石油化工裝置中溫度檢測(cè)儀表及控制系統(tǒng)的故障診斷處理

石油化工裝置中儀表及控制系統(tǒng)暴露出來的各種故障原因包括：儀表設(shè)備或控制系統(tǒng)自身因素；工藝設(shè)備故障或工藝操作失誤等。上海自動(dòng)化儀表有限公司重點(diǎn)闡述了鎧裝熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線錯(cuò)誤、接觸不良、熱電偶套管內(nèi)積水、熱電偶沒有插到套管的底部、變送器零位不準(zhǔn)等對(duì)溫度測(cè)量的影響；探討了裂解爐爐前燃料氣壓力指示值偏高、同一管道截面上的熱電偶和雙金屬溫度計(jì)指示值不相等、高壓蒸汽經(jīng)減溫減壓后中壓蒸汽溫度控制達(dá)不到設(shè)定值導(dǎo)致裂解爐多組爐管出口溫度不一致的現(xiàn)象；分析了產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因，并給出了相應(yīng)的解決方案。

筆者依據(jù)儀表設(shè)備和控制系統(tǒng)管理、維護(hù)保養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)，以各種現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備和控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障為案例，運(yùn)用儀表工作原理、自動(dòng)控制原理、工藝過程知識(shí)等，分析了故障產(chǎn)生的原因、處理辦法以及預(yù)防措施。

本文重點(diǎn)以鎧裝熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線錯(cuò)誤、熱電偶接觸不良、熱電偶套管內(nèi)積水、熱電偶沒有插到套管的底部、變送器零位不準(zhǔn)等對(duì)溫度測(cè)量的影響，探討溫度測(cè)量中常見的故障，并給出了相應(yīng)的解決方案。

１　鎧裝熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線對(duì)溫度測(cè)量的影響

１．１　故障現(xiàn)象

裂解爐Ｆ１０１烘爐期間，爐膛溫度ＴＩＫ－１０１－１７臨時(shí)由數(shù)字溫度計(jì)檢測(cè)，該點(diǎn)溫度計(jì)顯示值為５５０℃，而現(xiàn)場(chǎng)熱電偶實(shí)際測(cè)得的該點(diǎn)溫度已達(dá)６６０℃，但其他各點(diǎn)溫度顯示均正常，從而影響了烘爐操作。

１．２　現(xiàn)象分析

因裂解爐烘爐需要，臨時(shí)將爐膛內(nèi)３處的溫度接入操作臺(tái)上的數(shù)字溫度計(jì)，接線端子編號(hào)如圖１所示。對(duì)流段上部溫度ＴＩＫ－１０１－１７連接到操作臺(tái)Ｚ２０端子排的端子１９和２０；對(duì)流段中部溫度ＴＩＫ－１０１－１８連接到操作臺(tái)Ｚ２０端子排的端子２１和２２；預(yù)熱段溫度ＴＩＫ－１０１－１９連接到操作臺(tái)Ｚ２０端子排的端子２３和２４。

故障出現(xiàn)后，檢查發(fā)現(xiàn)數(shù)字溫度計(jì)與操作臺(tái)接線端子的連線中有２根導(dǎo)線接錯(cuò)，原應(yīng)接到Ｚ２０端子１９的線錯(cuò)接至端子２３上，從而溫度計(jì)在顯示ＴＩＫ－１０１－１７溫度時(shí)，實(shí)際收到的熱電偶電勢(shì)則來自ＴＩＫ－１０１－１７的負(fù)線端子２０和ＴＩＫ－１０１－１９的正線端子２３。由于鎧裝熱電偶（接地型）的熱點(diǎn)與套管接觸，而套管又與設(shè)備相通，即３支熱電偶的熱點(diǎn)本質(zhì)上是相互連通的。１．３　處理方法該故障在烘爐之前不易發(fā)現(xiàn)，因?yàn)椋滁c(diǎn)溫度均與環(huán)境溫度相同，產(chǎn)生的熱電勢(shì)大小也一樣；只有當(dāng)３點(diǎn)溫度不相同時(shí)，該故障才會(huì)暴露出來。因此，將錯(cuò)接的２根導(dǎo)線改正過來，溫度即恢復(fù)正常。

