GSP氣化爐煤粉氣力輸送系統的常見故障與解決措施

徐亞昆

(神華寧夏煤業集團煤化工分公司，銀川 750411)

神華寧煤集團煤基烯烴項目采用的是西門子GSP氣化爐，該裝置有兩套氣力輸送系統(麥考勃與克萊德)，一套的作用是將備煤裝置制備好的煤粉發送到氣化裝置的粉煤倉中；另一套的作用為將煤鎖斗泄壓過程中帶出的煤粉返送至氣化裝置的粉煤倉中。在此重點介紹氣力輸送系統在運行過程中出現的常見故障，在分析其優、缺點的基礎上，給出故障的解決辦法。

1 氣力輸送系統①

氣力輸送是以正壓或負壓氣流通過管道輸送散裝物料的裝置，其輸送模式有兩種:稀相輸送和濃相輸送(表1)，筆者介紹的兩套氣力輸送系統均為濃相輸送，其輸送形式均為移動床。氣力輸送的優勢是：可以進行大部分散裝固體物料的輸送；全封閉系統使揚塵降到最低；易于適應用戶原有的工廠布局；路線布置相比機械輸送更容易；很少的動作部件；容易實現全自動化控制。

表1 氣力輸送的兩種模式對比

2 現場儀表設備對比

氣力輸送系統的現場儀表設備并不復雜，而且麥考勃和克萊德并無太大區別，主要分為3部分：控制發送罐物料進出的圓頂閥；控制發送載氣的電磁換向閥組(氣控箱)；控制發送過程的壓力變送器及射頻料位計等，其中控制發送載氣的電磁換向閥組與控制發送過程的壓力變送器及射頻料位計等均為常規設備。

圓頂閥的閥芯結構為圓頂型，其獨特性在于圓頂閥性能優良，可靠性高。不同于傳統的閘閥和蝶閥，圓頂閥穹形體的凸出邊緣在其關閉動作時可以推開物料大顆粒；圓頂閥開啟后形成全通道，穹形體不接觸流動物料，完全避免產生磨損。

圓頂閥采用耐磨材料，是依靠低壓氮氣實現緊密密封效果的特殊閥門，適宜處理含塵氣體和磨琢性散裝物料，可以切斷進入壓力罐的流動料流或靜止料柱，關閉實現密封，從而保證壓力罐的充填率為100%，而且無需依賴于發送罐的料位計，所以控制原理簡單可靠(圖1)。圓頂閥自帶密封氣囊，故密封等級較高。

圖1 圓頂閥的密封氣囊結構示意圖

圓頂閥設計堅固，在標準應用中每100萬次運行才需檢驗一次。但在本項目中，由于前期對其認識不到位，經常嚴重損壞圓頂閥穹形體和密封圈，經過多次閥門下線拆檢并仔細檢查后得出如下結論：

a. 圓頂閥的運行原理要求，可膨脹密封氣囊收縮只有在圓頂閥兩側壓力完全無壓時，否則氣體和物料將高速穿過穹形體和密封氣囊之間的間隙，造成穹形體和密封圈磨損。密封氣囊作為圓頂閥的關鍵設備對閥門的運行壽命起到了至關重要的作用，一般密封氣囊的充氣壓力為0.7MPa，在閥門使用時密封氣囊充氣壓力必須等于或略微低于此壓力，一旦充氣壓力較低說明密封氣囊已經損壞，如果繼續使用，由于閥內介質為煤粉，具有很好的流動性與沖蝕性，介質從氣囊密封不嚴處泄漏，不斷地沖刷閥芯，在較短的時間內就對閥芯造成難以修復的損傷。為此，需定期對氣囊密封壓力進行檢查，一旦發現壓力不足盡快要求工藝交出檢修更換密封氣囊。

b. 可膨脹密封圈在閥門開啟或關閉動作之前應該完全收縮，否則將造成穹體切割損壞密封圈。經過多次拆檢后研究發現，易損氣囊表面都有“八”字形壓痕(圖2)，原因是圓頂閥芯還未關到位時氣囊已經充氣造成的，需要調整氣囊充氣時間。在調節充氣壓桿位置后此問題解決。

