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石油化工裝置中溫度檢測儀表及控制系統的故障診斷及處理

發布日期：2020-03-13 15:36:41 來源：作者：瀏覽次數：

【導讀】：石油化工裝置中儀表及控制系統暴露出來的各種故障原因及處理，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......

摘要：石油化工裝置中儀表及控制系統暴露出來的各種故障原因包括：儀表設備或控制系統自身因素；工藝設備故障或工藝

操作失誤等。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象；分析了產生上述現象的原因，并給出了相應的解決方案。

筆者依據儀表設備和控制系統管理、維護保養的經驗，以各種現場儀表設備和控制系統出現的故障為案例，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　故障現象

裂解爐Ｆ１０１烘爐期間，爐膛溫度ＴＩＫ－１０１－１７臨時由數字溫度計檢測，該點溫度計顯示值為５５０℃，而現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　現象分析

因裂解爐烘爐需要，臨時將爐膛內３處的溫度接入操作臺上的數字溫度計，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。

故障出現后，檢查發現數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上是相互連通的。

１．３　處理方法

該故障在烘爐之前不易發現，因為３點溫度均與環境溫度相同，產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　故障現象

Ｃ４０２壓縮機的排氣溫度ＴＩＫ－２５４－０２Ｅ指示在０℃以下。

２．２　現象分析

經檢查，現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　故障現象

溫度顯示表ＴＩＣ２２０的指示溫度數偏低，但現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　現象分析

進一步檢查發現，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，電勢方向如圖２所示。

２）ＥＡ′Ｂ′為２根溫度補償導線Ａ′Ｂ′在室內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，電勢方向如圖２所示。

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）等于熱電偶產生的熱電勢ＥＡＢ與補償導線等效熱電偶產生的熱電勢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。

３．２．２　補償導線接法錯誤時的回路電勢情況

圖３為熱電偶補償導線接法錯誤時的回路電勢情況，此時回路電勢ＥＡＢ（錯誤接法）：

ＥＡＢ（錯誤接法）＝ＥＡＢ－ＥＡ′Ｂ′（２）

將式（１）減去式（２），得：

ＥＡＢ（正確接法）－ＥＡＢ（錯誤接法）＝２ＥＡ′Ｂ′（３）

由于ＥＡＢ（錯誤接法）＝ＥＡＢ（正確接法）－２ＥＡ′Ｂ′，說明補償導線錯誤接法時，二次儀表收到的電勢要比正確接法時低２倍的補償導線等效熱電偶產生的電勢，因此儀表指示溫度要偏低２倍的室外與室內溫度差。

同樣道理，如果冬天室外溫度低于室內溫度Ｔ自＜Ｔ室，ＥＡ′Ｂ′為正，電勢方向相反。

４　溫度補償導線接線端子接觸不良對溫度指示的影響

４．１　故障現象

溫度打點記錄儀表的某點溫度ＴＲ－３２６－０６指示偏低，而其他各點溫度指示正常，現場測得的熱電勢值與實際溫度相對應。

４．２　現象分析

分析故障現象，發現溫度打點記錄儀表和熱電偶工作正常。進一步檢查發現，熱電偶接線端子處螺絲松動，接觸電阻增加，造成信號源內阻增大，盡管記錄儀表的輸入阻抗很大，但也有一定限度。當信號源內阻很大時，部分信號會被分壓掉，從而使記錄儀輸入端子上的信號減小，導致溫度指示值偏低。溫度打點記錄儀表和熱電偶接線如圖４所示。

4．３　處理方法

熱電偶接線端子處螺絲擰緊后，溫度指示值恢復正常。需注意：除了螺絲松動會引起信號內阻增大外，補償導線壓接端子松動也會引起接觸不良，內阻增大，也能造成溫度指示值偏低。

