摘要：本文介绍了北营能源总厂制氧系统自动化仪表的应用，详细阐述了常见故障及其解决措施，并列举了典型的故障案例和故障的处理，结尾处总结了仪表的日常维护与保养。
关键词：自动化仪表 自动调节控制系统 常见故障 解决措施 维护保养
1、前言
北营能源总厂是北营公司下属的一个重要生产单位，其制氧系统负责向钢、铁主体单位供应氧气、氮气、氩气，可以说是北营公司生产环节当中的一个重要环节。文中介绍了北营能源总厂制氧系统自动化仪表的应用，详细阐述了常见故障及其解决措施，并列举了典型的故障案例和故障的处理，结尾简单介绍了在工作中维护人员如何进行日常维护与保养，使其长期、稳定的运行。
2、制氧工艺概况
2.1基本原理：根据空气中各种组份沸点的不同，将空气液化后，分离成各种产品形式。其中液 氧、液氩产品经由低温液体泵加压至所需压力，并在主换热器中复热后出冷箱，进入各自管 网。低压氮气经主换热器复热，出冷箱后送往产品氮气压缩机压缩至所需要的压力。装置还可生产液氧、液氮和液氩等多种液体产品。
2.2空气是由氧气氮气氩气及其他稀有气体组成，各气体所占百分比如图所示：
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2.3制氧设备装置系统组织：
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3、自动化仪表应用概况
3.1常规仪表
制氧过程需要测控的参数很多，常用仪表有：温度、压力、流量、阻力、液位、气体纯度分析，振动、位移、转速等测量和执行器（气动调节阀、电磁阀，电动执行器）。
3.2自动调节控制系统：制氧机自动调节控制系统8大自动调节控制系统，60多个控制回路调节系统
3.2.1 PID（比例、积分、微分）调节调节系统
空分上常用的压力调节用比例积分调节。液位调节有滞后性，应在比例积分调节的基础上加一定的微分调节，但实际调节时调整效果不理想，一般不加微分调节。温度调节时滞后性比较大，调节时微分参数必须有才能达到理想的调整效果。
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3.2.2空压机防喘振控制系统
在空压机正常运转中，防喘振系统的保护是保障机器平稳运行，空分设备工况稳定的关键，故在设计防喘振系统时应做到全盘考虑。整个空压机的连续控制分为二个大部分：机器（导叶）的自动加载和防喘振阀的连续控制。引入空压机出口压力，空压机出口流量，结合空压机厂家提供的喘振曲线去控制放空调节阀，以避免喘振发生。
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理想的流量-压力理论喘振曲线
3.2.3氧气透平压缩机吸入压力及排出压力调节系统（低选）
为保证氧压机吸入压力和排出压力恒定而设。吸入压力经压力变送器PT3302送到DCS现场控制站，PIC3302调节器输出来控制氧压机入口导叶的开度，从而改变氧压机的入口流量，以保持吸入压力恒定；若由于供给氧压机的气量不足，以致于入口导叶关小到极限值，吸入压力仍然低于规定值时，则现场控制站的PY3304自动地打开高压旁通阀V3303，靠回流量来维持吸入压力恒定。动作一般设定为先关导叶，后开回流。
排气压力经压力变送器PT3309送到DCS现场控制站，其一与来自PT3302吸入压力经低值选择PY3304输出控制高压放空阀V3304，但两者设定值是不一样的，先开回流，后放空。确保排气压力不超过规定值，并且不影响其他调节系统。
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3.2.4控制仪表
3#制氧机组自动控制仪表采用上海福克斯波罗公司常规架装表。纯化系统采用欧母龙PLC可编程控器控制。4#机、5#机DCS系统均采用日本山武公司HarmonasC200过程控制系统。6#机、7#机DCS系统采用美国霍尼韦尔Honeywell过程控制系统。PLC控制系统在本厂应用较少，主要应用有5#机两台氮压机采用美国GE公司90-30PLC控制系统实现自动控制，7#机空压机防喘振控制和增压机回流阀控制 ，采用美国西门子公司S7-300PLC自动控制。
4、自动化仪表常见故障处理
4.1温度检测故障判断及处理：
我厂常用温度检测元件是pt100铂热电阻。
故障现象：温度显示值波动比实际值低或不稳。显示无穷大，
故障处理：首先应该向工艺人员了解工艺状况，参与联锁控制要对进行联锁解除，首先检查设备测温电阻杆，其次检查控制柜RTD卡件接线，主要原因是接线端子有灰或松动，热电阻短路，引出线断路等。
防范措施：热电阻要利用设备检修时机做好检查维护，注重每个接线点检查，不留死角。对一些如压缩机轴瓦温度检测的埋入式热电阻，导线连接，要采用焊接方式连接，保证接线处牢固。如，对氧透机壳温度监测采用热电偶进行测量，热电偶响应时间短，速度快，保证氧压机安全运行。
4.2压力变送器常见故障处理：
