石油化工裝置中溫度檢測儀表及控制系統(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：儀表設備或控制系統(tǒng)自身因素；工藝設備故障或工藝操作失誤等。上海自動化儀表有限公司重點闡述了鎧裝熱電偶補償導線接線錯誤、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、變送器零位不準等對溫度測量的影響；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不到設定值導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，并給出了相應的解決方案。

筆者依據(jù)儀表設備和控制系統(tǒng)管理、維護保養(yǎng)的經(jīng)驗，以各種現(xiàn)場儀表設備和控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障為案例，運用儀表工作原理、自動控制原理、工藝過程知識等，分析了故障產(chǎn)生的原因、處理辦法以及預防措施。

本文重點以鎧裝熱電偶補償導線接線錯誤、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、變送器零位不準等對溫度測量的影響，探討溫度測量中常見的故障，并給出了相應的解決方案。

１　鎧裝熱電偶補償導線對溫度測量的影響

１．１　故障現(xiàn)象

裂解爐Ｆ１０１烘爐期間，爐膛溫度ＴＩＫ－１０１－１７臨時由數(shù)字溫度計檢測，該點溫度計顯示值為５５０℃，而現(xiàn)場熱電偶實際測得的該點溫度已達６６０℃，但其他各點溫度顯示均正常，從而影響了烘爐操作。

１．２　現(xiàn)象分析

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

故障出現(xiàn)后，檢查發(fā)現(xiàn)數(shù)字溫度計與操作臺接線端子的連線中有２根導線接錯，原應接到Ｚ２０端子１９的線錯接至端子２３上，從而溫度計在顯示ＴＩＫ－１０１－１７溫度時，實際收到的熱電偶電勢則來自ＴＩＫ－１０１－１７的負線端子２０和ＴＩＫ－１０１－１９的正線端子２３。由于鎧裝熱電偶（接地型）的熱點與套管接觸，而套管又與設備相通，即３支熱電偶的熱點本質(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)，因為３點溫度均與環(huán)境溫度相同，產(chǎn)生的熱電勢大小也一樣；只有當３點溫度不相同時，該故障才會暴露出來。因此，將錯接的２根導線改正過來，溫度即恢復正常。

２　補償導線極性接反對溫度指示的影響

２．１　故障現(xiàn)象

Ｃ４０２壓縮機的排氣溫度ＴＩＫ－２５４－０２Ｅ指示在０℃以下。

２．２　現(xiàn)象分析

經(jīng)檢查，現(xiàn)場熱電偶接線端子處２根補償導線正、負極性接反，導致溫度顯示儀表接收到負電勢，從而造成二次儀表指示顯示負溫度。

２．３　處理方法

將２根溫度補償導線的正、負極性換回來后，溫度指示即恢復正常。

３　補償導線設置錯誤對溫度指示的影響

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)場熱電偶接線端子處測得的熱電勢與實際溫度相對應，說明溫度顯示儀表無故障。

３．２　現(xiàn)象分析

進一步檢查發(fā)現(xiàn)，因熱電偶補償導線的正、負極性設置錯誤，從而造成接線錯誤。通過該案例，分析熱電偶正、負２根補償導線接錯后，造成溫度測量誤差的原因。

３．２．１　補償導線接法正確時的回路電勢情況

圖２為熱電偶補償導線接法正確時的回路電勢情況，Ｔ熱，Ｔ自，Ｔ室分別為熱電偶的熱點溫度、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Ｔ熱＞Ｔ自＞Ｔ室。１）ＥＡＢ為熱電偶ＡＢ的熱點和自由點之間的溫差熱電勢；因為Ｔ熱＞Ｔ自，所以ＥＡＢ電勢值為正，電勢方向

。

２）ＥＡ′Ｂ′為２根溫度補償導線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，是室外自由點與室內(nèi)等效熱點之間的溫差熱電勢；因為Ｔ自＞Ｔ室，所以ＥＡ′Ｂ′電勢值為負。