２　補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反對(duì)溫度指示的影響

２．１　故障現(xiàn)象

Ｃ４０２壓縮機(jī)的排氣溫度ＴＩＫ－２５４－０２Ｅ指示在０℃以下。

２．２　現(xiàn)象分析

經(jīng)檢查，現(xiàn)場(chǎng)熱電偶接線端子處２根補(bǔ)償導(dǎo)線正、負(fù)極性接反，導(dǎo)致溫度顯示儀表接收到負(fù)電勢(shì)，從而造成二次儀表指示顯示負(fù)溫度。

２．３　處理方法

將２根溫度補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極性換回來后，溫度指示即恢復(fù)正常。

３　補(bǔ)償導(dǎo)線設(shè)置錯(cuò)誤對(duì)溫度指示的影響

３．１　故障現(xiàn)象

溫度顯示表ＴＩＣ２２０的指示溫度數(shù)偏低，但現(xiàn)場(chǎng)熱電偶接線端子處測(cè)得的熱電勢(shì)與實(shí)際溫度相對(duì)應(yīng)，說明溫度顯示儀表無故障。

３．２　現(xiàn)象分析

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，因熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極性設(shè)置錯(cuò)誤，從而造成接線錯(cuò)誤。通過該案例，分析熱電偶正、負(fù)２根補(bǔ)償導(dǎo)線接錯(cuò)后，造成溫度測(cè)量誤差的原因。

３．２．１　補(bǔ)償導(dǎo)線接法正確時(shí)的回路電勢(shì)情況

圖２為熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接法正確時(shí)的回路電勢(shì)情況，Ｔ熱，Ｔ自，Ｔ室分別為熱電偶的熱點(diǎn)溫度、自由端溫度、室內(nèi)溫度顯示儀表接線端的溫度，并假定在夏天時(shí)Ｔ熱＞Ｔ自＞Ｔ室。１）ＥＡＢ為熱電偶ＡＢ的熱點(diǎn)和自由點(diǎn)之間的溫差熱電勢(shì)；因?yàn)椋詿幔荆宰?，所以ＥＡＢ電?shì)值為正，電勢(shì)方向

。

２）ＥＡ′Ｂ′為２根溫度補(bǔ)償導(dǎo)線Ａ′Ｂ′在室內(nèi)接線端子上通過電阻連接的等效熱電偶的電勢(shì)，是室外自由點(diǎn)與室內(nèi)等效熱點(diǎn)之間的溫差熱電勢(shì)；因?yàn)椋宰裕荆允遥裕牛痢洌隆潆妱?shì)值為負(fù)。

３）設(shè)回路方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，熱電勢(shì)方向與回路方向同向時(shí)為正電勢(shì)，反向時(shí)為負(fù)電勢(shì)。因此，回路電勢(shì)ＥＡＢ（正確接法）等于熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)ＥＡＢ與補(bǔ)償導(dǎo)線等效熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)ＥＡ′Ｂ′之和，即：ＥＡＢ（正確接法）＝ＥＡＢ＋ＥＡ′Ｂ′（１）由于熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極性設(shè)置錯(cuò)誤，實(shí)際上補(bǔ)償導(dǎo)線在室內(nèi)接線端子上是斷開的，因此ＥＡＢ（正確接法）即溫度顯示儀表的輸入電勢(shì)。

在熱電偶套管進(jìn)水后，根據(jù)工藝介質(zhì)溫度不同，對(duì)溫度測(cè)量的影響也有所不同：

１）如果工藝介質(zhì)溫度大于１００℃，則套管內(nèi)的水分會(huì)沸騰蒸發(fā)，由于水的散熱作用，使套管內(nèi)壁溫度低于外壁溫度，會(huì)造成溫度指示值偏低。

２）如果工藝介質(zhì)溫度小于１００℃時(shí)，套管內(nèi)水不會(huì)沸騰蒸發(fā)，散熱作用不大，對(duì)溫度測(cè)量影響也不大，只是增加了它的熱慣性。

