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现场仪表常见的故障及处理

发布时间:2016-11-21 13:46   类型:应用案例   人浏览



温度仪表 压力仪表 流量仪表 液位仪表 现场控制 自立式调节阀 气动调节阀

一、现场测量仪表,一般分为温度、压力、流量、液位四类。

温度仪表系统常见故障分析


(1)温度突然增大:此故障多为热电阻(热电偶)断路、接线端子松动、(补偿)导线断、温度失灵等原因引起,这时需要了解该温度所处的位置及接线布局,用万用表的电阻(毫伏)档在不同的位置分别测量几组数据就能很快找出原因。

(2)温度突然减小:此故障多为热电偶或热电阻短路、导线短路及温度失灵引起。要从接线口、导线拐弯处等容易出故障的薄弱点入手,一一排查。现场温度升高,而总控指示不变,多为测量元件处有沸点较低的液体(水)所致。

(3)温度出现大幅度波动或快速震荡:此时应主要检查工艺操作情况(参与调节的检查调节系统)。


压力仪表系统常见故障及分析


(1)压力突然变小、变大或指示曲线无变化:此时应检查变送器引压系统,检查根部阀是否堵塞、引压管是否畅通、引压管内部是否有异常介质、排污丝堵及排污阀是否泄漏等。冬季介质冻也是常见现象。变送器本身故障可能性很小。

(2)压力波动大:这种情况首先要与工艺人员结合,一般是由操作不当造成的。参与调节的参数要主要检查调节系统。


流量仪表系统常见故障及分析


(1)流量指示值最小:一般由以下原因造成:检测元件损坏(零点太低。;显示有问题;线路短路或断路;正压室堵或漏;系统压力低;参与调节的参数还要检查调节器、调节阀及电磁阀。

(2)流量指示最大:主要原因是负压室引压系统堵或漏。变送器需要调校的可能不大。

(3)流量波动大:流量参数不参与调节的,一般为工艺原因;参与调节的,可检查调节器的PID参数;带隔离罐的参数,检查引压管内是否有气泡,正负压引压管内液体是否一样高。


液位仪表系统常见故障及分析


(1)液位突然变大:主要检查变送器负压室引压系统是否堵、泄漏、集气、缺液等。灌液的具体方法是:按照停表顺序先停表;关闭正负压根部阀;打开正负压排污阀泄压;打开双室平衡容器灌液丝堵;打开正负压室排污丝堵;此时液位指示最大。关闭排污阀;关闭正负压室排污丝堵;用相同介质缓慢灌入双室平衡容器中,此时微开排污丝堵排气;直至灌满为止,此时打开正压室丝堵,变送器指示应回零位。然后按照投表顺序投用变送器。

(2)液位突然变小:主要检查正压室引压系统是否堵、漏、集气、缺液、平衡阀是否关死等。检查引压系统是否畅通的具体方法是停变送器,开排污阀,检查排污情况(不能外泄的介质除外)。

(3)总控室指示与现场液位不相符:首先判断是不是现场液位计故障,此时可以人为增大或降低液位,根据现场和总控指示情况具体分析问题原因(现场液位计根部阀关闭、堵塞、外漏易引起现场指示不准)。可以通过检查零点、量程、灌液来恢复液位正常。如果仍不正常,可通知工艺人员现场监护拆回变送器打压调校。

(4)液位波动频繁:首先和工艺人员结合检查进料、出料情况,确定工艺状况正常后,可通过调整PID参数来稳定。具体方法是:调节阀投手动状态,先调整设定值与测量值一致,使液位波动平稳下来,再慢慢调整调节阀开度,使液位缓慢上升或下降,达到工艺要求,再调整设定值与测量值一致,待参数稳定后调节阀投自动。

总之,一旦发现仪表参数有些异常,首先与工艺人员结合,从工艺操作系统和现场仪表系统两方面入手,综合考虑,认真分析,特别要考虑被测参数和控制阀之间的关联,将故障分步分段判定,也就很容易找出问题所在,对症下药解决问题。