圖2 密封氣囊上的“八”字形壓痕

此外，還出現過閥門不能開啟/關閉的現象，分析其原因是氣壓不足或接線錯誤造成的，在檢修中保證供給足夠的供氣壓力，并檢查、維修或更換電線后，故障解決。密封圈不能膨脹的原因是氣壓不足、電磁閥故障、接線錯誤或非接觸開關故障，在檢修中保證供氣壓力充足，更換電磁閥或電線，并更換故障的非接觸開關即可。密封圈不能收縮的原因是，快速排氣閥或空氣開關上的消音器堵塞，更換消音器或快速排氣閥后故障解決。

3 控制系統

在氣力輸送控制系統的設備上，麥考勃和克萊德在本項目應用時區別很大，麥考勃使用DCS系統控制而克萊德則使用獨立的PLC系統控制。現對比分析如下：

a. 麥考勃系統的所有信號直接接入氣化裝置的霍尼韋爾DCS，不用獨立設置機柜、CPU、卡件及安全柵等。使用克萊德PLC系統需要搭建一套完整的系統，還需將部分信號通信到DCS系統，這就增加了可能的故障點，提高了維護運行成本。

b. 使用DCS系統為圖形化組態，簡單易懂，能較為容易地實現復雜的控制程序組態；但使用PLC系統為梯型圖組態，面對復雜控制時組態繁瑣且不易實現。

c. DCS系統出現故障時，由于操作人員日常使用熟練所以恢復故障較快；而PLC系統的故障不易查找，因而恢復故障較慢。

4 PLC故障解決

筆者重點介紹一下PLC故障時的處理方法。當備煤氣力輸送系統出現故障無法正常向氣化裝置輸送煤粉便會影響氣化裝置的正常生產，若故障無法及時解決很可能會導致氣化裝置全線停車。目前本項目氣力輸送PLC系統故障情況可分兩類。

4.1 PLC和DCS通信故障

本項目使用的控制核心分別為西門子PLC400和霍尼韋爾PKSC300。如果發現DCS中無法正常顯示氣力輸送系統的閥門狀態，氣力輸送系統AI點的值全部為NAN，DCS的命令無法控制氣力輸送系統閥門，則可判定為DCS與PLC之間通信故障。處理時需要在DCS的STATION的工具欄中的configure→systemhardware→controllerinterface→channels→point servers/controller中查看PLC和DCS之間的通信是否中斷報警或故障率較高等，若無其他硬件報錯，則只需將通信斷開再重新啟動，故障率小于25%即可(一般故障率在萬分之五以下)；若硬件報錯則需檢查RS485電纜各接線端子是否緊固，交換機工作是否正常，網線插接是否緊固，硬件報錯需要現場查看硬件指示燈的狀態，通信正常時TXD1/RXD1應該交替閃爍。

4.2 主、備CPU運行故障

PLC系統的核心處理器為西門子CPU412-3H，查看主、備CPU狀態指示燈是否正常，RUN指示燈是否為綠色，若RUN指示燈為黃色則說明CPU已停止工作。

如果主CPU運行正常，備CPU故障，此時需要將備CPU進行熱啟，即將撥碼開關扳到RUN后，RUN的指示燈閃爍由綠色閃爍變為綠色不閃，則說明備CPU恢復正常；若無法啟動，則需要進行冷啟。

CPU重啟的方法，先確保電源模塊撥動開關在ON位以確保CPU正常啟動，CPU的3種啟動方式為：熱啟動——將CPU撥動開關由RUN扳到STOP再扳到RUN；暖啟動——將CPU撥動開關由RUN扳到STOP再扳至SMERS長按住保持5s松開，再由STOP扳一下至SMERS然后再扳至RUN；冷啟動，即將CPU撥動開關由RUN扳到STOP，斷開電源模塊上的開關，然后再合上電源模塊的開關，最后再將CPU撥動開關由STOP扳至RUN。需要注意的是，第1種方式CPU內部程序會部分丟失；第2種方式CPU內部程序必定丟失，需要程序下裝；第3種方式程序可能丟失。

如果主、備CPU均故障，首先將備CPU撥動開關扳到STOP位置，然后將主CPU進行熱啟。若仍無法啟動，則需要重新下裝程序。

5 結束語

筆者從現場儀表和控制系統兩個方面對比了神華寧煤集團煤基烯烴項目西門子GSP氣化爐的兩套氣力輸送系統，并重點介紹了核心設備圓頂閥和PLC系統的部分常見故障的處理方法與改進措施。希望給類似工藝提供有價值的故障處理方案。