冶金自動化儀表故障分析與處理對策

徐 波

（山鋼股份萊蕪分公司機械動力部，山東 濟南 271104）

在冶金生產過程中，自動化儀表承擔著對各種生產設備運行狀態的監測與控制任務，一旦儀表出現故障，設備的正常運轉狀態將受到嚴重影響，進而給冶金企業造成巨大的經濟損失。因此，儀表維護人員應當及時查找出故障部位、類型與引發故障的原因，并制訂一套切實可行的故障排除方案，以確保冶金生產的各道工序能夠高效展開。

1 冶金自動化儀表的類別

1.1 溫度儀表

溫度儀表主要負責對冶金生產過程中煉焦、燒結、高爐冶煉等生產工序的實時運行溫度進行監測與控制，以保證設備運行溫度始終保持在正常范圍之內。按接觸方式劃分，主要分為接觸式儀表與非接觸式儀表，其中，其中接觸式儀表包括雙金屬溫度計、壓力溫度計、熱電偶、熱電阻等，非接觸式溫度儀表包括溫度變送器、溫度傳感器等。而在冶金生產中較為常用的是非接觸式儀表，這種儀表主要以熱電阻或者熱電偶作為測溫元件（如圖1所示），對每一道生產工序的溫度進行精準測量，并以傳輸信號的形式傳遞給終端操作平臺，進而對溫度進行有效控制和自動調節。

圖1 溫度儀表主要測溫元件

1.2 壓力儀表

壓力儀表主要負責對高爐富氧管道、煤氣管道等產生高壓的部位與設備的壓力值進行實時監控，確保壓力值始終在正常范圍內波動。較為常見的壓力儀表包括壓力計、壓力表、壓力變送器、壓力傳感器、智能式壓力變送器等。以智能式壓力變送器為例，這種壓力儀表性能卓越，穩定性高，可靠性好，測量精度高，測量的壓力值誤差值在±0.1%左右，而且，智能式壓力變送器具有數字與模擬兩種輸出方式，可以和現場總線網絡及上位計算機相連，進而實現遠程通訊與監控，一旦監測出壓力值超標時，系統將自動發出預警信號，終端操作人員能夠第一時間對壓力值進行調節，這就為冶金生產流程的高效展開提供了堅實保障[1]。壓力變送器工作原理如圖2所示。

圖2 壓力變送器的工作原理

1.3 流量儀表

流量儀表主要是用來監測煤氣流量、氮氣流量、蒸汽流量、液態水流量的監測裝置，主要包括流量計、流量傳感器、流量變送器、液位計等。在冶金生產過程中，通過對這些氣態與液態物質流量的監測，能夠制訂最為優化的生產方案，以確保在減少材料浪費與節能降耗的前提下，提升單位時間內的生產效率，進而為企業創造更多的經濟效益。

2 冶金自動化儀表的常見故障與處理對策

2.1 溫度儀表的常見故障與處理對策

壓力式溫度計、熱電阻測溫計以及熱電偶測溫計是冶金生產中較為常用的溫度儀表，受到惡劣作業條件的影響，這些儀表常常出現溫度示數誤差偏大、通電不顯示讀數、指針卡澀等現象，為了避免影響整個工藝流程，儀表維護人員應當查找出引發這些故障的主要原因，并及時進行排障處理。

2.1.1 壓力式溫度計故障分析

壓力式溫度計的常見故障類型包括指示誤差大、指針卡澀等，引起這些故障的主要原因是：第一，在安裝儀表時，由于安裝位置錯誤，使得儀表中的測量元件與被測介質間無法實現熱交換，導致讀數偏低。第二，由于被測區域的保溫性較差，使得測量元件的熱量散失快，在這種情況下，測量的溫度值也會出現偏低現象。第三，在接線過程中，由于線路之間接觸不良或者發生短路故障，也會出現測量溫度偏高或者偏低的情況。針對以上故障類型，可以采取以下處理方法，來排除故障隱患。首先對溫度儀表的指示值進行檢查，如果發現指示值變化幅度較大，則可以判定儀表系統出現故障，當確定故障類型與準確部位以后，應對儀表的調節閥輸入信號進行檢查，如果調節閥已經動作，而輸入信號絲毫沒有變化，則說明調節閥膜頭膜片發生了泄漏故障，這時，維修人員可以針對泄漏部位采取堵漏措施，確保輸入信號能夠正常傳送。如果輸出信號始終處于變動狀態，而調節器的輸入信號卻沒有變化，則可以判定調節器出現了故障，這時，可以采取更換內部元器件的方法來排除故障隱患。

