注汽锅炉自动化仪表控制系统应用与故障分析

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　　摘要：随着自动化控制系统及仪表的广泛应用，其故障出现的机率较多，分析、查找故障点较麻烦。为了提高注汽锅炉自动化仪表控制系统的精确平稳运行，保证安全生产，提高经济效益，本文发表一点现场自动化、仪表操作使用、维护经验，供参考。
　　关键词：自动化维护安全生产效益
　　
　　1 前言
　　 采用蒸汽热采是稠油稳产的重要措施之一，对保持油田稳产起到了重要的作用。尤其是对石油勘探新增储量十分有限的老油田，因面临后备储量严重不足、油田产量逐年递减、井网加密增加可采储量有限、高含水阶段措施难度大，其增油量已无法弥补油田的递减的情况下。采用蒸汽热采技术是稠油稳产和提高采收率的有效可行措施。为稠油热采提供足量的合格蒸汽，是注汽系统一项长期、艰巨、重要的任务。
　　 因此，控制过程介质各项质量及安全生产指标的自动化仪表控制系统的精确平稳运行，在稳定生产、优化控制、维护及检修成本等方面起着举足轻重的作用，是提高注汽锅炉运行时效及安全生产的保证。
　　2 注汽锅炉自动化仪表系统简介
　　 注汽锅炉有五大系统，即：水、电、燃料、风、汽；自动化仪表控制系统则是注汽锅炉的控制核心。我厂使用的的注汽锅炉，多属八十年代从国外引进的产品。随着注汽锅炉控制系统的升级改造，大量零配件的国产化替代；目前注汽锅炉现场使用的控制方式有气动控制、气电转换控制、电动控制等；仪表的种类多、型号多，无形之中增加了许多控制环节和操作细节。
　　 ⑴、锅炉点火、运行、干度、烟气含氧、蒸汽压力控制及报警停炉均处在自控状态。
　　 ⑵、点火程序器的各种功能以程序方式装入锅炉的可编程控制器中，其输出模块经继电器后进行输出，控制电磁阀、电动阀以避免模块烧坏。
　　 ⑶、锅炉进口水压低、天然气压力低、仪用空气压力低、燃油压力高低、蒸汽压力高低、雾化压力高低报警开关均以压力变送器代替，用其产生的信号来控制各自的报警；水流量低报警利用水流量差压变送器产生的信号进行报警控制。
　　 ⑷、锅炉控制盘配报警显示屏，能显示水量、火量、蒸浊、管温、烟温、喉浊、蒸汽压力、干度、烟气含水量氧、进口水压、天然气压力、燃料压力、雾化压力，并对各种报警能自动显示和记忆。通过屏幕操作，对锅炉的各报警点整定值设定。
　　 ⑸、当蒸汽压力、干度、烟气含水量氧量、自控系统出现故障时，能通过屏幕操作来调节水量、火量、烟气含氧量、蒸汽出口压力。
　　 因此，在日常生产的操作、使用、维护、检修过程中，常因其内在的技术含量及诸多的控制环节和操作细节，使理解、掌握、操作的难度加大；无形中增大了维修工作量及注汽锅炉运行成本的支出。
　　 注汽锅炉控制系统包括两部分：锅炉时序控制系统（点火程序器）和运行参数控制系统（PLC控制系统）。时序控制系统主要是对注汽锅炉的点火程序进行控制，注汽锅炉的自动点火过程是保证注汽锅炉能否安全、可靠运行的关键部分，点火程序器控制自动点火过程包括前吹扫、点火启炉、火焰检测、自动调节系统投入、正常运行、后吹扫六个步骤。点火程序器具有较高的实时性，有时间分配显示, 并巡回对各保护状态进行检查 ,在其120S运行中若发生故障或停炉动作时，即可根据其运行时段对应的执行部件自检，报警并显示故障所在部位。具有很强的自检保护功能。
　　 运行参数控制系统（PLC控制系统）主要是对注汽锅炉的运行参数进行控制。PLC包括CPU、输入模块和输出模块。从PLC的设计理论来讲其故障率较低。但是在PLC组成的各类控制系统中，由于复杂的逻辑关系、繁多的控制元件、分散的执行机构和运行设备，一旦其中发生误操作或者外围元件、设备的故障将会造成生产上的损失和安全事故。注汽锅炉运行环境的震动，辐射，粉尘对PLC的长期运行是不利的。尤其在我厂零区，一区，泌浅10区，采用天然气燃烧或油气混烧的锅炉，必须使用点火程序器和PLC相结合的控制系统。注汽锅炉（注汽锅炉是引进的北美湿蒸汽发生器，美国国家电工协会有明确规定此类工业设备的控制系统必须有双重保护控制）一但PLC或点火程序器任何一个出现故障，控制系统的双重保护至少有一道起到保护；否则将造成重大人身伤害或设备损坏事故。