５　熱電偶套管內積水對溫度測量的影響

５．１　故障現象

溫度指示調節器ＴＩＣ７４６的指示溫度比現場同一位置上的雙金屬溫度計ＴＧ的指示值偏低５０℃。

５．２　現象分析

在現場的熱電偶端子處測得的熱電勢確實偏低，故可以排除溫度指示調節器出故障的可能性。經檢查發現，熱電偶套管內存有積水，由于介質溫度較高，水受熱蒸發，使熱電偶的熱點溫度降低，因此溫度指示值偏低。

５．３　處理方法

當發現熱電偶套管內有積水時，首先應拆去熱電偶，讓套管內水分加速蒸發掉；熱電偶重新裝入時，要注意將連接接頭擰緊，防止雨水再進入。如果熱電偶拆除后不能及時安裝，應用塑料布將套管頭包起來，以防雨水和雜物進入套管內影響溫度測量。此外，應注意熱電偶的補償導線應該由下而上地進入熱電偶接線盒內，以防雨水順著導線進入接線盒內。

在熱電偶套管進水后，根據工藝介質溫度不同，對溫度測量的影響也有所不同：

１）如果工藝介質溫度大于１００℃，則套管內的水分會沸騰蒸發，由于水的散熱作用，使套管內壁溫度低于外壁溫度，會造成溫度指示值偏低。

２）如果工藝介質溫度小于１００℃時，套管內水不會沸騰蒸發，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）當工藝介質溫度小于０℃時，套管內的水結冰，對溫度測量也不會有影響。但必須注意，由于冷系統的介質溫度低于０℃，空氣中的水分可能在套管內結露并形成冰塊，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　故障現象

裂解爐管出口溫度ＴＩＣ－１０２－０２指示偏低，改變燃料量時，溫度變化滯鈍，同時變化也不明顯。

６．２　現象分析

經過檢查發現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（介質溫度）低些，造成了溫度指示值偏低。

如果改變燃料量，裂解氣實際溫度發生改變，但由于套管內空氣的熱惰性大，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　故障現象

裂解爐Ｆ１０６的２組爐管出口溫度均處于自控的情況下，發現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，但調換新的熱電偶后，情況仍未改善。

７．２　現場分析

經檢查發現第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。由于流量調節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現它們的差別。此外，如果稀釋蒸汽流量變送器的零位出現偏差，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，發現流量指示值升高。經校正后，溫度控制恢復正常。

８　熱電偶位置插錯對操作的影響

８．１　故障現象

操作人員發現裂解爐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、調節不靈敏。

８．２　現象分析

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錯后，如溫度偏差較小，一般不容易被發現。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錯。

８．３　處理方法

在操作過程中發現，當較大幅度改變某組燃料氣的控制閥開度時，對應爐管出口溫度變化不明顯，而某個相鄰爐管的出口溫度卻有明顯變化，則可以判明這２支熱電偶的位置可能調錯，應及時進行調換。

９　熱電偶熱電勢出現不相等時的處理

９．１　故障現象

裂解爐管出口溫度熱電偶是三偶，它由３對偶絲組成，分別用于計算機溫度運算、溫度指示調節器控制、溫度打點記錄儀，但發現這３組溫度顯示值不一致。

９．２　現象分析

熱電偶使用時間較長，它的３對熱電勢中會有１對或２對熱電勢出現偏低或偏高現象，這屬于正常現象，因此該類熱電偶一般４個月更換１次。

９．３　處理方法

當計算機、溫度指示調節器和打點記錄儀上的溫度指示發生偏差時，應在現場熱電偶端子處直接測取３對熱電勢值加以確認。如３對電勢中有２對熱電勢值相等并且數值正常，而另１對電勢值偏低或偏高，則說明電勢異常的那對熱電偶老化，可以不用，可將三偶改作雙偶使用。在補償導線并接時，應將連接到溫度指示調節器的補償導線單獨使用１對熱電偶，不能與記錄儀或機算機的熱電偶并接，因為記錄儀或計算機在信號掃描切換時會產生跳動，對溫度指示調節器的控制會產生影響。用三偶熱電偶測量裂解爐管出口溫度的接線如圖５所示。