３）當(dāng)工藝介質(zhì)溫度小于０℃時(shí)，套管內(nèi)的水結(jié)冰，對(duì)溫度測(cè)量也不會(huì)有影響。但必須注意，由于冷系統(tǒng)的介質(zhì)溫度低于０℃，空氣中的水分可能在套管內(nèi)結(jié)露并形成冰塊，雖然對(duì)溫度測(cè)量影響不大，但在維修過程中，不要把熱電偶隨便拔出來，因?yàn)樘坠軆?nèi)結(jié)有冰塊，一旦熱電偶拔出后，要再重新裝入到原來位置將比較困難；接地型熱電偶安裝時(shí)，必須將熱電偶頂部與套管內(nèi)底部壓緊，如插在冰塊表面，就會(huì)造成溫度測(cè)量不準(zhǔn)。

６　熱電偶沒有插到套管的底部對(duì)溫度測(cè)量的影響

６．１　故障現(xiàn)象

裂解爐管出口溫度ＴＩＣ－１０２－０２指示偏低，改變?nèi)剂狭繒r(shí)，溫度變化滯鈍，同時(shí)變化也不明顯。

６．２　現(xiàn)象分析

經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)熱電偶沒有插入到套管的底部，造成熱電偶頂端與套管底部之間有一段空隙。由于空氣的熱阻大，傳熱性能差，加上熱電偶本身具有傳熱、散熱作用，因此造成熱電偶頂端（熱點(diǎn)）溫度總要比套管底部的溫度（介質(zhì)溫度）低些，造成了溫度指示值偏低。如果改變?nèi)剂狭?，裂解氣?shí)際溫度發(fā)生改變，但由于套管內(nèi)空氣的熱惰性大，因此溫度變化顯得滯鈍。

６．３　處理方法

把熱電偶插入套管與套管底部可靠壓緊，溫度指示即恢復(fù)正常。需要引起注意的事項(xiàng)包括：熱電偶安裝時(shí)必須注意插入深度，讓熱電偶的頂端與套管底部可靠壓緊接觸；在擰緊螺紋時(shí)感到略有阻力，有使熱電偶略微彎曲的感覺。套管內(nèi)不能有雜物進(jìn)入，否則熱電偶頂端無法與套管底部直接接觸，同時(shí)由于雜物的傳熱性能差，也會(huì)造成溫度測(cè)量誤差。

７　變送器零位不準(zhǔn)對(duì)出口溫度控制的影響

７．１　故障現(xiàn)象

裂解爐Ｆ１０６的２組爐管出口溫度均處于自控的情況下，發(fā)現(xiàn)２組爐管出口溫度指示值相等，但第２組燃料氣控制閥的開度要比第１組燃料氣控制閥的開度大一些。非常初懷疑熱電偶有問題，但調(diào)換新的熱電偶后，情況仍未改善。

７．２　現(xiàn)場(chǎng)分析

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)第２組爐管的原料乙烷氣進(jìn)料流量變送器的零位偏低，由于進(jìn)料流量是定流量控制，且流量表顯示２組流量的指示值相等，都控制在相同的設(shè)定值上，而實(shí)際上第２組爐管內(nèi)的物料流量要比第１組的大，此時(shí)反映在第２組進(jìn)料流量控制閥的開度相應(yīng)也大些。由于流量調(diào)節(jié)器的輸出指示與流量控制閥實(shí)際開度指示之間有較大誤差，因此從閥門開度上較難發(fā)現(xiàn)它們的差別。此外，如果稀釋蒸汽流量變送器的零位出現(xiàn)偏差，也會(huì)影響爐管出口溫度的控制。

７．３　處理方法

校正第２組原料進(jìn)料流量變送器的零位后，發(fā)現(xiàn)流量指示值升高。經(jīng)校正后，溫度控制恢復(fù)正常。

８　熱電偶位置插錯(cuò)對(duì)操作的影響

８．１　故障現(xiàn)象

操作人員發(fā)現(xiàn)裂解爐Ｆ１０１的第３組爐管出口溫度比其他幾組的爐管出口溫度偏低６０℃，操作人員稍增大對(duì)應(yīng)第３組燃料氣控制閥的開度，但溫度變化不明顯、調(diào)節(jié)不靈敏。