３）設回路方向為逆時針方向，熱電勢方向與回路方向同向時為正電勢，反向時為負電勢。因此，回路電勢ＥＡＢ（正確接法）等于熱電偶產(chǎn)生的熱電勢ＥＡＢ與補償導線等效熱電偶產(chǎn)生的熱電勢ＥＡ′Ｂ′之和，即：ＥＡＢ（正確接法）＝ＥＡＢ＋ＥＡ′Ｂ′（１）由于熱電偶補償導線的正、負極性設置錯誤，實際上補償導線在室內(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。

在熱電偶套管進水后，根據(jù)工藝介質(zhì)溫度不同，對溫度測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，會造成溫度指示值偏低。

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

３）當工藝介質(zhì)溫度小于０℃時，套管內(nèi)的水結冰，對溫度測量也不會有影響。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)結露并形成冰塊，雖然對溫度測量影響不大，但在維修過程中，不要把熱電偶隨便拔出來，因為套管內(nèi)結有冰塊，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，必須將熱電偶頂部與套管內(nèi)底部壓緊，如插在冰塊表面，就會造成溫度測量不準。

６　熱電偶沒有插到套管的底部對溫度測量的影響

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，溫度變化滯鈍，同時變化也不明顯。

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）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?，裂解氣實際溫度發(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，溫度指示即恢復正常。需要引起注意的事項包括：熱電偶安裝時必須注意插入深度，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)不能有雜物進入，否則熱電偶頂端無法與套管底部直接接觸，同時由于雜物的傳熱性能差，也會造成溫度測量誤差。

７　變送器零位不準對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)場分析

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)第２組爐管的原料乙烷氣進料流量變送器的零位偏低，由于進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，都控制在相同的設定值上，而實際上第２組爐管內(nèi)的物料流量要比第１組的大，此時反映在第２組進料流量控制閥的開度相應也大些。由于流量調(diào)節(jié)器的輸出指示與流量控制閥實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，溫度控制恢復正常。

８　熱電偶位置插錯對操作的影響

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℃，操作人員稍增大對應第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

在裂解爐機械清焦或裂解爐爐管出口溫度熱電偶需要標定時，都要把４組爐管出口熱電偶連同補償導線一同拆下來。由于熱電偶安裝位置比較接近，在重新安裝時很容易將相鄰２組熱電偶插錯，或接線位號搞錯。平時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組爐管出口溫度達到預定控制值。由于相鄰２組裂解爐管之間的溫度關聯(lián)影響較大，當改變其中１組燃料氣控制閥開度時，對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)錯后，如溫度偏差較小，一般不容易被發(fā)現(xiàn)。但當某組爐管出口溫度顯著偏低，而增加對應燃料氣控制閥的開度對該組溫度的提升無效時，才開始懷疑熱電偶位置是否調(diào)錯。

１ ）熱電偶沒有插到保護套管的底部，造成熱電偶頂端（熱端）與套管底部有一個空隙，由于空氣的導熱性能較差，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)裂解氣的實際溫度低，從而造成溫度指示值偏低。

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

　　３ ）熱電偶長期在高溫條件下工作，它的熱電性能會發(fā)生變化，因此熱電偶應在４～５個月調(diào)換一次。

４ ）蒸汽冷凝液有可能進入流量計的導壓管內(nèi)，造成２根導壓管內(nèi)的介質(zhì)液柱壓差不等，產(chǎn)生附加零點誤差。因此流量計導壓管必須仔細排污，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 ）裂解爐在運行一段時間后，爐管內(nèi)壁上會產(chǎn)生結焦現(xiàn)象，所以需要定期燒焦和機械清焦。如果工藝上燒焦不充分，某組爐管內(nèi)壁上的結焦未清除干凈，或爐管出口溫度熱電偶套管上結焦未燒盡，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，或因熱電偶套管結焦，傳熱性能降低，使測量溫度偏低。

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，使爐管溫度降低。為使爐管溫度達到頂定值，必須增加對應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，會暫時引起爐膛內(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備或控制系統(tǒng)自身因素、工藝設備故障或工藝操作失誤等有關。上海自動化儀表有限公司通過實際案例，探討了鎧裝熱電偶補償導線接線錯誤、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、變送器零位不準等對溫度測量的影響，并給出了相應的解決方案。