1０　導致裂解爐爐前燃料氣壓力指示值偏高的因素

１０．１　故障現象

１臺裂解爐有４組燃料氣控制閥，對應４組裂解爐管出口溫度控制。現在４組裂解爐管出口溫度指示值基本相等，但其中有１組爐管的爐前燃料氣壓力指示比其他３組爐前燃料氣壓力指示明顯高出很多，該組燃料氣控制閥的開度也偏大。工藝操作人員懷疑該現象是該組爐管出口溫度熱電偶的熱電勢值偏低引起。因為熱電勢值偏低，溫度指示值也會偏低，致使該組溫度調節系統控制增大燃料氣控制閥的開度，從而使溫度達到設定值。由于燃料氣流量增大，造成爐前燃料氣壓力增高。

１０．２　現象分析

如果某組裂解爐管出口熱電偶的熱電勢值偏低，將會造成上述現象發生。但是除此之外，還有３種情況會造成爐前燃料氣壓力指示偏高現象：

１）１組燃料氣燃燒系統有多個燃燒火嘴，如果某幾處燃燒火嘴頭部結焦堵塞，或火嘴閥門沒有全開，則給燃料氣的流通帶來阻力，使燃料氣流量減小。由于溫度是自動調節的，因此控制閥的開度將增大，提高供氣壓力來維持溫度不變，即使燃料氣流量保持不變，裂解爐壓力測量如圖６所示。

２）如果某組裂解爐管內實際通過的原料油流量或稀釋蒸汽流量偏大，則它帶走的熱量也會增多，為維持控制溫度不變，需增大燃料氣控制閥的開度，這也會引起爐前燃料氣壓力增高。

３）某組裂解爐管內結焦嚴重，管壁傳熱效率差，造成爐管出口溫度指示偏低，由于溫度定值控制，這也會增大燃料氣量以維持控制設定溫度，這也造成燃料氣壓力增高。

１１　同一管道截面上的熱電偶和雙金屬溫度計指示值不相等的原因分析

１１．１　故障現象

熱電偶和雙金屬溫度計均在裂解氣急冷管道上的同一截面上，但兩者的溫度指示值相差很大。

１１．２　現象分析

高溫裂解氣沿裂解氣管道自上而下經過急冷油噴嘴口，用急汽油噴淋冷卻。由于這根裂解氣管道直徑很大，急冷油噴淋不均勻，因此管道內同一截面上各點溫度分布不盡相同。雖然熱電偶和雙金屬溫度計安裝在同一管道截面上，但插入方向不同，又距離急冷油噴嘴較近，所以出現溫度指示不相等現象是正常的。裂解爐熱電偶和雙金屬溫度計連接示意如圖７所示。

１２　計算機顯示溫度與現場實際溫度相差較大的原因分析

１２．１　故障現象

現場熱電偶拆下校驗后重新安裝，發現現場實際溫度很高，而計算機卻只能顯示儀表室內的環境溫度。

１２．２　現象分析

在現場熱電偶拆下校驗期間，如沒有把２根補償導線短路，而是處于開路狀態，這將引起計算機溫度報警。因此，在儀表盤內應先將相對應的熱電偶補償導線接線端子短路，但熱電偶復位后，如果忘記把儀表盤內接線端子處的短路線拆掉，將導致計算機顯示短路處的環境溫度。

１２．３　處理方法

拆除儀表盤內接線端子處的短路線，計算機對該點溫度的指示即恢復正常。需要注意的是，在低溫條件下，熱電偶補償導線的熱電性能與熱偶絲基本相似，如將２根補償導線的一端焊接在一起，也可算１根熱電偶。所以，無論將補償導線在何處短路，溫度顯示儀表都將指示短路處的環境溫度。

