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几起仪表故障对空分设备的影响及处理探讨

梁莺娥，曾周华，张志华，李小兴

(方大特钢科技股份有限公司，江西 南昌 330012)

摘 要：介绍DCS卡件故障，污氮出塔调节阀V107故障和调整电脑系统时间造成分子筛程序倒走等故障对空分设备的影响，并提出相应的预防处理措施。

关 键 词：空分设备；仪表故障；处理

1 引言

方大特钢科技股份有限公司(简称方大特钢)制氧厂运行一车间现有的10000m3/h和16300m3/h空分设备由杭氧股份有限公司设计制造，相应的2套空分设备DCS系统控制技术软件由浙江某公司提供。从方大特钢历年空分设备的运行状况来看，设备整体运行良好，但亦出现了一些问题，特别是近两年的几起DCS系统和仪控阀门故障，暴露出我厂在设备管理、维护、维修及工艺操作等方面存在不足。本文介绍3起仪控故障案例，希望能对同行起到一定借鉴作用，避免类似事故发生。

2 故障案例与剖析

2．1 DCS卡件故障

2．1．1 故障现象

2010年4月30日15：13，10000m3/h空分设备的DCS监控画面上出现FIA1103常温水流量低报警，流量由正常的130t/h直线下降，最终接近0，但监控画面同时显示：2台常温水泵运行正常(即1台运行，另1台备用)，控制常温泵流量出口阀V1107的电磁阀YV1107处于得电状态。为此，操作人员立即到现场确认常温泵运行情况和V1107阀开关状态。检查后发现常温泵是运行的。此时现场突然发出两声巨响，现场操作人员确认巨响的原因为安全阀V1171起跳(V1171安全阀是在出空冷塔的空气管道上)，而后发现空压机自动卸载，空压机放空阀自动打开，空分设备被迫停止运行。

2．1．2 故障原因分析

从空分工艺角度来看，预冷系统的常温水、冷冻水流路工作是否正常不会造成空分系统压力出现大的波动，更不会出现安全阀起跳和空压机卸载的现象。在故障发生时，虽然现场操作人员未能在现场确认V1107阀的工作状态，但中控室的操作人员和其他现场工作人员在故障发生过程中，确实听到先后两次较大的气流冲击声，之后通过调出分子筛吸附器压力、空气出空冷塔压力PIAS1102、空气进空冷塔压力、下塔压力PI1的记录曲线查看，发现确实存在两次较大的压力变化。

在从工艺角度分析问题的同时，操作人员对V1107阀门进行了检查，手动操作V1107阀的开、关，发现DCS流程画面中V1107动作是正常的，但现场阀门不动作。为此仪控人员对仪控系统进行了检查，最终判定是控制YV1107电磁阀的输出卡件出现了故障，调出DCS系统故障诊断信息进行查看，进一步确认该开关量输出卡件出现了故障。

进入DCS组态，可以看到V1107，V101，V7等7个阀门的控制电磁阀共用1块SP362卡件，V101是空气进冷箱的控制阀门(为气开阀)，控制它工作的电磁阀YV101失电，阀门将自动关闭。YV101还受分子筛吸附器前后阻力PIDAS1205和空压机运行状态控制，当PIDAS1205不小于12kPa或空压机停止运行时，阀门将自动关闭，反之则打开。从DCS历史曲线看，PIDAS1205出现了2次12kPa上下的波动，因此两次气流的冲击声很可能与此有关。

2．1．3 处置及预防措施

1)更换硬件。取下故障模块，故障模块有明显的水印，更换新的模块，DCS诊断信息显示模块正常，各阀门手动调试动作亦恢复正常。

2)完善控制方案。空分设备正常运行时，通常对V101阀不进行调整，只是在设备开机或停机时进行相应的操作，操作应为缓开，快关。V101快开将直接影响分子筛吸附器、下塔、空冷塔等设备的运行安全，严重时甚至出现工艺事故(如分子筛吸附器进水事故)。

为此，对YV101控制进行完善，一方面在YV101失电时进行自锁，即当YV101失电后，只有通过手动复位，YV101才能得电，V101阀才能远程操作、调节，避免V101的快开(当然也可采用V101阀调节回路自动关闭这种控制方式)；另一方面，将分子筛吸附器前后阻力PIDAS1205信号引至冗余卡件，增加V101阀控制参数的可靠性。

3)硬件故障分析及预防措施。故障卡件上有水印，该水印应为老鼠尿印，表明老鼠进入了机笼中。

各厂家对中控室防鼠的问题都比较重视，尤其关注控制室、控制柜防鼠。但由于各厂家选用的DCS系统不同，对DCS本身的防鼠重视程度也不一样，因此在实际运行中仍有老鼠进入的现象发生。2010年3—5月，方大特钢10000m3/h空分设备DCS系统先后坏过5块卡件，均存在明显的老鼠尿印。2010年10月，利用停机机会，仪控维护人员对10000m3/h空分设备的DCS控制站进行了全面检查，发现机笼中有许多老鼠拖来的垃圾。经查看，发现机笼两端的穿线孔洞较大，老鼠一旦进入机柜就能轻易进入机笼，为此对孔洞进行了封堵。

2．2 污氮出塔调节阀V107故障

2．2．1 故障现象

2011年6月17日00：12，操作人员发现10000m3/h空分设备的粗氩系统氩馏分含氩纯度AI701始终难以控制，并且有一直上升的趋势(由8.5%上升到12.9%)。00：21，当2号分子筛开始充压时，污氮出塔压力PIC104达到24.2kPa(正常时压力为19.5kPa)，此时污氮调节阀V107逐渐全开至100%(平时最大开度为57%左右)，上塔压力也有所上升。