二、现场控制仪表主要是阀类

阀类安作用和用途可分为以下几种


1、排气阀:排除管道中多余的气体,提高管道使用效率及降低能耗。

2、分流阀:分配、分离或混合管道中的介质。

3、安全阀:防止管道或装置中的介质压力超过规定数值,从而达到安全保护的目的。

4、止回阀:防止管道中介质倒流。

5、截断阀:接通或截断管道中的介质流通。

6、调节阀:调节介质的压力、流量等参数。

现在主要介绍一下自立式调节阀和气动调节阀。


自力式压力调节阀


1、自力式压力调节阀工作原理(阀后压力控制)

工作介质的阀前压力P1经过阀芯、阀座后的节流后,变为阀后压力P2。P2经过控制管线输入到执行器的下膜室内作用在顶盘上,产生的作用力与弹簧的反作用力相平衡,决定了阀芯、阀座的相对位置,控制阀后压力。当阀后压力P2增加时,P2作用在顶盘上的作用力也随之增加。此时,顶盘的作用力大于弹簧的反作用力,使阀芯关向阀座的位置,直到顶盘的作用力与弹簧的反作用力相平衡为止。这时,阀芯与阀座的流通面积减少,流阻变大,从而使P2降为设定值。同理,当阀后压力P2降低时,作用方向与上述相反,这就是自力式(阀后)压力调节阀的工作原理。

2、自力式压力调节阀工作原理(阀前压力控制)

工作介质的阀前压力P1经过阀芯、阀座后的节流后,变为阀后压力P2。同时P1经过控制管线输入到执行器的上膜室内作用在顶盘上,产生的作用力与弹簧的反作用力相平衡,决定了阀芯、阀座的相对位置,控制阀前压力。当阀前压力P1增加时,P1作用在顶盘上的作用力也随之增加。此时,顶盘的作用力大于弹簧的反作用力,使阀芯向离开阀座的方向移动,直到顶盘的作用力与弹簧的反作用力相平衡为止。这时,阀芯与阀座的流通面积减大,流阻变小,从而使P1降为设定值。同理,当阀前压力P1降低时,作用方向与上述相反,这就是自力式(阀前)压力调节阀的工作原理。

3、自力式流量调节阀工作原理

被控介质输入阀后,阀前压力P1通过控制管线输入下膜室,经节流阀节流后的压力Ps输入上膜室,P1与Ps的差即△Ps=P1-Ps 称为有效压力。P1作用在膜片上产生的推力与Ps作用在膜片上产生的推力差与弹簧反力相平衡确定了阀芯与阀座的相对位置,从而确定了流经阀的流量。当流经阀的流量增加时,即△Ps增加,结果P1、Ps分别作用在下、上膜室,使阀芯向阀座方向移动,从而改变了阀芯与阀座之间的流通面积,使Ps增加,增加后的Ps作用在膜片上的推力加上弹簧反力与P1作用在膜片上的推力在新的位置产生平衡达到控制流量的目的。反之,同理。


二 气动调节阀


气动调节阀就是以压缩空气为动力源,以气缸为执行器,并借助于电气阀门定位器、转换器、电磁阀、限位阀等附件去驱动阀门,实现开关量或比例式调节,接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的:流量、压力、温度及液位等各种工艺参数。

1、气动调节阀的分类

气动调节阀动作分气开型和气关型两种。气开型(Air to Open) 是当膜头上空气压力增加时,阀门向增加开度方向动作,当达到输入气压上限时,阀门处于全开状态。反过来,当空气压力减小时,阀门向关闭方向动作,在没有输入空气时,阀门全闭。故有时气开型阀门又称故障关闭型(Fail to Close FC)。气关型(Air to Close)动作方向正好与气开型相反。当空气压力增加时,阀门向关闭方向动作;空气压力减小或没有时,阀门向开启方向或全开为止。故有时又称为故障开启型(Fail to Open FO)。气动调节阀的气开或气关,通常是通过执行机构的正反作用和阀态结构的不同组装方式实现。