１３　高壓蒸汽經減溫減壓后中壓蒸汽溫度控制達不到設定值的原因分析

１３．１　故障現象

某裝置中壓蒸汽用量不夠時，就將高壓蒸汽減溫、減壓產生中壓蒸汽送入中壓蒸汽管網中。中壓蒸汽溫度調節器ＴＩＣ－３３３設定溫度為２８０℃，但實際指示溫度僅２０８℃，加冷卻水的降溫控制閥ＴＩＣ－３３３Ｖ已全部關死，溫度還是升不起來。該裝置高壓蒸汽轉中壓蒸汽如圖８所示。

１３．２　現象分析

經檢查熱電偶無故障，但發現此時減壓控制閥ＰＩＣ－７３１Ｖ的閥門開度只有２５％，而中壓蒸汽管道較粗，因此超高壓蒸汽通過控制閥時節流膨脹作用過強，造成節流后溫度下降太多。同時，中壓蒸汽管網壓力只調節到１．２６ＭＰａ，減壓后的中壓蒸汽與中壓蒸汽管網壓力較接近，使蒸汽送出量較小也是溫度偏低的一個原因。

１３．３　處理方法

將減壓蒸汽壓力調節器ＰＩＣ－７３１Ｃ的壓力設定值提到１．３ＭＰａ，增大了與中壓蒸汽管網壓力的壓差，使蒸汽送出量增多，控制閥門的開度上升到５０％，溫度隨之達到了設定值。

４　熱電偶補償導線的中間接線端子間絕緣不好引起溫度指示升高的原因分析

１４．１　故障現象

ＴＩＣ－３１２Ｅ為脫甲烷塔的塔溫，溫度測量范圍在－５０℃～＋５０℃ ，正常時應指示－１０℃ 。在工藝情況沒有變化的情況下，故障時溫度指示升高到０℃以上。

１４．２　現象分析

在現場熱電偶接線端子處測得的熱電勢值是正常的，說明熱電偶無問題。溫度變送器和調節器檢查也無問題，后發現現場中間接線箱內相應的２個端子之間有潮濕、臟污，導致熱電偶短路，減小了熱電勢的絕對值。對于熱電勢值大于０（正溫度測量）的情況，熱電勢值減小，溫度指示下降；而熱電勢值小于０（負溫度測量）時，負的熱電勢絕對值減小，這等效于被測介質溫度升高，因此溫度指示值也升高。

１４．３　處理方法

將中間端子之間的潮濕臟污除掉，溫度指示恢復正常。

１５　熱電偶接線端子松動引起相鄰熱電偶的溫度顯示值不正常

１５．１　故障現象

熱電偶ＴＩＫ－５５４－０３Ｅ溫度在計算機上的顯示值不正常，但現場檢查ＴＩＫ－５５４－０３Ｅ的電勢值是正常的。

１５．２　現象分析

ＴＩＫ－５５４－０３Ｅ和相鄰熱電偶ＴＩＫ－５５４－０２Ｅ都是送往計算機顯示溫度，檢查發現在計算機房的接線端子板上，這２支熱電偶補償導線負極端子與計算機相連的接線對調，造成錯接，由于熱電偶是鎧裝型熱電偶，熱電偶的熱點通過護套管和設備鋼材相連，而且這２支熱電偶安裝位置靠近，從而使ＴＩＫ－５５４－０３Ｅ的正極與ＴＩＫ－５５４－０２Ｅ的負極構成了１支等效熱電偶，相鄰熱電偶的接線如圖９所示。正常情況下，這２個點的溫度相差不大，上述問題不易被發現。現在ＴＩＫ－５５４－０２Ｅ補償導線負極的錯接，造成ＴＩＫ－５５４－０３Ｅ溫度顯示出現跳動現象，由于故障現象時顯、時消，因此故障一時較難尋找。