氯碱生产中控制仪表异常情况分析及处理措施

吴红忠

（焦作煤业集团开元化工有限责任公司，河南 焦作）

焦作煤业（集团）开元化工有限责任公司（以下简称“开元化工”）一期20 万t/a 离子膜烧碱项目采用离子膜法制碱生产工艺，目前已连续运行12年。通过对离子膜烧碱装置运行中控制仪表出现的异常情况而导致停车的原因进行分析，总结出快速有效的处理措施和解决方案，以供同行参考。

1 氯压机内置轴承振动传感器故障导致联锁停机

1.1 事故经过

2014年5月28日， 氯氢合成岗位系统联锁画面显示“氯压机CM501 停”首出信号，进一步查找氯压机联锁画面显示 “氯压机前轴承轴振动SF （故障）”导致氯压机联锁停机。

1.2 原因分析

（1）直接原因：氯压机内置的轴振动传感器发生软故障。

（2）间接原因：自2011年8月氯压机投用以来，没有按照有关规定进行氯压机的预防性检修，也没有要求厂家按期进行售后维护服务。

1.3 采取措施

（1）对氯压机的各类传感器线路、接点进行排查，按照设备使用说明书的规定，科学制定设备设施各部位、部件的检查、维护、检修、更换周期等管理办法，层层落实，责任到人，严格落实监督；加强备品备件的管理，做到有备无患。

（2）立即开展专业、全面、认真的隐患排查治理工作，使管理和现场并重，发现隐患及时按照“五定”要求认真整改到位，弥补管理漏洞，确保系统平稳运行。

（3）加强对关键设备的检查、维护和运行管理，根据实际情况制定防止类似事故再次发生的防范措施，同时加强设备日常使用管理，确保设备安全运转。

2 氯压机非驱动轴承温度热电阻异常导致系统联锁停车

2.1 事故经过

2016年11月13日零点班， 氯压机突然跳停，造成烧碱系统联锁停车，经排查及现场检测为氯压机非驱动轴承温度热电阻异常。

2.2 原因分析

2.2.1 直接原因

（1）仪表工对现场处理热电偶、热电阻性能不够了解，不能及时准确进行异常情况处理。

（2）仪表工检测操作存在错误，万用表不能随便对检测端线走上走下， 因为万用表上有电压，数值会增加电压。

（3）仪表热电阻出现异常故障。

（4）热电阻连接线接触不良。

2.2.2 间接原因

（1）调度第一时间对事故情况判断不清楚，没有及时有效对现场进行指导。

（2）现场值班人员向分厂主管领导汇报不及时、不清楚，给下步抢险工作增加了难度，延长了停车时间。

2.3 采取措施

（1）加强岗位培训，使每个操作工对控制仪表元件性能都熟知熟会； 对异常情况处置程序化，避免违章操作。

（2）提升调度的现场处置能力，能够快速准确处理现场各种异常情况。

（3）优化对现场异常情况的汇报流程，使汇报内容简单快速准确，给调度指挥抢险缩短时间。

3 氯压机水分析仪数值超高，系统联锁保护导致系统停车

3.1 事故经过

2017年1月10日， 氯压机水分析仪运行指标（位号QT5451）数值由0.855×10-6瞬间升至500×10-6（报警值150×10-6，联锁值480×10-6），氯压机联锁保护停机，导致烧碱系统联锁停车。

3.2 原因分析

氯气压缩机二级冷却器老化， 出现漏点后发生冷却水泄漏，少量冷却水进入氯气系统，造成氯气在线水分析仪数值超过联锁值，系统联锁保护动作导致系统停车。

3.3 采取措施

（1）加强设备巡检、定检工作。

（2）建立和完善氯压机冷却器强制更换制度，对冷却器运行3年后进行强制更换，并常备1 台冷却器，以便泄漏时及时更换，避免因冷却管泄漏导致氯碱装置系统频繁停车。

4 氯压机温度变送器出现软故障引起联锁停车

4.1 事故经过

2017年2月24日7：07， 氯碱系统突然发生停车事故，DCS 监控画面显示氯压机联锁显示为TT-5481SF 联锁停氯压机。 压缩机电机u 相绕组温度TT-5481 显示在24日07：00：46 突然由79.121 ℃下降为下限-56.166 ℃，07：07：52 氯压机停车，氯碱系统联锁停车。

