DCS過程控制中Pt100故障的分析與處理

張五一 王巧艷 劉莉莉

(中國石油玉門油田分公司煉化總廠，甘肅 玉門 735200)

DCS過程控制中Pt100故障的分析與處理

張五一 王巧艷 劉莉莉

(中國石油玉門油田分公司煉化總廠，甘肅 玉門 735200)

介紹Pt100的測溫原理和接線方式，分析影響Pt100溫度傳感器測量結(jié)果準(zhǔn)確性的因素。并以某廠酸性水裝置瓦斯站1#壓縮機(jī)油箱溫度檢測回路TT_103/TT_104誤差過大且相互干擾故障處理為例，給出了Pt100故障的分析與處理方法。

Pt100 故障分析 處理方法 接線形式

煉油化工生產(chǎn)中，溫度是儀表控制和檢測的四大參數(shù)(壓力、流量、溫度、液位)之一。中國石油玉門油田分公司煉化總廠生產(chǎn)現(xiàn)場安裝的溫度傳感器有兩種：熱電偶和鉑熱電阻(Pt100)。由于熱電阻比熱電偶的價(jià)格低廉而且遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)線纜不需要補(bǔ)償導(dǎo)線，一般當(dāng)測溫范圍在650℃以下時(shí)，通常選用Pt100作為現(xiàn)場溫度傳感器，以降低企業(yè)生產(chǎn)成本。但是煉油化工裝置現(xiàn)場復(fù)雜，環(huán)境惡劣。Pt100常會被現(xiàn)場的各類化工介質(zhì)污染和腐蝕，進(jìn)而出現(xiàn)故障影響溫度測量準(zhǔn)確性。同時(shí)，儀表維護(hù)人員對熱電阻的故障判斷和排查也比熱電偶復(fù)雜和困難，若不熟悉熱電阻的測試方法，工作效率將非常低下，最終影響煉化生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。因此，只有掌握Pt100溫度傳感器的原理、熟悉Pt100接線方式和測量結(jié)果的影響因素，才能在實(shí)際工作中快速判斷Pt100的故障類型，迅速解決問題，保證裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1 Pt100溫度傳感器原理與接線方式①

Pt100是一種用白金做成的穩(wěn)定性和線性良好的鉑絲熱電阻溫度傳感器。Pt100是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，電阻信號通過引線傳遞到溫度變送器，再將電阻值轉(zhuǎn)換成溫度值，從而實(shí)現(xiàn)在DCS系統(tǒng)或其他一次儀表上的溫度測量與顯示。

Pt100和溫度變送器之間有3種接線方式：二線制、三線制、四線制。

二線制Pt100的阻值Rt為：

由于連接導(dǎo)線的電阻RL1、RL2無法測得，因而兩個阻值被計(jì)入到Pt100的電阻值中，使測量結(jié)果產(chǎn)生附加誤差。如果100℃時(shí)Pt100的熱電阻率為0.379Ω/℃，這時(shí)若導(dǎo)線的電阻值為2Ω，則引起的測量誤差為5.3℃。

三線制是實(shí)際應(yīng)用中最常見的一種接線方式。三線制要求三根導(dǎo)線的材料、線徑、長度一致且工作溫度相同，三根導(dǎo)線的電阻值也要求相同，即RL1=RL2=RL3。三線制Pt100的阻值Rt′為：

由此可得，三線制接線方式與二線制相比，可通過增加一根導(dǎo)線來補(bǔ)償連接導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。

四線制是Pt100測溫的理想接線方式，但由于其接線成本較高，中國石油玉門油田分公司煉化總廠沒有采用。

綜上所述，二線制測量結(jié)果包含了線電阻；三線制和四線制測量結(jié)果不包含線電阻，兩者的區(qū)別在于三線制對線路電阻采用的是補(bǔ)償法。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)取用相同線材和相同長度的導(dǎo)線，并注意減小接觸電阻，否則三線制同樣會受到線路電阻和接觸電阻的影響。

2 影響Pt100測量結(jié)果的因素

筆者從實(shí)際維護(hù)工作中總結(jié)出的造成Pt100測量誤差的影響因素主要有以下5個方面：

a. 在DCS過程控制現(xiàn)場中，中國石油玉門油田分公司煉化總廠通過在各Pt100其中的一根引線上直接并接第3根引線，完成兩線制到三線制的改造，沒有嚴(yán)格按照三線制的標(biāo)準(zhǔn)接法接線；

b. 接線端子被氧化腐蝕或油污污染，導(dǎo)致接觸不良進(jìn)而引起接觸電阻太大；

c. 引線太細(xì)或太長造成引線電阻太大；

d. 分度號不匹配；

e. 溫度變送器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差過大。

3 Pt100故障的快速分析和處理

筆者以中國石油玉門油田分公司煉化總廠酸性水裝置瓦斯站1#壓縮機(jī)油箱溫度檢測回路TT_103/TT_104誤差過大且相互干擾故障處理案例來詳細(xì)分析Pt100故障的分析與處理方法。