4.2.1在检查工况时参照其他的工艺参数看看有没有什么变化,如果其他工艺的参数如温度、流量、液位也时有波动,那就是因工况变化而引起的压力变化,此时的压力变送器应该是没有问题的;如果其他工艺条件没有没有变化,只是压力指示在波动,那就看此压力显示带不带联锁控制调节阀,检查调节阀上的定位器的输出是否在恒定,不是恒定,那就要处理阀门问题了,如果恒定,原因那就出在变送器上了。
4.2.2检查现场变送器，变送器本体，取样点、导压管、接线线路，检查取样管有无泄漏、堵塞、有无气液混合。在现场把变送器的取压关闭,排放打开,查看变送器是否显示零点。
检查变送器的零点是否正确,如果变送器零点漂移,就需要对变送器重新调零;并对变送器进行校验,检查变送器的输出是否线性完好。
4.2.3检查变送器到DCS机柜的电缆,查看分支电缆和主电缆的屏蔽是否完好,这样的现象通常为屏蔽线断或电缆连接处出现虚接及裸露的电缆芯出现氧化导致接触不良所致。屏蔽不好,其所在的环境存在大量的电磁干扰,这样的波动也是比较严重的。
4.3气动调节阀经常出现的故障
故障现象：阀门在开关的过程中行程不足（开关不到位）。
故障处理：
（1）检查气源压力是否0.45MPa，仪表气源是否泄漏。
（2）执行器膜片漏气，更换膜片。零点和量程调节不良。阀门重新调校。
（3）手动投入自动时、手动未完全打到自动位置。
（4）阀门定位器出现故障，如定位反馈杆松动，零调节和量程调节有误，阀门定位器无输出作用，这就要对定位器进行修理。
（6）电磁阀故障，更换电磁阀。
（7）阀门机械部分故障，阀体和执行器等机械故障需要钳工配合进行拆检。如：阀杆弯扭。露天阀门缺少保护，阀杆螺纹粘满尘砂，或者被雨露霜雪等锈蚀。弹簧疲劳等。
5、典型故障案例及处理
故障现象：
2005年5月19日发生仪控DCS跳电事故。 5#机组岗位工发现膨胀机转速高报警，紧接着发现氧透空透已经停车，但氧透在DCS在控制系统上仍然显示运行（假信号）。在启动停车程序时发现，制氧机空分装置气动调节阀门失控，DCS无法遥控 。系统除空压机放散以外，全部电磁阀因失电失控，分子筛电磁阀失控造成空压机超压停车，空分塔阀门失控，造成液体泄漏，管道冻裂。
故障检查：
经检查，5#机DCS采用双电源热备冗余方式供电，当主电源供电发生故障时，备用电源自动投入。受电开关分成两路送往主工作开关电源和冗余开关电源，而上级供电开关为一路电源供电.主电源供电开关故障跳闸停电后因受电开关为20A,容量大于上级供电开关10A没有动作。造成容量低的供电开关跳闸，热备冗余电源同时失电。达不到冗余热备功能。
此次事故的原因有三个方面：
（1）所有控制柜自带空气开关为20A,而配电柜内电源空气设计为10A,这样造成配电柜电源开关跳电，而控制柜电源开关不动作。(控制柜为日本山武控制仪表进口设备)
（2）单个控制柜内电源为一用一备，两个电源从配电柜一个空气开关取电，如果出现空气开关动作，两个电源同时跳电。
（3）对设计及设备缺陷了解不清，没有采取必要的措施。
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原设计的供电电路图
故障处理：
（1）制氧机DCS系统供电采用冗余方式，必须使用双电源供电。
（2）把主电源与备用电源工单开关分开，分别为每个控制柜电源安装20A开关。
（3）每个控制柜安装魏德米勒二级管电源模块，利用二级管单项导电原理，通过电源并联，以提高供电系统系统的可靠性，当其中一路电源故障时出现故障时，不会对另一路正常工作的单元产生影响，同时也可以改善电源均流的特性。
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6、自动化仪表的日常维护与保养
自动化仪表的日常维护与保养是一个重要环节，为了保证长期、稳定的运行，维护人员应定期进行维护与保养。
6.1加强日常巡回检查
6.1.1定时向当班工艺人员了解仪表运行情况。
6.1.2查看仪表指示是否正常，现场一次仪表（变送器）指示和控制室显示仪表，DCS操作站指示值是否一致，调节回路输出和调节阀阀位是否一致。
6.1.3查看UPS电源工作是否正常，是否有报警。
6.1.4查看仪表保温伴热状况（主要在冬季)。
6.1.5查看仪表本体和连接件损坏和腐蚀情况，包括挠性管连接是否松动和破损。
6.1.6检查仪表和工艺接口泄漏情况。调节阀力矩是否正常。
6.2室外仪表在环境较差时及时添加防护措施，检查防护状况，做到无破损丢失。
6.3定期测试报警联锁功能，并做测试记录，做好仪表设备的定期校验。
6.4对一些仪表设备要做好定期润滑、排污。
6.5保证所有仪表设备的清洁完整。
7、总结
北营能源总厂制氧系统自动化仪表对生产稳定运行来说是至关重要的，对于整套生产系统的运行起着安全高效地作用。因此，需要对该系统仪表进行高度关注，对于自动化仪表故障要进行有针对性的维护，并且进行针对性制定相应地维护计划，这样能够延长自动化仪表地使用寿命，降低企业的消耗和维修成本，提升企业地经济效益。
作者简介
周秀前（1973- ），女，助理工程师，2016年毕业于辽宁科技学院计算机科学与技术专业，现在北营能源总厂从事管理工作。