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壓力變送器

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自動化控制及其壓力變送器在熱源廠中的應用與故障分析

作時間:2019-09-29  來源:  作者:
   
摘 要:介紹了由北京和利時公司開發設計的 DCS 集散控制系統在工業生產中的優勢,以太原市熱力集團有限責任公司城西供熱分公司熱源廠為例,對 DCS 系統及其壓力變送器傳感器在運行中出現的故障進行了簡要分析。
隨著環境保護要求的提高,各地區的燃煤取暖小鍋爐已被大型熱源廠集中供熱取代。自動化控制系統在熱源廠的應用,對提高工業生產效率,降低企業污染排放,有效保障人身及財產安全起到了關鍵作用。太原市熱力集團有限責任公司城西供熱分公司熱源廠(以下簡稱我廠) 所采用的自動控制系統為北京和利時公司開發設計的 DCS 集散控制系統,由該系統對鍋爐進行遠程操作和實時監控。本文將以我廠為例,結合實際情況,簡要分析 DCS 系統及其壓力變送器傳感器在使用中出現的故障及解決方案。
1 運行概況
我廠共有 4 臺 116 MW 循環流化床鍋爐,設有一期、二期控制室,控制室內有工程師站電腦、操作員站電腦、壓力變送器立盤、控制站、服務器、UPS 不間斷電源等設備。
2 控制系統運行方式
DCS 集散控制系統,是以微處理器為基礎對整個生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統。系統對鍋爐傳感器數據進行采集處理后,通過操作員站電腦向操作員顯示各項實時數據,操作員可根據實時數據來發出控制命令調整設備。系統可實現數據采集、集中操作、分散控制等功能,具有配置靈活、控制功能齊全、可靠性高、易于維護等特點。
安全生產是企業的重中之重。鍋爐運行過程中,大型設備啟動的順序應為:引風機→羅茨風機→二次風機→一次風機→爐前給煤機,停止順序為反向順序停止。引風機的作用是抽取鍋爐燃燒后爐膛內的煙氣,并使爐膛保持一定的負壓。如果運行中出現引風機突發故障緊急停車而煙氣無法排出,將導致爐膛壓力變為正壓,嚴重時將發生鍋爐爆炸等事故。為減少人員誤操作,保證人員設備安全,縮短設備啟停時間,我廠的設備采用順序控制并聯鎖,控制范圍包括大型風機控制機組以及機組包括的所有輔機、閥門和擋板及設備。在鍋爐啟動和工作過程中,當聯鎖電機中的任何 1 臺電機出現故障時,應停止相應聯鎖的電機。以我廠給煤機給煤系統為例,爐前給煤機作為重要的燃料輸送設備,需配合風機將燃料懸浮在爐膛中進行充分燃燒。通過DCS 系統將給煤機和風機進行聯鎖,并采取順序啟動,只有風機啟動后給煤機才可以啟動,給煤機停止后風機才可以停車,當風機因故障緊急停車時給煤機也聯鎖控制停止。運行中,操作人員通過 DCS 操作員站改變頻率調節風機轉速或對風門開度進行調節,以及給煤速度的調節來達到安全、高效的運行狀態,非常大限度地減少燃煤燃燒不充分產生的各種不利后果。
3 系統設備及壓力變送器
系統設備分為兩部分,第一部分為控制系統設備,第二部分為現場測量設備。
3.1 控制系統設備
控制設備有工程師站、操作員站、服務器、I/O 模塊柜等。所有設備均有主備雙電源。工程師站用于對 DCS 進行離線配置、組態工作和在線的系統監督、控制、維護。在實際運行中,工程師站主要用于對運行設備的控制和實時監控、離線數據查詢和操作員站的程序下裝。
操作員站用于對鍋爐運行的控制和監控。我廠共有 5 臺操作員站,一期控制室設有 1 臺工程師站和 3臺操作員站,分別控制 1 號、2 號鍋爐和公用系統;二期控制室設有 2 臺操作員站,分別控制 3 號、4 號鍋爐。由于 DCS 各控制器間通過網絡連接并可進行數據交換使整個系統信息共享,當某臺操作員站發生故障時可通過剩余操作員站進行控制和監控。