2、常见的几个专业术语

调节阀有执行机构和阀体部件两部分组成。调节阀一般采用气动薄膜执行机构,其作用方式有正,反两种。信号压力增大时,推干下移的为正作用执行机构,信号压力增大时,推干上移的为反作用执行机构。阀体部件分为正,反装两种。阀杆下移时,阀芯与阀座流通面积减少的为正装式,反之为反装式。调节阀的作用方式分为气开和气关两种,气开、气关是由执行机构的正、反作用和阀体部件的正反装组合而成。

温度仪表 压力仪表 流量仪表 液位仪表 现场控制 自立式调节阀 气动调节阀


而调节阀的气开还是气关是多方面综合考虑的首先是以工艺安全为主考虑,在确定了气关还是气开后,再确定执行机构的作用,最后再确定阀体的正反装组合方式正如上所述。

正作用执行机构是指当膜片上气体压力的增加时,执行机构推杆朝向阀体运动;反作用执行机构是指当膜片上气体压力增加时,执行机构推杆远离阀体运动;和气开(air to open),气闭(air to close)型阀门完全是不同的两个概念。正作用执行机构和正装(反装)的阀门得到气关(气开);反之,反作用执行机构和反装(正装)的阀门可以得到气关(气开)。

定位器的正反作用与你所选购的调节阀的气开和气关是对应的。也就是说为了实现整个阀自身的负反馈而设置的。调节器的正反作用是用来对整个控制回路的负反馈而设置的,当调节器投自动的时候,才能具体体现出调节器正反作用的作用。

阀门定位器的正反作用是根据调节阀的气开气关确定的,调节器的正反作用是根据控制回路各环节的特性确定的,要保证控制回路满足控制要求。例如实现负反馈控制,在自动控制系统中,被调参数由于受到干扰的影响,常常偏离设定值,即被调参数产生了偏差:

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对于调节器来说,按照统一的规定,如果测量值增加,调节器输出增加,调节器放大系数Kc为负,则该调节器称为正作用调节器;测量值增加,调节器输出减小,Kc为正则该调节器称为反作用调节器。

3、气动调节阀的选择

任何一个控制系统在投运前,必须正确选择调节器的正反作用,使控制作用的方向正确,否则,在闭合回路中进行的不是负反馈而是正反馈,它将不断增大偏差,最终必将把被控变量引导到最高或最低的极限值上。

在一个单回路控制系统中,只要调节器的放大系数Kc、调节阀的放大系数Kv、被控对象的放大系数Ko的乘积为正,就能实现负反馈控制。调节器、调节阀和对象放大系数正负号规定如下:

(1) 调节器放大系数的正负号;对于调节器来说,按照统一的规定,测量值增加,输出增加,调节器放大系数Kc为负,称之为正作用。测量值增加,输出减小,Kc为正,称之为反作用。

(2)调节阀的放大系数的正负号;调节阀的放大系数Kv定义为气开阀Kv为正,气关阀Kv为负。

(3) 对象放大系数的正负号;对象的放大系数Ko定义为:如操纵变量增加,被控变量也增加,Ko为正;操纵变量增加,被控变量减少,Ko为负。由此可知,单回路控制系统调节器正反作用的确定方法如下:首先确定对象放大系数Ko的正负号,然后根据调节阀选型为气开或气关确定调节阀放大系数Kv的正负号,最终由Kc、Kv、Ko乘积应为正,即可确定调节器的作用方式。

总之,气开气关的选择是根据工艺生产的安全角度出发来考虑。当气源切断时,调节阀是处于关闭位置安全还是开启位置安全?举例来说,一个加热炉的燃烧控制,调节阀安装在燃料气管道上,根据炉膛的温度或被加热物料在加热炉出口的温度来控制燃料的供应。这时,宜选用气开阀更安全些,因为一旦气源停止供给,阀门处于关闭比阀门处于全开更合适。如果气源中断,燃料阀全开,会使加热过量发生危险。又如一个用冷却水冷却的的换热设备,热物料在换热器内与冷却水进行热交换被冷却,调节阀安装在冷却水管上,用换热后的物料温度来控制冷却水量,在气源中断时,调节阀应处于开启位置更安全些,宜选用气关式(即FO)调节阀。