現(xiàn)場運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，酸性水裝置瓦斯站1#壓縮機(jī)油箱溫度檢測回路TT_104的現(xiàn)場實(shí)際溫度為20℃，而瓦斯站壓縮機(jī)DCS畫面中TT_104顯示52℃，誤差32℃。針對這一現(xiàn)象，對TT_104回路做了以下檢測和排查。

首先，檢查DCS機(jī)柜間1#壓縮機(jī)油箱溫度檢測回路TT_104各個端子的接線狀況。從DCS畫面調(diào)出TT_104的點(diǎn)信息，確定回路TT_104在DCS硬件系統(tǒng)接線中的位置(10站-39設(shè)備-第2通道)；從設(shè)備接線位置確定TT_104至溫度變送器的接線位置。溫度變送器MTL5074的接線原理如圖1所示。溫度變送器MTL5074輸入端子1、3、4是熱電阻三線制接線，輸出端子11、12輸出4～20mA信號，端子13、14為溫度變送器MTL5074供電(24V(DC))。溫度變送器MTL5074的檢查過程：先拆開端子11、12連線，在上面逐次發(fā)送4、12、20mA信號，觀察DCS瓦斯站壓縮機(jī)畫面中TT_104顯示是否吻合量程的0%、50%、100%，進(jìn)而確定溫度變送器MTL5074輸出

圖1 溫度變送器MTL5074的接線原理

端到DCS的線路有無問題。

其次，判斷溫度變送器MTL5074的好壞。從圖1中可以看出，TT_104回路的溫度傳感器Pt100是三線制接線形式。其測試方法為：使用100Ω的電阻來模擬Pt100在0℃時(shí)的阻值，將它接入傳感器輸入端，看是否顯示000，即可確定溫度變送器MTL5074的好壞。

然后，判斷Pt100的好壞。Pt100三線制熱電阻在0℃時(shí)對應(yīng)100Ω，每上升(下降)1℃其阻值上升(下降)0.385Ω。用萬用表測量阻值后對照Pt100溫度傳感器分度表查找該電阻值下的溫度，并與現(xiàn)場實(shí)測溫度對比即可判斷Pt100的好壞。

最后，查找外圍信號電纜。通過對DCS過程控制現(xiàn)場設(shè)備上Pt100的檢查，發(fā)現(xiàn)Pt100是由兩根引線的元件改接成三線制的，即第3根線是后續(xù)才接上的電纜；打開外圍信號電纜穿管蓋頭，發(fā)現(xiàn)其中有段信號電纜接頭已經(jīng)充滿油污且腐蝕嚴(yán)重，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)這段電纜與回路TT_103的第3根信號電纜接混了。更換信號電纜，改正TT_103、TT_104線纜錯誤，恢復(fù)全部接線后，DCS瓦斯站壓縮機(jī)畫面1#壓縮機(jī)溫度測量回路TT_103、TT_104數(shù)值顯示與現(xiàn)場完全吻合，準(zhǔn)確無誤，故障處理完畢。

需要注意的是，DCS過程控制現(xiàn)場處理故障安全防范措施。現(xiàn)場作業(yè)前首先必須辦理作業(yè)許可證；大機(jī)組作業(yè)要檢查是否具有聯(lián)鎖保護(hù)功能，如酸性水裝置瓦斯站1#壓縮機(jī)油箱溫度檢測回路TT_103/TT_104直接參與機(jī)組聯(lián)鎖保護(hù)，因此作業(yè)前一定要告知生產(chǎn)裝置并且申請辦理聯(lián)鎖解除票；在瓦斯站壓縮機(jī)房排查故障要使用防爆工具；故障修復(fù)后要恢復(fù)所有電氣防爆密封。

4 結(jié)束語

筆者通過對Pt100溫度傳感器的工作原理、接線方式和測量結(jié)果的影響因素的闡述與分析，為DCS過程控制現(xiàn)場故障處理提供了具體的科學(xué)理論依據(jù)，今后在出現(xiàn)此類故障時(shí)能夠更加迅速準(zhǔn)確判斷和處理故障，為生產(chǎn)裝置精準(zhǔn)化控制提供準(zhǔn)確無誤的參考數(shù)據(jù)。并借此與同行共同學(xué)習(xí)、交流和分享日常維護(hù)工作中的經(jīng)驗(yàn)，以提高處理現(xiàn)場故障的能力和效率。

TH165+.3

B

1000-3932(2016)10-1111-02

2016-04-12(修改稿)