服務器主要對運行數據進行采集和儲存,通過工程師站可離線查詢服務器中的歷史運行數據。我公司設有 2 臺服務器,1 主 1 備。I/O 是控制系統需要建立信號的輸入和輸出通道,DCS 中的 I/O 一般是模塊化的,1 個 I/O 模塊上有 1 個或多個 I/O 通道,用來連接傳感器和執行器。為防止緊急情況出現,每臺鍋爐在控制室分別設置了好立工作的壓力變送器立盤,與 DCS 系統互不干擾。壓力變送器立盤上設有顯示鍋爐運行主要參數的顯示壓力變送器,設備啟停、急停操作按鈕,聯鎖、解鎖轉換開關及指示燈,操作人員不僅可以通過對應的登錄密碼在不同的工作電腦上實時掌握各個鍋爐的運行狀態,還可以通過壓力變送器立盤上的壓力變送器顯示直觀地讀取鍋爐主要的運行參數,為鍋爐安全運行提供了雙保險。
DCS 的系統網絡是整個系統的基礎和核心部分。網絡對 DCS 的實時性、可靠性起決定性作用,在不討論網絡可靠性的情況下談 DCS 的特性,一切都是空談。對于 DCS 的系統網絡來說,它必須滿足實時性的要求,并且網絡連接必須可靠,任何情況下都不能中斷。我廠DCS 網絡采用雙總線的網絡拓撲結構、先進的冗余通信系統,預防斷網及設備故障所造成的影響。
3.2 現場測量設備
鍋爐本體安裝有所需的熱電阻、熱電偶、變送器、電動執行器、氧化鋯氧分析儀等,在給煤機現場還安裝有稱重傳感器和測速傳感器,并在就地壓力變送器柜上顯示相關數據。所測數據通過 DCS 控制柜經過收集處理后反饋在操作員站電腦中,操作員根據數據發出命令控制調整電機轉速、風門開度、給煤速度和給煤量等。
4 系統設備應用與故障分析
DCS 系統在我廠穩定運行已超過 10 年,其間未發生過重大故障,但出現過二期控制室操作員站數據突然定格,沒有實時變化,操作員無法獲取實時數據的情況。在緊急排查中,首先懷疑的是網絡數據傳輸中斷。通過 DCS 系統的網絡拓撲結構圖中看到,服務器和二期操作員站之間主備網絡連接全部中斷,檢查后發現近操作員站端光纖收發器信號燈故障。由于時間緊迫,我們選擇直接更換備用光纖收發器和所連接的網線。更換后備用網絡恢復連接,數據正常傳輸,但主網絡仍處于斷線狀態。后再經檢查發現,一是主要線路的網絡交換機長期處在發熱狀態,加速了設備老化,數據傳送時斷時續,已無法正常工作;二是替換下的光纖收發器網線接口松動。為防止類似情況再次發生,保證設備穩定運行,我們決定更換全部網絡交換機、光纖收發器以及所用網線,并制訂計劃按元器件使用壽命進行設備更新。
我廠 DCS 系統在建廠設計時已經在系統內設定各類傳感器原件的默認參數。隨著時代發展,傳感器元器件的更新,以及廠內實際運行情況的需要,很多設備的默認參數已不適用現在的運行情況。例如,鍋爐已運行多年,經過多次更新改造,某些地方壓力值已不適用建廠所設定的壓力范圍,這種情況下直接更換與 DCS 系統量程不一致的壓力變送器,所傳送的 4 mA~20 mA 標準信號與系統壓力量程不一致,必將導致所測數據不準確。此類情況必須通過 DCS 系統的工程師站,更改所選壓力點的被測范圍,與壓力變送器的量程一致后,方可準確讀取數據。
在鍋爐燃燒室密相區所采用的測溫原件選用鎧裝耐磨溫度傳感器,在所測電機軸承測溫處和管網水溫多采用裝配式溫度傳感器。由于循環流化床鍋爐燃燒具有流動性,對套管及保護鎧的摩擦很大,一旦出現磨穿的現象便會很快燒毀傳感器。在電機上和管道上的溫度測點易受到震動的影響,導致傳感器導線震斷,所以在安裝時要加裝防震墊保護,防止出現松動,并定期檢查。
我廠給煤系統裝有速度傳感器和稱重傳感器,用來測量輸煤皮帶運行速度和給煤量的大小。就地給煤壓力變送器收集傳感器數據后,經過處理轉變為 4 mA~20mA 標準信號傳送到控制柜中。在實際運行中,出現過就地壓力變送器柜顯示煤量正常但 DCS 操作員站顯示數據偏低的情況。經測量,在就地給煤壓力變送器端輸出的電流信號與壓力變送器顯示數據相對應,但在近控制柜端再次測量電流信號衰減,控制柜對應 I/O 模塊電壓正常,懷疑傳送線路受到干擾。在近控制柜端加裝信號隔離器后再次測量,兩端的電流信號一致,操作員站顯示數據正常。
5 結語
DCS 作為成熟的自動化控制系統,為我廠安全生產、節能降耗起到了至關重要的作用,隨著科技的發展,DCS 系統將得到廣泛應用,這將為保護環境,減少污染,創建碧水藍天的環境做出巨大的貢獻。
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