2.1.2 熱電阻測溫計故障分析

短路與斷路是熱電阻測溫計較為常見的故障類型，在判斷熱電阻是否存在短路與斷路故障時，維修人員可以利用萬用表的“×1Ω”檔進行測量，如果測量阻值小于RO，則可以確定熱電阻已經出現短路故障，如果萬用表顯示的讀數無窮大，則可以確定熱電阻此時已經出現斷路故障。當熱電阻出現短路故障，維修人員可以利用吹風機將短路部位吹干，使線路之間能夠保持良好的絕緣性。當熱電阻出現斷路故障，維修人員應當及時更換電阻體，如果采取焊接方式進行修理，當焊接結束以后需要對熱電阻的各項性能重新進行檢測，檢測合格后方可使用。除了短路與斷路故障外，熱電阻的測量裝置在運行過程中經常出現以下故障，如表1所示。

表1 熱電阻測溫計常見故障與處理對策

2.1.3 熱電偶測溫計常見故障

顯示儀表指示值偏低或者偏高是熱電偶測溫計的常見故障，產生這些故障的主要原因包括以下幾個方面：第一，在安裝熱電偶時，由于插入深度過淺或者過深，都無法準確測量出爐膛內的真實溫度。正常情況下，測溫計的插入深度應當是保護管直徑的8倍～10倍。第二，熱電偶與爐壁之間絕緣不良，也會出現示數誤差，產生這種情況的原因是由于熱電偶保護管與拉線污垢或者鹽渣過多，隨著高爐溫度的升高，這種現象也隨之加重，這時，熱電偶測量的溫度高出值能夠超過100℃以上。第三，如果熱電偶存在熱惰性，那么也會引起測量溫度的劇烈變化，尤其在快速測量爐內溫度時，儀表示數誤差將更為明顯。在這種情況下，維修人員可以將粗熱電極替換為細熱電極，將直徑較大的保護管替換為直徑較小的保護管[2]。

2.2 壓力儀表的常見故障與處理對策

2.2.1 判斷壓力儀表故障的主要方法

壓力儀表的常見故障主要包括DCS系統無指示、現場儀表指示正常但DCS指示偏低、儀表示數偏差大等，判斷壓力儀表故障的方法主要包括短路法、斷路法、替換法、分部法、電壓法以及電流法。

（1）短路法。短路法主要是將可能存在故障隱患的電路或者元器件進行短接，然后通過對故障狀態的觀察來確定故障發生的具體部位。一般多用于判定多級電路的故障。當電路與元器件處于短接狀態時，觀察故障的發生是在短接之前還是發生在短接之后。比如在某級輸出端電位處于非正常狀態，檢修人員可以對該級的輸入端進行短接處理，如果發現輸出端電位處于正常狀態，則可以判定該級電路并不存在故障。利用短路法檢測壓力儀表故障時，較為常用的一種短接方式是晶體三級管基極與發射極短路。

（2）斷路法。與短路法同理，斷路法主要是將單元電路或者整機電路斷開，并觀察斷開以后的故障是否消除。一旦壓力儀表出現故障以后，首先需要判斷故障的幾種可能性，然后再將可能存在故障的部位的電路斷開，觀察故障是發生在斷路之前還是斷路之后。當再次通電以后，發現故障消失，則說明，被斷開的電路當中存在故障，然后，檢修人員繼續對斷開的電路進行故障排除，這樣能夠大大縮減故障排查范圍，節省故障排查與檢修時間。