　　 随着科技的发展，DCS控制系统逐步应用范围越来越广，DCS是集计算机技术、控制技术、网络通信技术和图形显示技术于一体的系统，在自动化控制中实现了分散控制、集中监视、操作和管理。
　　 我厂在BQ10注汽站、三区注汽站应用了混合控制系统， 既吸取DCS“管理集中， 控制分散”的设计精髓， 又保留PLC所固有的灵活性及低价位等优点， 适用于离散控制、顺序控制及连续控制的注汽锅炉自动化仪表控制系统，用低成本完成了注汽锅炉自动化仪表控制系统的升级。
　　3 注汽锅炉自动化仪表控制系统的故障基本分析步骤
　　 3.1首先，要透彻地了解相关自动化仪表控制系统的生产过程、工艺流程；了解自动化仪表控制系统的设计方案、结构、特点、性能、控制参数及特殊要求等。无论是学习、了解生产过程、工艺流程；学习掌握自动化仪表控制系统的结构、特点、性能，还是学习掌握运转设备的控制、转换方式及注汽锅炉的热能转换利用等；都应遵循质量守恒和能量转换定律；人们正是掌握利用了此点，从而实现了工业生产的各种自动化控制方式。对生产过程、工艺流程的学习、了解，可概括为“找生产介质的起点，介质进设备，有进必有出，如果出来的不是原介质，那么原介质就在设备中发生了能量转换。”熟练的掌握生产过程、工艺流程是自动化仪表维修人员必备的基本能力。
　　 3.2在分析判断仪表系统故障前，要向现场操作工人了解生产过程的负荷及介质的参数变化情况，了解仪表和设备的控制关系及控制参数范围。当仪表的测控参数出现异常时，首先要判断设备是否出了故障。如果确认为设备正常，在根据故障现象对仪表状态进行分析，判断故障原因。进行综合分析，以确定仪表故障原因所在。
　　 3.3复杂的自动化仪表电气设备电路，应根据其控制关系和原理图，分析确定故障的可能范围，查找故障点。自动化仪表电气设备的电路总是由输入单元、输出单元和控制单元构成，主回路故障一般简单、直观、易于查找，其复杂性主要表现在控制电路上。一个复杂的控制电路又是由若干个基本控制单元或环节组成。它们就像搭积木一样，根据设备的功能、生产工艺和控制要求，通过设计有机地组合在一起完成控制须求。维修时应根据故障现象结合控制关系和原理图，确定故障可能的单元或环节。再根据主回路的接线特征，还可根据辅助连锁点的连锁接线查找相应的电器或单元，在此基础上进一步分析确定故障点。
　　4 注汽锅炉自动化仪表系统的故障分析
　　 自动化仪表控制系统经过一段时间的运行，会产生各种各样的故障，导致设备停止运行影响生产，严重的甚至会造成人身、设备事故。其故障大致可分为两大类：一具有直观外特征性的故障。如火量调节风门不变化，元器件、线圈、接点、触点明显变色、发热、冒烟、散发焦糊味等。这类故障多是机械卡阻，线圈绝缘下降或击穿损坏，接点、触点，松动、虚接，氧化锈蚀，短路或接地造成。二没有外特征的隐性故障。这类故障是检修的难点，也是主要故障，其主要问题在测控线路或仪表元器件本身。如水量、火量无法调节，调校不精确，参数设置不当，接点接触不良或松脱，测控线断路或开路、绝缘破损，元器件更换不当，气动表管路堵塞等原因所致。
　　4.1温度测量仪表的故障分析及解决思路：

　　 温度显示控制仪多应用于监控注汽锅炉的蒸汽温度、炉管温度、烟气温度、喉部温度等重要关键部位。根据温度测量控制仪表的原理、结构、特点分析故障原因：
　　 首先，对二次表进行设置核对及报警点测量和范围进行校验。其次对热电偶、补偿导线进行检查。热电偶、补偿导线因选用的导体材质不同，导体电阻值不同、其测量范围也不相同。在选用、安装、更换热电偶、补偿导线及二次仪表时必须选型一制，否则将出现较大的测量误差，影响锅炉的安全连续运行。
