焦化厂自动化仪表设备故障及对策研究策略

闫 晓

焦化厂在炼焦过程中，涉及的自动化仪表包括温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表以及各种分析仪器，这些装置能够对炼焦生产全过程的各项状态参数与运行参数进行实时监测，一旦监测参数出现异常情况，则说明炼焦工序或者焦化设备存在故障隐患，在这种情况下，便于检修人员实施点对点检查与维修，进而排除故障隐患。但是，如果自动化仪表出现故障，不仅影响监测数据精度，而且生产流程与设备运行的安全性能也会受到严重影响，甚至容易引发停工、停产的严重后果，进而给焦化厂造成巨大的经济损失。面对这种情况，自动化仪表管理人员应当及时收集各种仪表设备一些常见故障的发生机理与产生原因，并制订一套针对性强、实效性好的故障排除方案，将仪表故障的发生概率降到最低点。

1 焦化厂自动化仪表的维护概念

随着工业化的升级和改造的快速进行，技术创新的不断推进和改进，在焦化厂的自动化控制系统中，自动化仪器设备的应用越来越广泛。而且，随着科学技术的升级和工业化的普及，仪器设备的有效的维护能够保证仪表设备的完整性和数据的科学性和有效性。通过科学有效的设备仪器维护方法，能够有效的保证设备仪器在工作运行中，延长设备仪器的使用期限和寿命，保证设备仪器的质量，建设设备仪器维修带来的人力物力资源的消耗。因此焦化厂在仪表设备中进行积极的维护对于仪器设备的安全运行具有重要的意义。

2 焦化厂自动化仪表设备种类

2.1 温度仪表

按照接触方式划分，温度仪表主要包括接触式与非接触式两种，其中，接触式温度仪表包括：玻璃温度计、双金属温度计、压力式温度计（如图1 所示）、热电偶、热电阻等。

非接触式温度仪表包括：温度调节器、温度变送器、温度传感器等。温度仪表在焦炭生产的各道工序当中主要承担环境温度与设备运行温度的监测任务，当监测结果数值超过临界值时，监测信号就会直接反馈给操作系统终端，操作人员根据监测结果能够及时做出应急响应，以确保温度数值能够始终保持在正常范围之内。

2.2 压力仪表

按照工作方式与原理划分，压力仪表主要包括液柱式压力计、弹性式压力计、电气式压力计以及负荷式压力计，其中液柱式压力计包括U 型管压力计、单管压力计、斜管压力计等，弹性式压力计包括弹簧管压力计、波纹管压力计以及膜盒式压力计等，电气式压力计包括电阻应变式、电容式、压电式、电感式以及霍尔式等，而负荷式压力计则包括活塞压力计等。以液柱式压力计为例，其工作原理是液柱高度产生的压力与被测压力相平衡，该仪表的主要特点是测量精度高、价格低廉，但是，测量的差压只能在0.3Mpa 以下，因此，这种量程较小的压力计一般适用于焦化厂的外部压力监测环境。

2.3 流量仪表

流量仪表在焦化生产过程中主要负责监测各种流体的流动特性，主要包括推理式流量计与容积式流量计两大类，其中，推理式流量包括差压式流量计、转子流量计、电磁流量计、超声流量计、质量流量计、涡街流量计等，容积式流量计主要包括椭圆齿轮流量计等。流量仪表不仅是衡量物质量变的工具，而且在节能降耗与污染排放领域也发挥着至关重要的作用。尤其对焦化厂这一高污染行业来说，合理选择流量计的类型，将给污染治理提供更加真实确凿的参考数据。