7：40 左右仪表工检查现场TT-5481 温度探头接线， 测量温度探头电阻值为125 Ω， 对应温度为64.59 ℃， 温度探头测点正常； 此时DCS 监控画面TT-5481 显示值仍为-56.166 ℃，接着排查TT-5481的温度变送器（温度变送器原理是将现场温度探头的PT100 热电阻信号转换为模拟量的4～20 mA 信号，变送器接收PT100 探头热电阻信号，将热电阻信号转换为4～20 mA 信号传送到中控DCS 显示），将TT-5482 的温度探头测点更换至TT-5481 的温度变送器，TT-5481 显示无变化； 将TT-5481 的探头测点换至TT-5482 的温度变送器上，DCS 监控画面TT-5482 显示正常； 将TT-5481、 TT-5482 各自恢复原接线路，TT-5481、 TT-5482 均正常， 由此可以判断本次单系统停车是由于TT-5481 温度变送器出现软故障引起的设备事故。 为避免TT-5481 温度变送器再次出现软故障，维修分厂更换新的温度变送器， 经过与TT-5482 温度变送器交叉核对后，确认TT-5481 更换温度变送器后显示正常，在此期间发现探头和温变间接线连接排也有老化现象并对接线排进行了更换。 再次确认各项指标正常后，氯压机正常开机运行，具备开车条件。

4.2 原因分析

（1）氯压机厂房内温度较高，TT-5481 温度变送器内部元件因长期运行发生软故障是造成此次事故的直接原因。

（2）仪表定检项目存在缺陷，现场排查不到位，未对探头和温变间接线连接排等进行排查是造成此次事故的重要原因。

（3）管理制度不完善，未根据现场运行环境对温变、探头等仪表元件采取定检或强制更换措施是造成此次事故的重要原因。

（4）岗位技能培训不到位，仪表工对现场仪表问题排查不全面是造成此次事故的间接原因。

4.3 防范措施

（1）加强现场巡查力度，每月2 次对控制仪表外观及运行状况进行详细检查，并做好记录。

（2）加强仪表管理，由机电部组织修订电气、仪表定检和维修操作规程，并对定检项目再次进行梳理，结合现场运行条件完善定检维护内容。

（3）强化仪表工岗位技能培训，注重实操和理论结合，提高仪表工发现问题并迅速解决问题的能力。

（4）每半年检修期间，对变送器进行参数校对，紧固压线螺丝（包括探头和温变间接线连接排），并做好记录。

（5）每年更换探头和温变间接线连接排，每6年强制更换温度变送器，如期间出现波动或异常应及时更换，并做好记录。

5 整流柜纯水压力表指针卡死，造成PLC控制联锁

5.1 事故经过

2017年5月6日02：59，3#、4# 电解槽准备送电， 由于4# 整流柜内纯水压力表指针卡死在下限值位置，造成PLC 控制联锁，不具备开车送电条件。直到03：26 开始正常送电，延误开车时间27 min。

