分较重时，通常需要设置伴热，如果伴热敷设不合理，经常会导致管线凝堵，自控功能无法实现；涉及高温蒸汽凝液系统，当采用差压液位计时，通常要在正负压侧设置凝液罐，如果凝液罐安装位置不合理，会导致被控变量长期存在较大偏差。

4) 控制参数问题。在参数整定时，PID参数设置不合理，会导致被控变量长时间波动，系统稳态性差。

5) 企业管理方面的问题。如果企业精细化管理程度不够，系统上下游负荷经常有大范围波动，会对现场仪表造成不可逆的伤害，进而导致自控功能无法实现。

5 结语

综上所述，我们可以看出，要想保证生产过程中的温度、压力、液位、流量等参数的稳态运行，要从仪表系统设计、安装、运行多个环节下功夫，更重要的是后期仪表维护一定要到位，当然更离不开企业的精细化管理。