2.4 液位仪表

液位仪表主要负责对焦化生产中各种原材料、半成品以及焦炭成品的液位进行实时监测，根据测量方式划分，液位仪表主要包括矩阵涡流式液位计、浮力式液位计以及磁致伸缩式液位计等。以磁致伸缩式液位计为例，该仪表可以对连续液位与界面进行测量，并输出精度较高的模拟信号，以实时获取测量区域的液位情况。这种仪表由磁致伸缩物质组成，在实际监测过程中，变送器的电子部分产生一个低电流的询问脉冲，同时产生一个磁场，并沿波导管向下传播，一旦磁场和波导管上的浮子内的永磁体产生的磁场相交，就会产生一个应变脉冲，通过询问脉冲与返回脉冲间的时间间隔，可以精准的测量出液位值。

3 焦化厂自动化仪表的常见故障

3.1 温度仪表的常见故障

对于焦化厂中的温度仪表来说，较为常见的故障类型主要表现为测量数据精准度较差，下面针对热电阻、热电偶以及压力式温度计，对测量精度误差大以及各种故障的产生原因予以分析。

3.1.1 热电阻

热电阻是焦化生产过程中最为常用的测温装置，在该装置运行过程中，常常出现电阻断路或者短路的情况，这种情况的发生往往与热电阻丝的物理特性有关。在判断热电阻断路或者短路时，仪表检修人员可以利用万用表的“×1Ω”档，对电阻值进行检测，如果电阻值小于RO，则可以判断热电阻出现了短路现象，如果万用表显示的数值无穷大，则可以判断热电阻已经出现了断路现象，热电阻的短路或断路的故障现象与产生原因如表1 所示。

表1 热电阻的短路与断路故障现象与产生原因

3.1.2 热电偶

热电偶在测量焦化生产各道工序的温度数值时，常常出现较大误差，究其原因与以下几个方面有关。第一，如果热电偶的安装位置错误，或者插入深度过浅与过深都会产生较大的测量偏差。比如热电偶的安装位置位于加热区，或者近门区域，测得的温度值也将偏高。一般情况下，热电偶的插入深度应当超过保护管直径的8 倍～10 倍。另外，如果热电偶的安装位置处于强磁场或者强电场区域，那么，测量精度也会受到严重影响。第二，如果保护管与拉线板存在大量的污垢或者盐渣，在高温作用下，热电偶则极易出绝缘现象，这时，测量误差有可能达到上百度。第三，如果选择时间常数较小的热电偶，那么热电偶本身就会出热惰性，在这种情况之下，热电偶测得的温度数值与实际炉温将出现较大的差别。第四，由于焦化生产过程中，将产生大量的煤粉，这些粉尘如果长期包裹热电偶的保护管，那么热电偶的热阻值也随之增大，这时，测得的温度数值将远远低于实际炉温。

3.1.3 压力式温度计

压力式温度计的常见故障包括测温点保温不良、接线松动、短路以及断路等，当测温点出现保温不良的状况时，温度计局部区域的热量散失较快，这时，测得的温度要低于实际炉温。如果接线松动，将出现示数不准的情况。如果出现短路故障，热电阻的测定温度值将偏小。如果出现断路故障，热电阻将出现最大指示值，而热电偶则没有任何指示。

3.2 压力仪表的常见故障

在焦化生产当中，压力仪表主要用来监测各道生产工序产生的实际压力值，在仪表处于执行压力监测任务时，极易出现管路堵塞或者人为操作失误的情况，这时，仪表测量的压力值也会出现较为明显的波动。以压力变送器为例，其基本工作原理如图2 所示。

从图2 当中可以看出，当检测部件将输入压力的变化转换为相应的电容变化后，再经过传送部件的电子线路转化成为4mA ～20mADC 的直流电流输出。压力变送器的常见故障是仪表指示出现快速振荡，无法准确获取焦化生产中的真实压力值。另外，压力变送器也经常出现死线故障，在这种情况下，压力变送器的监测精度也会受到严重影响。