８．２　現(xiàn)象分析

在裂解爐機(jī)械清焦或裂解爐爐管出口溫度熱電偶需要標(biāo)定時(shí)，都要把４組爐管出口熱電偶連同補(bǔ)償導(dǎo)線一同拆下來。由于熱電偶安裝位置比較接近，在重新安裝時(shí)很容易將相鄰２組熱電偶插錯(cuò)，或接線位號(hào)搞錯(cuò)。平時(shí)在裂解爐升溫操作中，操作員通過遙控燃料氣控制閥開度，使４組爐管出口溫度達(dá)到預(yù)定控制值。由于相鄰２組裂解爐管之間的溫度關(guān)聯(lián)影響較大，當(dāng)改變其中１組燃料氣控制閥開度時(shí)，對(duì)相鄰爐管的溫度有影響。因此相鄰２組爐管出口溫度熱電偶調(diào)錯(cuò)后，如溫度偏差較小，一般不容易被發(fā)現(xiàn)。但當(dāng)某組爐管出口溫度顯著偏低，而增加對(duì)應(yīng)燃料氣控制閥的開度對(duì)該組溫度的提升無效時(shí)，才開始懷疑熱電偶位置是否調(diào)錯(cuò)。

１ ）熱電偶沒有插到保護(hù)套管的底部，造成熱電偶頂端（熱端）與套管底部有一個(gè)空隙，由于空氣的導(dǎo)熱性能較差，熱電偶本身具有散熱作用，因此熱電偶熱端的溫度總要比爐管內(nèi)裂解氣的實(shí)際溫度低，從而造成溫度指示值偏低。

２ ）熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的壓接端子發(fā)生松動(dòng)，或中間接線箱內(nèi)端子接觸不良，這些都會(huì)造成熱電勢(shì)信號(hào)源內(nèi)阻增大導(dǎo)致的熱電勢(shì)損失，從而使溫度指示值偏低。

　?。?）熱電偶長期在高溫條件下工作，它的熱電性能會(huì)發(fā)生變化，因此熱電偶應(yīng)在４～５個(gè)月調(diào)換一次。

４ ）蒸汽冷凝液有可能進(jìn)入流量計(jì)的導(dǎo)壓管內(nèi)，造成２根導(dǎo)壓管內(nèi)的介質(zhì)液柱壓差不等，產(chǎn)生附加零點(diǎn)誤差。因此流量計(jì)導(dǎo)壓管必須仔細(xì)排污，將蒸汽冷凝水排放干凈。

１８． ２． ２　 工藝方面的因素

工藝方面造成多組爐管出口溫度不一致的原因包括：

１ ）裂解爐在運(yùn)行一段時(shí)間后，爐管內(nèi)壁上會(huì)產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象，所以需要定期燒焦和機(jī)械清焦。如果工藝上燒焦不充分，某組爐管內(nèi)壁上的結(jié)焦未清除干凈，或爐管出口溫度熱電偶套管上結(jié)焦未燒盡，將造成爐壁傳熱效果變差，使該組爐管內(nèi)裂解氣溫度偏低，或因熱電偶套管結(jié)焦，傳熱性能降低，使測(cè)量溫度偏低。

２ ）裂解爐的燃燒器火嘴發(fā)生堵塞或不暢通，減少了該組火嘴的燃燒量，使?fàn)t管溫度降低。為使?fàn)t管溫度達(dá)到頂定值，必須增加對(duì)應(yīng)燃料氣控制閥的開度，以增大通過火嘴的燃料氣量。

３ ）在工藝調(diào)換火嘴時(shí)，會(huì)暫時(shí)引起爐膛內(nèi)溫度分布不均勻，從而造成各組爐管出口溫度指示不相等的情況發(fā)生。

１９　 結(jié)束語

石油化工裝置中儀表及控制系統(tǒng)暴露出來的各種故障與儀表設(shè)備或控制系統(tǒng)自身因素、工藝設(shè)備故障或工藝操作失誤等有關(guān)。上海自動(dòng)化儀表有限公司通過實(shí)際案例，探討了鎧裝熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線錯(cuò)誤、接觸不良、熱電偶套管內(nèi)積水、熱電偶沒有插到套管的底部、變送器零位不準(zhǔn)等對(duì)溫度測(cè)量的影響，并給出了相應(yīng)的解決方案。