　　 温度仪表系统的指示值突然变到最大或最小，一般为仪表系统故障。因为温度仪表系统测量滞后较大，不会发生突然变化。此时的故障原因多是热电偶、补偿导线断线或变送器放大器失灵造成。
　　4.2压力测量仪表的故障分析及解决思路：
　　 压力测量仪表是注汽锅炉重要的监控仪表。压力仪表指示出现死线，工艺操作变化了压力指示还是不变化，一般故障出现在压力测量系统中，首先检查测量引压导管系统是否有堵的现象，不堵，检查压力变送器输出系统有无变化，有变化，故障出在控制器测量指示系统。
　　4.2流量测量仪表的故障分析及解决思路：
　　 水量测量仪表由节流孔板、平衡阀、差压变送器、信号传送管线、显示仪表组成。当流量变大时，差压也变大，盖片与喷嘴间的距离变小，使放大器的背压增加，输出信号增加。反之，输出信号减小。输出信号通过管线传送到水量表上，在水量显示仪表上显示出水量的数值。
　　 水量控制仪表指示值达到最小时，首先检查现场检测仪表，如果正常，则故障在显示仪表。若是差压变送器的故障，原因有：孔板差压流量计可能是正压引压导管堵；差压变送器正压室漏等。
　　4.3点火程序器的故障分析及解决思路
　　 注汽锅炉的启动、运行、调节、停炉、保护的实现均以点火程序器为操作指挥中心 ,程序控制系统充分考虑到各种必要的联锁 , 避免错误的操作和设备故障造成的事故 ,体现了良好的安全性。点火程序器120S运行时段能够完全检测到注汽锅炉各检测执行部件的工作状况是否正常；是注汽锅炉控制系统故障查巡的一个重要检测点。
　　 故障分析及排除，为了锅炉的安全运行在锅炉点火之前对锅炉进行5分钟的前吹扫，在锅炉停炉后进行15分钟的后吹扫，以排除炉膛中的可燃气体，以免在点火时，发生爆炸。当锅炉前吹扫后点火程序器不走，不工作这时应检查其控制电源情况，看线路是否有无断开或者接触不良。如果正常则可能是点火程序器本身故障，应更换程序器再做试验。若程序器一直进行预吹扫而不走说明是大火开关未闭合，若吹扫结束不点火，说明小火开关未闭合，应将大小火开关调到最佳位置。
　　 当锅炉在正常点炉引燃火期间无引燃火，首先检查引燃回路，引燃压力应大于0.07Mpa,确定引燃气阀是否打开。其次检查点火回路，取下火花塞检查是否打火，观察程序器是否正常并判断其好坏，然后正确安装。检查点火变压器，断开点火变压器，将万用表调到欧姆档，判断电阻是否正常，然后恢复线路。检查火焰监测器，取下火焰监测器，对着打火机火焰，看火焰指示表的指示情况，判断好坏并安装，如果光敏管损坏应及时更换。最后检查引燃枪及风门，判断配风管阀门开度是否合适，若不合适应调节配风，拆下引燃枪检查有无堵塞。
　　 当引燃电磁阀打不开时，这时应检查电磁阀是否带电，线圈是否正常，阀杆、阀座和底座是否粘连。
　　 当正常点炉主油阀打不开时，这时应检查主油阀是否带电，线圈是否正常，电动阀的传动机构是否正常。当雾化电磁阀打不开开时，这时应检查电磁阀是否带电，线圈是否正常，阀杆、阀座和底座是否粘连。当点火过程有引燃火但没有火焰信号时，这时应检查火焰检测器接线、电压是否正常，光敏管是否完好，微安表接线是否正常。当锅炉点着后不能调火或调水时，这时应检查调火开关、气源压力是否正常，调火、调水定值器、偏值器有无输出，调火、调水电磁阀是否带电，线圈是否正常。当点火正常后几秒钟熄火报警停炉时，这时应检查燃油系统的油压、燃油含水、雾化空气压力。
　　5总结
　　 随着注汽锅炉元器件的日益老化，使日常的维护、检修难度加大；同时增加了注汽锅炉的运行成本。因此，自动化仪表控制系统的平稳运行, 是提高系统的安全性、可靠性，提高注汽锅炉的运行效率及注汽干度质量的重要保障；同时也是降低设备故障停机率，降低工人劳动强度，延长设备使用寿命的重要保障；也为稠油增产、节能降耗打下了基础。

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