4、气动调节阀的维修

气动调节阀对保证工艺装置的正常运行和安全生产有着十分重要的意义。因此加强气动调节阀的维修是必要的。

A、检修时的重点检查部位

a.检查阀体内壁:在高压差和有腐蚀性介质的场合,阀体内壁、隔膜阀的隔膜经常受到介质的冲击和腐蚀,必须重点检查耐压耐腐情况;

b.检查阀座:因工作时介质渗入,固定阀座用的螺纹内表面易受腐蚀而使阀座松弛;

c.检查阀芯:阀芯是调节阀的可动部件之一,受介质的冲蚀较为严重,检修时要认真检查阀芯各部是否被腐蚀、磨损,特别是在高压差的情况下,阀芯的磨损因空化引起的汽蚀现象更为严重。损坏严重的阀芯应予更换;检查密封填料。

B、气动调节阀的日常维护

当调节阀采用石墨一石棉为填料时,大约三个月应在填料上添加一次润滑油,以保证调节阀灵活好用。如发现填料压帽压得很低,则应补充填料,如发现聚四氟乙燥填料硬化,则应及时更换;应在巡回检查中注意调节阀的运行情况,检查阀位指示器和调节器输出是否吻合;对有定位器的调节阀要经常检查气源,发现问题及时处理;应经常保持调节阀的卫生以及各部件完整好用。


三 常见故障及产生的原因


(一)调节阀不动作的故障及原因

1.无信号、无气源。

原因:

①气源未开;

②气源脏,导致气源管堵塞或过滤器、减压阀堵塞(特别注意冬天气源带水结冰);

③压缩机故障使气源压力低;

④气源总管泄漏。

2.有气源,无信号。

原因:

①调节器故障,②气源管泄漏;③阀门定位器漏气;④调节阀膜片损坏。

3.定位器无气源。

原因:

①过滤器堵塞;②减压阀故障;③管道泄漏或堵塞。

4.定位器有气源无输出。

原因:

①定位器的节流孔堵塞;②放大器失灵;③喷嘴堵。

5.有信号、无动作。

原因:

①阀芯脱落,②阀芯卡死;③阀杆弯曲;④执行机构弹簧断。

(二)调节阀的动作不稳定的故障及原因

1.气源压力不稳定。

原因:

①气源总管泄漏;②减压阀故障。

2.信号压力不稳定。

原因:

①控制系统的时间常数(T=RC)不适当;②调节器输出不稳定。

3.气源压力稳定,信号压力也稳定,但调节阀的动作仍不稳定。

原因:

①定位器中放大器的球阀受脏物磨损关不严,耗气量特别增大时会产生输出震荡;

②定位器中放大器的喷咀挡板不平行,挡板盖不住喷咀;

③输出管、线漏气;④执行机构刚性太小。

(三)调节阀振动的故障及原因

1.调节阀在任何开度下都振动。

原因:

①支撑不稳;②附近有振动源;③阀芯与衬套磨损严重。

2.调节阀在接近全闭位置时振动。

原因:

①调节阀选大了,常在小开度下使用;②单座阀介质流向与关闭方向相反。

(四)调节阀的动作迟钝的故障及原因

1.阀杆仅在单方向动作时迟钝。

原因:

①气动薄膜执行机构中膜片泄漏;②执行机构中“O”型密封泄漏。

2.阀杆在往复动作时均有迟钝现象。

原因:

①阀体内有粘物堵塞;②填料有问题,压得太紧或需要更换。

(五)调节阀已关到位但泄漏量大的故障及原因

1.阀全关时泄漏量大。

原因:

①阀芯被磨损,内漏严重,②阀未调好关不严。

2.阀达不到全闭位置。

原因:

①介质压差太大,执行机构刚性小,阀关不严;②阀内有异物;③衬套烧结。

(六)流量可调范围变小

主要原因是阀芯被腐蚀变小,从而使可调的最小流量变大。


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