图2 压力变送器的基本工作原理

3.3 流量仪表的常见故障

流量仪表的故障期一般出现在初装调试期与正常运行期间，引发故障的主要原因是由于流量仪表或者关联设备出现异常运转情况所致，由于流量仪表的工作原理较为复杂，因此，查找和排除仪表故障工作比较困难。其中较为常见的故障仪表指示不稳定，或者一次表指针读数达到最小值。在排除流量仪表故障时，不仅仅需要考虑一次表、二次表以及各个阀组的运行状态，同时，也需要兼顾考虑生产现场的实际情况。比如流量仪表出现指示不稳定的情况时，检修人员可以将系统切换至手动位置，然后观看仪表的波动情况是否正常，如果波动幅度变小，则说明仪表本身存在问题，如果波动频繁，则说明工艺流程出现问题。如果流量仪表的示数达到最小值，应当对一次表进行检查，在排除一次表故障后，则可以确定二次表存在故障。

3.4 液位仪表的常见故障

液位仪表的常见故障是液位指示不发生任何变化，显示数值偏高或者偏低。比如以磁翻板为例，当在焦化生产过程中，仪表液位没有任何变化，检修人员在排除工艺影响因素以后，可以考虑浮子是否被卡住，上下根部阀是否堵塞。当液位指示偏高或者偏低时，可以考虑浮子是否装反，传感器量程是否与DCS 保持一致。当液位没有任何指示时，则可以确定根部阀门是否打开，或者浮子是否被卡在底部，传感器模块是否损坏等。当确定故障原因以后，检修人员可以及时对检修方案进行优化，以恢复液位仪表的正常监测功能。

4 焦化厂自动化仪表设备故障分析方法与解决策略

4.1 温度仪表故障分析方法与解决策略

如果温度仪表出现故障，不仅会影响焦化生产进度，而且也容易加快炼焦设备的老化与腐蚀速度，进而缩减设备的使用寿命。因此，当温度仪表出现故障以后，首先需要对故障原因进行分析，然后制订一个精准的故障排除方案。比如当温度仪表快速波动、仪表指示数值长时间不发生变动或者仪表指示数值变化频率高，都可以判定仪表本身已经出现故障。在这种情况下，需要找出故障产生的原因，或者与PID 参数设定不合理有关，或者与传输线路有关，然后针对原因采取针对性的检修措施。

以热电偶为例，如果仪表指示数值偏低，则主要与热电极短路、热电极变质、补偿导线与热电偶极性接反或者二者不配套、热电偶安装位置不当以及热电偶冷端温度补偿不符合标准要求等因素有关。当出现这种故障时，检修人员首先需要查找出短路原因，如果由潮湿所致，应当利用空气压缩机等装置对其进行吹干处理，如果绝缘子损坏，则需要及时更换绝缘子，并对热电偶表面堆积的灰尘予以清除。如果补偿导线出现短路，应当找出短路位置，更换补偿导线或者强化绝缘效果。如果热电极变质，应当将变质段剪去，并重新进行焊接处理，如果变质段过长，则需要更换热电偶。如果仪表指示数值偏高，则可能由以下因素所致：第一，热电偶与显示仪表不配套，针对这种情况，焦化厂在选购热电偶与显示仪表时，应当严格遵循配套原则，使二者在功能衔接方面做到相得益彰。第二，补偿导线与热电偶不配套，焦化厂可以采取更换与热电偶相匹配的补偿导线。第三，直流干扰信号的入侵将影响热电偶的监测精度，焦化厂应当及时查找出干扰源，并启动应急响应预案，以消除干扰源。第四，热电势输出不稳定，在这种情况下，检修人员应当对热电偶接线柱位置的螺丝进行紧固处理。第五，热电偶测量线路绝缘破，引起线路断续短路或接地，当出现这种故障时，检修人员需要在第一时间确定故障点，并快速修复绝缘。如果出现热电势误差大的情况，检修可以优势考虑热电极变质、热电偶安装位置不当、保护管表面积尘等影响因素，并针对故障原因，及时采取排障措施。

