冶金自动化仪表故障分析与处理对策

徐 波

（山钢股份莱芜分公司机械动力部，山东 济南 271104）

在冶金生产过程中，自动化仪表承担着对各种生产设备运行状态的监测与控制任务，一旦仪表出现故障，设备的正常运转状态将受到严重影响，进而给冶金企业造成巨大的经济损失。因此，仪表维护人员应当及时查找出故障部位、类型与引发故障的原因，并制订一套切实可行的故障排除方案，以确保冶金生产的各道工序能够高效展开。

1 冶金自动化仪表的类别

1.1 温度仪表

温度仪表主要负责对冶金生产过程中炼焦、烧结、高炉冶炼等生产工序的实时运行温度进行监测与控制，以保证设备运行温度始终保持在正常范围之内。按接触方式划分，主要分为接触式仪表与非接触式仪表，其中，其中接触式仪表包括双金属温度计、压力温度计、热电偶、热电阻等，非接触式温度仪表包括温度变送器、温度传感器等。而在冶金生产中较为常用的是非接触式仪表，这种仪表主要以热电阻或者热电偶作为测温元件（如图1所示），对每一道生产工序的温度进行精准测量，并以传输信号的形式传递给终端操作平台，进而对温度进行有效控制和自动调节。

图1 温度仪表主要测温元件

1.2 压力仪表

压力仪表主要负责对高炉富氧管道、煤气管道等产生高压的部位与设备的压力值进行实时监控，确保压力值始终在正常范围内波动。较为常见的压力仪表包括压力计、压力表、压力变送器、压力传感器、智能式压力变送器等。以智能式压力变送器为例，这种压力仪表性能卓越，稳定性高，可靠性好，测量精度高，测量的压力值误差值在±0.1%左右，而且，智能式压力变送器具有数字与模拟两种输出方式，可以和现场总线网络及上位计算机相连，进而实现远程通讯与监控，一旦监测出压力值超标时，系统将自动发出预警信号，终端操作人员能够第一时间对压力值进行调节，这就为冶金生产流程的高效展开提供了坚实保障[1]。压力变送器工作原理如图2所示。

图2 压力变送器的工作原理

1.3 流量仪表

流量仪表主要是用来监测煤气流量、氮气流量、蒸汽流量、液态水流量的监测装置，主要包括流量计、流量传感器、流量变送器、液位计等。在冶金生产过程中，通过对这些气态与液态物质流量的监测，能够制订最为优化的生产方案，以确保在减少材料浪费与节能降耗的前提下，提升单位时间内的生产效率，进而为企业创造更多的经济效益。

2 冶金自动化仪表的常见故障与处理对策

2.1 温度仪表的常见故障与处理对策

压力式温度计、热电阻测温计以及热电偶测温计是冶金生产中较为常用的温度仪表，受到恶劣作业条件的影响，这些仪表常常出现温度示数误差偏大、通电不显示读数、指针卡涩等现象，为了避免影响整个工艺流程，仪表维护人员应当查找出引发这些故障的主要原因，并及时进行排障处理。

2.1.1 压力式温度计故障分析

压力式温度计的常见故障类型包括指示误差大、指针卡涩等，引起这些故障的主要原因是：第一，在安装仪表时，由于安装位置错误，使得仪表中的测量元件与被测介质间无法实现热交换，导致读数偏低。第二，由于被测区域的保温性较差，使得测量元件的热量散失快，在这种情况下，测量的温度值也会出现偏低现象。第三，在接线过程中，由于线路之间接触不良或者发生短路故障，也会出现测量温度偏高或者偏低的情况。针对以上故障类型，可以采取以下处理方法，来排除故障隐患。首先对温度仪表的指示值进行检查，如果发现指示值变化幅度较大，则可以判定仪表系统出现故障，当确定故障类型与准确部位以后，应对仪表的调节阀输入信号进行检查，如果调节阀已经动作，而输入信号丝毫没有变化，则说明调节阀膜头膜片发生了泄漏故障，这时，维修人员可以针对泄漏部位采取堵漏措施，确保输入信号能够正常传送。如果输出信号始终处于变动状态，而调节器的输入信号却没有变化，则可以判定调节器出现了故障，这时，可以采取更换内部元器件的方法来排除故障隐患。

2.1.2 热电阻测温计故障分析

短路与断路是热电阻测温计较为常见的故障类型，在判断热电阻是否存在短路与断路故障时，维修人员可以利用万用表的“×1Ω”档进行测量，如果测量阻值小于RO，则可以确定热电阻已经出现短路故障，如果万用表显示的读数无穷大，则可以确定热电阻此时已经出现断路故障。当热电阻出现短路故障，维修人员可以利用吹风机将短路部位吹干，使线路之间能够保持良好的绝缘性。当热电阻出现断路故障，维修人员应当及时更换电阻体，如果采取焊接方式进行修理，当焊接结束以后需要对热电阻的各项性能重新进行检测，检测合格后方可使用。除了短路与断路故障外，热电阻的测量装置在运行过程中经常出现以下故障，如表1所示。

表1 热电阻测温计常见故障与处理对策

2.1.3 热电偶测温计常见故障

显示仪表指示值偏低或者偏高是热电偶测温计的常见故障，产生这些故障的主要原因包括以下几个方面：第一，在安装热电偶时，由于插入深度过浅或者过深，都无法准确测量出炉膛内的真实温度。正常情况下，测温计的插入深度应当是保护管直径的8倍～10倍。第二，热电偶与炉壁之间绝缘不良，也会出现示数误差，产生这种情况的原因是由于热电偶保护管与拉线污垢或者盐渣过多，随着高炉温度的升高，这种现象也随之加重，这时，热电偶测量的温度高出值能够超过100℃以上。第三，如果热电偶存在热惰性，那么也会引起测量温度的剧烈变化，尤其在快速测量炉内温度时，仪表示数误差将更为明显。在这种情况下，维修人员可以将粗热电极替换为细热电极，将直径较大的保护管替换为直径较小的保护管[2]。