5.2 原因分析

现场整流操作工巡查不到位，未能对开车条件进行详细认真的确认。

5.3 采取措施

（1）动力分厂加强仪表管理，对参与联锁的仪表设备在开车前认真排查确认。

（2）加强现场巡检工作，及时发现仪表隐患并及时处理。

6 自控阀风管断裂导致氯氢压差联锁停车

6.1 事故经过

6月13日15：50，由于1#氢压机小回流阀风管断裂，回流自控阀全打开，泵后压力窜回泵前，泵前压力升高，导致氯氢压差联锁，烧碱系统停车。

6.2 原因分析

（1）1# 氢压机气液分离器振动大， 气源管有旧伤痕，气源管断裂导致阀门处于故障状态。

（2）仪表工责任心不强，对气源管没有定期认真检查是事故的直接原因。

（3）维修分厂管理人员责任心不强，对仪表管理重视程度不够， 对非计划停车管控措施不到位，没有根据现场运行情况安排定期更换气源管是事故的主要原因。

6.3 采取措施

（1）维修分厂加强仪表管理，对可能引起非计划停车的因素再次认真排查梳理。

（2）维修分厂安排仪表人员对现场重要仪表定期排查，半月一次对关键部位认真检查。

（3）维修分厂每三年对氢压机气源管进行定期强制更换。

7 电解槽电位差信号丢失导致单槽跳停

7.1 事故经过

2018年5月15日08：10，仪表维护接到电解中控反映2# 电解槽槽电压波动大（460～505 V 波动），08：25 仪表维护工到工程师站查看组态，08：30 左右仪表维护工询问电解中控2# 电解槽槽电压是否存在联锁，中控答复2#电解槽槽电压无联锁，可以校正仪表，随后仪表维护工（DCS 机柜间）与电气工段段长（整流现场）配合检查2# 电解槽电压（EI_3230B）的信号电流， 检查前再次确认2# 电解槽槽电压有无联锁， 得到电解中控2# 电解槽槽电压无联锁的答复后， 在01SC1 柜RA1/2 端子板拨动线标管查找线号（看不到线号），测量结果为0，呼叫电气无应答， 出机柜间电解主控反映2# 电解槽因电位差由-0.01 V 突降至-5 V（历时1 s）已于08：34：39 联锁跳停（联锁值为±1 V）。

7.2 事故原因分析

（1）5月15日08：34：38 之前电位差显示数值在规定范围内，之后1 s 左右由-0.01 V 突降至-5 V导致单槽跳停，08：34：39 之后电位差显示数值在规定范围内，由此可以判断不是电解槽本身导致电位差波动引起的停槽事故。

（2）仪表维护工在查找槽电压信号线时拨动线标管（含电位差线标管），在拨动线标管过程中可能会造成接线松动、 接触不良等问题导致信号丢失，从而导致单槽跳停。

（3）信号传输问题。 可能在此段时间内2#电解槽电位差信号确实丢失，从而导致单槽跳停。

7.3 采取措施

（1）维护人员在处理问题时，对于维护过程中可能涉及到的仪表点须全部确认无误后再作业，作业时必须一人作业、一人监护。 涉及到系统联锁停车的检修项目，应由工段长以上人员现场监护。

（2） 机柜内查找仪表信号接线位置时， 通过DCS 组态查找确定， 原则上不允许拨动线标管，必须通过拨动线标管才能确定具体位置的首先要确定拨动范围内的信号有无联锁，如有联锁必须在解除联锁后再作业。

8 自动阀开度调节失误导致联锁停车

8.1 事情经过

7月6日21：55：25，氢气系统PICA6016C 压力由7.6 kPa 开始迅速下降，3# 氢气泵自动阀由20.269%开始逐步开大， 但氢气压力继续持续下降。DCS 操作工用对讲机通知班长到氢气岗位检查异常情况。

21：55：38， 氯氢DCS 操作工发现3# 自动阀自动开启但氢气压力还在下降，自动阀跟踪不了氢气压力后， 立即将3# 氢气泵的自动阀由自动控制切换到手动控制并将自动阀开启度由23.223%逐步调整到50.266%。 但在调整过程中氢气压力继续下降到-7.045 kPa。 氯氢班长到达3# 氢气泵处，发现3#氢气泵自动阀阀杆朝向南北位置，自动阀处于关闭状态， 立即用对讲机通知DCS 岗位将1# 氢气泵自动阀打开进行调整，同时又联系仪表人员前来处理。

氯氢DCS 另外一名操作工发现氢气压力下降，3# 氢气泵自动阀打开后氢气压力没有上涨趋势时，在21：56：08 立即将1# 氢气泵回流由0 调整到12.503%， 氢气压力开始上涨。 但此时氢气压力为-6.972 kPa，氢气泵前为负压。 为了避免氢气泵前负压时间过长，氢气系统抽入空气可能引起系统爆炸，DCS 操作工随即又将1# 氢气泵自动阀由12.503%开启到90%。 1#氢气泵自动阀开启到90%时， 氢气泵前压力由-7.045 kPa 上升到8.779 kPa。在调整1# 氢气泵自动阀期间， 因氯氢压差波动较大， 造成1#、4# 电解槽单槽氯氢压差超过9 kPa 后联锁跳停。

因氢气泵前压力上涨过快，21：56：26， 氯氢DCS 操作工将1# 氢气泵自动阀由90%开度关闭到17.509%， 氢气泵前压力由21.380 kPa 下降到6.679 kPa，在调整氢气泵自动阀期间，因氢气压差波动较大，5#、7#、8#、2#、6# 电解槽因氯氢压差超过-1 kPa 后联锁跳停。