4.2 压力仪表故障分析方法与解决策略

如果压力仪表出现故障，检修人员首先考虑调节器PID 参数是否出现偏差，或者检查工艺操作流程是否出现问题。而排除压力仪表故障隐患所采取的主要方法则包括直观检查法、开机检查法、断路法、短路法以及替换法等。其中直观检查法主要观察各连接线是否存在断开现象，电路板插座簧片是否接触不良或者弹力不足，单元板连接螺丝是否松动，各接触点是否存在错位、卡死、氧化、烧焦等现象，电源保险丝是否熔断，电子管是否破碎，电容器外壳是否出现膨胀或者漏液现象等。开机检查法的关键要素是检查电子管与发光元件是否通电发亮，仪表是否出现碰击声或者严重的摩擦声，变压器、电机等易发热组件与电阻是否出现烫手现象，仪表内部是否出现异常气味，比如焦糊味等。断路法是指仪表出现故障以后，将可疑部分的电路断开，这样，可以确定故障的发生时间是在电路断开前还是断开后，然后进行分割检查，逐步缩小故障区域。短路法多用于检查多级电路，比如某级输出端电位不正常，可以将该级的输入端短路，这时，如果输出端电位正常，则说明该级电路未发生故障。替换法主要对故障部位的元器件或者线路板进行更换，如果元器件替换完毕，故障消除，则可以确定这种故障是由该元器件所致。

4.3 流量仪表的故障分析方法与解决策略

如果流量仪表指示数值达到最小，而现场检测仪表却没有任何异常，则说明显示仪表出现故障，如果现场检测仪表指示数值最小，检修人员应当对调节开度进行检查，如果调节开度为零，则说明故障位于调节器与调节阀之间。如果流量仪表指示数值上下波动频繁，这时，检修人员应当采用手动控制，如果这种方法无法排除故障，则说明仪表系统出现故障。在手动控制时，调节阀在开大或者开小时，流量值依然处于高位，流量仪表与现场检测仪表的指示数值也将达到最大，这时，则可以确定故障原因是由系统异常所致，比如泵体堵塞或者管路堵塞等。

4.4 液位仪表的故障分析方法与解决策略

判断液位仪表故障的方法首先可以观察仪表的指示数值，如果指示数值在正常区间内变动，则说明仪表的运行状态是正常的。如果通过手动的方法对液位进行控制，液位能够处在一个正常的变动区间内，则说明液位的控制系统已经出现故障。如果液位仪表指示数值变化频繁，则说明液面控制对象的容量过大。如果指示数值并未出现任何波动，则说明液面控制对象容量过小，这时，可以判定液位仪表已出现故障。

4.5 做好仪表设备的维护保养工作

焦化厂在进行仪表仪器设备的安装中一定要根据仪器设备的规模、构造、适用条件、功能性质等等来进行自动化仪器设备的调整和使用，并且做好售后服务维修保养工作。对于采购的仪器设备要尽可能的满足不同的工艺需求，保证设备仪器的质量安全，保证设备仪器能够长期有效的使用，降低仪器维护保养带来的成本费用增加。做好仪器设备的基础保养维护工作，是保证仪器设备正常使用的最有效的方法。

5 结语

综上所述，焦化厂企业在自动化仪器设备的管理维护中，尤其要重视仪器设备的维护保养环节。针对自动化仪器设备容易出现问题的地方做好故障排查和维护，同时增强自动化诊断技术在设备故障方面的升级和改造，提高生产效率，降低生产成本，进一步提升企业的经济效益。为了将自动化仪表的故障发生概率降到最低点，检修人员应当进一步加大日常巡查频次，对焦化生产的每一道工序所配置的仪表运行状态进行检查与校验，一旦发现故障隐患，应当及时启动应急响应预案，并在最短的时间内排除故障隐患，以确保焦化生产流程能够顺利进行，以达到增产增收的目的。