2.2 压力仪表的常见故障与处理对策

2.2.1 判断压力仪表故障的主要方法

压力仪表的常见故障主要包括DCS系统无指示、现场仪表指示正常但DCS指示偏低、仪表示数偏差大等，判断压力仪表故障的方法主要包括短路法、断路法、替换法、分部法、电压法以及电流法。

（1）短路法。短路法主要是将可能存在故障隐患的电路或者元器件进行短接，然后通过对故障状态的观察来确定故障发生的具体部位。一般多用于判定多级电路的故障。当电路与元器件处于短接状态时，观察故障的发生是在短接之前还是发生在短接之后。比如在某级输出端电位处于非正常状态，检修人员可以对该级的输入端进行短接处理，如果发现输出端电位处于正常状态，则可以判定该级电路并不存在故障。利用短路法检测压力仪表故障时，较为常用的一种短接方式是晶体三级管基极与发射极短路。

（2）断路法。与短路法同理，断路法主要是将单元电路或者整机电路断开，并观察断开以后的故障是否消除。一旦压力仪表出现故障以后，首先需要判断故障的几种可能性，然后再将可能存在故障的部位的电路断开，观察故障是发生在断路之前还是断路之后。当再次通电以后，发现故障消失，则说明，被断开的电路当中存在故障，然后，检修人员继续对断开的电路进行故障排除，这样能够大大缩减故障排查范围，节省故障排查与检修时间。

（3）替换法。替换法主要是利用更换压力仪表内部元器件或者线路板的方法，来判定故障部位与类型。为了能够准确判断出故障类型，检修人员需要采用与原来的元器件规格尺寸相同、性能优越的元器件，并对其进行通电试验，如果替换元器件以后，故障消除，则说明被替换的元器件存在故障。如果故障依然存在，可以继续替换其它元器件。由于这种方法需要耗费大量的时间，因此，在替换元器件之前，首先应当利用短路或者断路法，来判定故障类型与具体部位，当采用上述两种方法无法准确判定出故障类型以后，方可采用替换法。为了避免替换过程中出现人为故障，在采用这种方法时，应当切断电源，在完成替换工作以后，应将散热片与大功率晶体管之间的绝缘片复位，以避免给其它组件造成损害。

（4）分部法。这种方法主要是将压力仪表的电气部分与电气拆分为几个部分，然后逐一探明故障部位与类型。其中，仪表电路主要包括外部回路、电源回路以及内部回路，外部回路处于仪表接线端的外测，电源回路包括交流电源到电源变压器的所有电路，而内部回路则是除上述两种情况以外的电路。在判定仪表故障时，应当遵循由外到内、由大到小的原则，逐一缩小排查范围，当确定故障的准确位置以后，需要对故障原因进行全面分析，以制订针对性的故障排除方案。但是，这种分部排除故障的方法，排查时间长，所做的无用功较多，而且当故障类型较为复杂时，则难以找到故障原因，这就给后续检修工作带来了诸多负面影响。

（5）电压法。电压法主要是利用测量电压的万用表对压力仪表的交流电压与直流电压进行测量，交流电压一般是指220V的交流电压、交流稳压器输出的电压、变压器线圈电压以及振荡电压等，直流电压主要是指直流供电电压、电子管电压、半导体元器件工作电压以及对地电压等。但是，由于电压法的排障范围受到严格限制，一旦压力仪表的持续供电电源关闭，那么这种方法也将失效，比如仪表内部元器件短路或者出现冒烟、跳火等事故，利用电压法都难以判定出故障类型。

（6）电流法。与电压法相比，利用电流法判定压力仪表故障时，其判定过程较为复杂，一般情况下，电流法主要包括直测法与间测法，直测法是断开电路以后，将电流表与电路串联，并将测得的电流值与压力仪表正常工作状态时的数据进行比对，进而判定出故障类型。而间测法则无需断开电路，主要根据电阻值的大小来计算出一个近似的电流值，并与正常工作状态的电流值进行比对。

2.2.2 常见故障与处理对策

如表2所示。

表2 压力仪表的常见故障与处理对策

2.3 流量仪表的常见故障与处理对策

流量仪表的常见故障是测量精度存在较大误差，引起这一故障的主要原因不包括气穴产生的测量错误、液体中混入气泡、气体中出现冷凝液、仪表磨损或者出现大量结垢。为了确保流量仪表能够正常发挥气体与液体流量监测功能，维修人员应当结合引发这一故障的主要原因，制订一套针对性强、实效性好的故障排除方案。比如当管道内部充液不全而残留一定量的空气时，液体当中就会产生大量的气泡，这时，流量仪表的测量精度也将受到严重影响，因此，维修人员首先对管道系统进行检查，然后将多余的液体排出，当确定液体排尽后，应当重新进行充液，为了避免产生较大空隙而残留更多的气体，维修人员可以在高点设置排气阀，及时将多余的气体排出。

3 结语

冶金自动化仪表的正常运行是保障冶金生产进度的前提条件，因此，为了降低自动化仪表的故障率，延长仪表的使用寿命，冶金企业在建立和完善自动化仪表监督管理机制的同时，应当进一步加大对仪表故障的排查与监督力度，并始终秉持一种“防患于未然”的态度，做好事先防范，注重事中管理，事后及时反思，以最大限度的降低仪表故障的发生概率。