经落实，7月5日维修分厂仪表对3# 氢气泵自动阀进行过维修， 并更换了风管减压阀，7月6日19：30 左右仪表工接到氯氢操作工通知3# 氢气泵自动阀打不开，仪表工到现场后与其共同对阀门进行处理，该阀是气关阀，把气源断开，阀门打开正常，然后与中控结合给定不同信号进行调试，正常后交付给工艺人员，20：07 氯氢开3#氢气泵运行。

8.2 事故原因

（1）由于中控人员调整1#氢气泵自动阀开度过大，在泵前压力上涨后未及时调整，造成1#、4#电解槽联锁跳停，后在调整氢气泵自动阀期间，因氢气压差波动较大，造成5#、7#、8#、2#、6#电解槽因氯氢压差相继联锁跳停。

（2）3# 氢气泵自动阀跟踪不及时，出现卡顿，不能及时调整到位，起不到调节作用是造成本次联锁停车的主要原因。

8.3 整改措施

（1）拆卸和检查3# 氢压机自动阀，保证跟踪调整到位，避免自动阀因跟踪调整不及时处理不及时而造成生产事故。

（2）一分厂规范工艺操作、完善操作方法，制定氢气泵自动阀手动调节频率及最大开度，避免出现大幅调整开度，造成系统压力波动，导致联锁。

（3）一分厂加强职工培训，增强职工应急处置能力，冷静处置突发事件。

9 网络电压波动导致停车

9.1 事故经过

2月20日20：31 左右调度室操作台3 台电脑突然黑屏而后自动重启（同一时间一期及二期中控室照明灯闪烁）， 调度员查看另一台未黑屏电脑发现氯压机、氢压机停机（同一时间中控DCS、整流、高压先后向调度汇报系统停车）。

仪表及电气维护人员去现场排查， 通过调取DCS 联锁画面得知停机首出信号为氯压机停机，进一步查看趋势图， 对比分析发现20：31：34 氯压机氮气密封压差由29.348 kPa 突降为-1.495 kPa，氮气密封气压差低低联锁导致氯压机停机，进而导致电解槽停运、氢压机停机，烧碱装置全系统停车。

9.2 原因分析[1]

通过照明灯闪烁、电脑黑屏以及事后调查、了解可以断定2月20日20：31 左右外部电网网络电压出现波动。 调取DCS 趋势图对比分析发现，2月20日20：31：34 氯压机氮气密封气压差突降的同时氯压机电流由56.02 A 上升至60.95 A；通过查看电解槽槽电压趋势图发现20：31：33 时8 台电解槽槽电压及电流均出现不同程度的波动，其中2#、5# 电解槽表现较为明显，2# 电解槽槽电压由511.6 V 降至496.45 V、电流由14.3 kA 降至10.39 kA，5# 电解槽槽电压由507 V 降至496.7 V、 电流由14.58 kA 降至8.69 kA。 经查，设备设施、电气、仪表以及生产工艺在此时间段未发现异常情况。

根据趋势图分析及现场了解判断，本次停车事故是由外部电网电压波动导致仪表供电电压及电流波动所引起的。 但本次事故的发生也暴露出日常管理上的疏漏，外部电网网络电压波动导致DCS 操作台部分电脑出现断电、黑屏现象，而为各DCS 操作台电脑（市电线路）配备的小UPS 电源并未起到相应的续航作用。

9.3 采取措施

在10 kV 一段线路上增加电网检测设备，用于外部网络检测，便于及时发现网络电压波动及事后排查事故原因。 同时，完善配备小UPS 电源，保证在关键的时候能够充分起到应有的作用，减少和缓解外部电网电压波动造成的影响。

10 结语

随着国家安全环保要求的不断提高及工业生产自动化程度的不断提升， 氯碱行业实现了智能化、信息化、网络化和数字化技术在工业生产的成熟应用， 控制仪表在生产中的重要性愈来愈突出。开元化工对历年来控制仪表在离子膜烧碱装置运行过程中出现的异常现象进行了分析总结，通过具体实践不断优化处理方法和方案，为离子膜烧碱装置安全、高效、长期稳定运行总结出可行的处置经验，为烧碱企业同行提供一定的参考。