通过分析，判断V107阀很可能存在故障。于是到V107阀门现场进行检查核对，发现现场实际开度只有42%，与DCS输出的100%存在明显误差。03：22，仪控人员到现场进行维修，仪控人员首先将V107阀门的仪表气源短暂关闭，然后打开想查看其动作情况，结果导致V107由42%关小到28%，仪控人员采用各种方式试图将V107阀门打开，但都没有成功。V107阀门关小后，PIC104压力从24kPa上升到30kPa，下塔压力由0.467kPa上升到0.488kPa，上塔压力由0.040kPa上升到0.051kPa，AI701纯度达到15%满量程，结果造成氩系统工况异常，无法正常工作。

03：37，氧气纯度开始下降；04：08，氧气纯度下降到98%；05：00，被迫停机，空压机进行放空；06：30，空分系统退出；07：30，V107阀的气缸从现场拆下并移送到维修房；12：15，气缸移送到现场进行安装、调试，并恢复正常功能。2．2．2故障原因分析V107为污氮出塔总阀，一路通过V106去水冷塔，另一路直送分子筛系统。V107的开度受污氮出冷箱压力自动控制，V107一旦不能正常工作，将直接影响空分设备的运行；V107如果突然全关，将造成系统超压，危及空分设备的安全。本次故障导致长时间停机主要有以下三个方面的原因。

1)现场维修安全的影响。虽然仪控维修人员很快就发现气缸存在窜气现象，但考虑到作业点位置高，夜间作业不安全等因素，延误了检修时间。

2)工艺操作的影响。从尽可能减少开机时间和调配生产用气等角度考虑，空分系统退出时间过长，延误了V107阀门气缸的拆下时机。

3)阀门修理的影响。V107阀门气缸上的阀门定位器拆除和阀门机械部位的拆除(含工具准备和备用密封O型圈的配套)都不顺畅。

2．2．3 故障处置及预防措施

1)气缸故障处理。V107为单作用调节阀(气开式)，关闭动作由两端的弹簧产生推动力来实现，开启动作由仪表气的压力克服弹簧的作用力来实现。

当气缸出现窜气时，气缸内的压力降低不能克服弹簧作用力，致使阀门的开度随着气体泄漏量增大而逐渐减小，因此不能推动阀门动作。

拆开气缸，发现其活塞环(O型圈，代号为600A)已断裂，并在断裂位置的装配槽内发现1块带刃的三角形金属碎片(约3mm×3mm)，活塞上金属碎片所在的位置有明显刮痕，气缸壁上有2处明显刮伤。为此更换了活塞环，并在维修间利用仪表气进行开关初步动作检查，气缸恢复正常。

2)预防措施。①加强重要工艺阀门管理。由于制氧工艺的自动化程度高，工艺阀门工作是否正常直接影响到空分装置正常运行，为此应对重要工艺阀门进行梳理，建立重要工艺阀门的维护保养制度和易损件定期更换制度。②所有的大推力阀门(含切换阀、各类角阀、带气缸执行机构的阀门)每个大修周期必须进行维护保养，要对其执行机构部分进行更换、密封、加油、清洗。③要加强仪表维护人员对大推力阀门的点检力度，如通过检查气缸式阀门在日常运行中是否存在排气现象可以及时发现阀门故障，以便及时处理。④合理配置备用阀门执行机构。增加空分系统的重要工艺阀门及执行机构的备用件，以便在用阀门执行机构出现故障时可直接更换，从而缩短检修时间。

2．3 调整电脑系统时间故障

2．3．1 故障现象

2011年10月13日，由于16300m3/h空分设备DCS运行显示时间与设备点检时间偏差较大(约慢5min)，仪控维护人员将DCS监控电脑的系统时间进行了修改，将10：41改为了10：46，此时分子筛程序正走到均压阶段(第九步)，走了220s，V1207阀均压阀开到30%。

操作人员在DCS上建立了3幅分子筛系统参数记录曲线画面，用来不定时监测分子筛系统的运行状况。11：00，操作人员查看分子筛系统参数运行记录曲线，发现记录参数不正常，10：46后的记录曲

线显示为：分子筛程序从均压阶段(第九步)退回到第八步(冷吹阶段)，此时V1207阀失电关闭，阀位显示30%→MS1202出口压力从0.120MPa卸至0.003MPa，程序退到进分子筛冷吹阶段，并且阀门回到冷吹阶段时→冷吹阀、再生污氮进出口阀全开，走了5min后(即10：46分)程序又回到均压阶段(第九步)，并且V1207阀直接从30%开始再慢慢打开，而出口压力迅速升到0.128MPa后再开始慢慢升压到位。

通过查找设备运行和工艺实时运行参数记录，这些数据均显示在这段时间内工况稳定，设备运行正常。对比DCS的历史记录曲线和设备的实时运行情况，说明历史记录不真实，事后就此现象咨询了DCS主机厂，主机厂认为这段时间的记录应为前一段时间记录的平移，是非真实记录。

2．3．2 事故处置及预防措施

从理论上讲，修改操作站时间且修改时间的幅度不大，是不会影响控制站正常工作的。为了确保设备日常点检的准时性，同时又兼顾DCS运行的可靠性，DCS主机厂建议：为操作站配置一套GPS用于校时，否则最好不要在线修改DCS运行设置。

3 结语

随着空分设备使用年限的增加，困扰生产的各种问题也会越来越多。如何解决这些问题，不仅要借鉴丰富的生产经验和持续不断地学习新知识，还需要在遇到问题时积极思考，只有这样，才能保证空分设备长期稳定运行。