（3）替換法。替換法主要是利用更換壓力儀表內部元器件或者線路板的方法，來判定故障部位與類型。為了能夠準確判斷出故障類型，檢修人員需要采用與原來的元器件規格尺寸相同、性能優越的元器件，并對其進行通電試驗，如果替換元器件以后，故障消除，則說明被替換的元器件存在故障。如果故障依然存在，可以繼續替換其它元器件。由于這種方法需要耗費大量的時間，因此，在替換元器件之前，首先應當利用短路或者斷路法，來判定故障類型與具體部位，當采用上述兩種方法無法準確判定出故障類型以后，方可采用替換法。為了避免替換過程中出現人為故障，在采用這種方法時，應當切斷電源，在完成替換工作以后，應將散熱片與大功率晶體管之間的絕緣片復位，以避免給其它組件造成損害。

（4）分部法。這種方法主要是將壓力儀表的電氣部分與電氣拆分為幾個部分，然后逐一探明故障部位與類型。其中，儀表電路主要包括外部回路、電源回路以及內部回路，外部回路處于儀表接線端的外測，電源回路包括交流電源到電源變壓器的所有電路，而內部回路則是除上述兩種情況以外的電路。在判定儀表故障時，應當遵循由外到內、由大到小的原則，逐一縮小排查范圍，當確定故障的準確位置以后，需要對故障原因進行全面分析，以制訂針對性的故障排除方案。但是，這種分部排除故障的方法，排查時間長，所做的無用功較多，而且當故障類型較為復雜時，則難以找到故障原因，這就給后續檢修工作帶來了諸多負面影響。

（5）電壓法。電壓法主要是利用測量電壓的萬用表對壓力儀表的交流電壓與直流電壓進行測量，交流電壓一般是指220V的交流電壓、交流穩壓器輸出的電壓、變壓器線圈電壓以及振蕩電壓等，直流電壓主要是指直流供電電壓、電子管電壓、半導體元器件工作電壓以及對地電壓等。但是，由于電壓法的排障范圍受到嚴格限制，一旦壓力儀表的持續供電電源關閉，那么這種方法也將失效，比如儀表內部元器件短路或者出現冒煙、跳火等事故，利用電壓法都難以判定出故障類型。

（6）電流法。與電壓法相比，利用電流法判定壓力儀表故障時，其判定過程較為復雜，一般情況下，電流法主要包括直測法與間測法，直測法是斷開電路以后，將電流表與電路串聯，并將測得的電流值與壓力儀表正常工作狀態時的數據進行比對，進而判定出故障類型。而間測法則無需斷開電路，主要根據電阻值的大小來計算出一個近似的電流值，并與正常工作狀態的電流值進行比對。

2.2.2 常見故障與處理對策

如表2所示。

表2 壓力儀表的常見故障與處理對策

2.3 流量儀表的常見故障與處理對策

流量儀表的常見故障是測量精度存在較大誤差，引起這一故障的主要原因不包括氣穴產生的測量錯誤、液體中混入氣泡、氣體中出現冷凝液、儀表磨損或者出現大量結垢。為了確保流量儀表能夠正常發揮氣體與液體流量監測功能，維修人員應當結合引發這一故障的主要原因，制訂一套針對性強、實效性好的故障排除方案。比如當管道內部充液不全而殘留一定量的空氣時，液體當中就會產生大量的氣泡，這時，流量儀表的測量精度也將受到嚴重影響，因此，維修人員首先對管道系統進行檢查，然后將多余的液體排出，當確定液體排盡后，應當重新進行充液，為了避免產生較大空隙而殘留更多的氣體，維修人員可以在高點設置排氣閥，及時將多余的氣體排出。

3 結語

冶金自動化儀表的正常運行是保障冶金生產進度的前提條件，因此，為了降低自動化儀表的故障率，延長儀表的使用壽命，冶金企業在建立和完善自動化儀表監督管理機制的同時，應當進一步加大對儀表故障的排查與監督力度，并始終秉持一種“防患于未然”的態度，做好事先防范，注重事中管理，事后及時反思，以最大限度的降低儀表故障的發生概率。