綜述火電廠熱工自動(dòng)化儀表的原理及故障

綜述火電廠熱工自動(dòng)化儀表的原理及故障摘要：本文闡述了多種對(duì)火電廠熱工自動(dòng)化儀表的原理，解析熱工自動(dòng)化儀表經(jīng)常出現(xiàn)的故障原因并提出相應(yīng)的維護(hù)方案，有效避免絕大多數(shù)儀表故障，更好保證自動(dòng)化電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。關(guān)鍵詞：火電廠熱工自動(dòng)化;變送器;應(yīng)用原理;故障導(dǎo)言熱工自動(dòng)化儀表是熱工自動(dòng)化系統(tǒng)中關(guān)鍵的子系統(tǒng)之一。一般熱工自動(dòng)化儀表主要由三個(gè)部分組成[1]，⑴傳感器，利用各種信號(hào)檢測(cè)被測(cè)模擬量；⑵變送器，將傳感器所測(cè)量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?～20mA的電流信號(hào)；⑶顯示器，將測(cè)量結(jié)果直觀地顯示出來，提供結(jié)果。這三個(gè)部分有機(jī)地結(jié)合在一起，缺少其中的任何一部分則不能稱為完整的儀表。熱工自動(dòng)化儀表通過對(duì)熱工參數(shù)（如溫度、壓力、流量、物位等）的測(cè)量，可以及時(shí)反映熱力設(shè)備的運(yùn)行工況，為運(yùn)行人員提供操作依據(jù)；為電廠控制系統(tǒng)準(zhǔn)確及時(shí)提供信號(hào)；為信息管理系統(tǒng)提供分析數(shù)據(jù)。因此，運(yùn)行良好的熱工自動(dòng)化儀表是保證熱力設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)電廠自動(dòng)化的必要條件[2]。1、主要熱工自動(dòng)化儀表介紹由于熱工測(cè)量過程中所用到的自動(dòng)化儀表甚多，這里只介紹幾種比較典型的儀表。1.1測(cè)溫儀表1.1.1熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。它由感受件熱電偶和用來測(cè)量熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的二次儀表組成。由于在一定條件下，熱電偶工作端的被測(cè)溫度t與熱電偶所產(chǎn)生的熱勢(shì)E之間有確定的函數(shù)關(guān)系[3]，即E=f(t)(稱為熱電偶的熱電性質(zhì))，因此，二次儀表測(cè)得的電勢(shì)數(shù)值就代表著被測(cè)溫度。熱電偶溫度計(jì)一般用于測(cè)量鍋爐煙氣溫度、鍋爐汽包溫度以及汽機(jī)主氣溫度等高溫環(huán)境。熱電偶在使用中應(yīng)防止過分折傷，避免產(chǎn)生附加應(yīng)力和寄生電動(dòng)勢(shì)，造成測(cè)溫不準(zhǔn)確。常見熱電偶主要特性可見表1-1。1表1-1常見熱電偶主要特性1.1.2熱電阻溫度計(jì)在用熱電偶測(cè)量500℃以下溫度時(shí)，測(cè)量精度較低，可采用熱電阻溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。熱電阻測(cè)溫值可達(dá)-200℃之低。熱電阻溫度計(jì)由熱電阻、連接導(dǎo)線和測(cè)量電阻值的顯示儀表組成。熱電阻測(cè)量溫度的原理是利用一些金屬在溫度變化時(shí)其電阻也隨著發(fā)生變化的特性，主要有鉑熱電阻和銅熱電阻兩種。熱電阻溫度計(jì)一般用于測(cè)量循環(huán)水溫度、凝結(jié)水溫度以及電機(jī)軸承溫度等較低溫的環(huán)境，熱電阻在使用中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1）為了減少環(huán)境溫度對(duì)線路電阻的影響，常采用三線制或四線制連接；2）熱電阻引入顯示儀表的線路電阻必須符合規(guī)定值，否則會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；3）熱電阻工作電流要小于規(guī)定值（通常為6mA），否則因過大電流產(chǎn)生附加誤差；4）熱電阻的分度號(hào)必須和顯示儀表調(diào)校分度號(hào)相同。常見熱電阻主要特性可見表1-2。表1-2常見熱電阻主要特性1.2測(cè)壓儀表1.2.1膜盒微壓計(jì)在鍋爐上被廣泛用于送風(fēng)系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓和尾部煙道的壓力測(cè)量。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)通過取壓管進(jìn)入薄膜盤，使膜盒的自由端產(chǎn)生位移，帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使指針軸偏轉(zhuǎn)，指針即在度盤上指示出壓力值。1.2.2波紋管壓力計(jì)用波紋管和彈簧組成的波紋管室作為測(cè)量元件。被測(cè)壓力經(jīng)由接頭，毛細(xì)管進(jìn)入波紋管室，波紋管的底部在壓力作用下向上移動(dòng)，經(jīng)由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使指針或記錄筆偏轉(zhuǎn)，指示或記錄被測(cè)壓力。波紋管壓力計(jì)常用來指示并記錄鍋爐蒸汽壓力。21.2.3擴(kuò)散硅式壓力變送器擴(kuò)散硅式壓力（差壓）變送器是電阻應(yīng)變式變送器的一種，它采用集成電路技術(shù)，在半導(dǎo)體材料硅基片上用擴(kuò)散工藝形成應(yīng)變電阻，其電阻變化率與被測(cè)壓力成正比。由于單晶硅材料的彈性性能很高，其彈性滯后和蠕變很小，且其壓阻效應(yīng)又很大，故測(cè)壓的轉(zhuǎn)換精度很高，可以測(cè)量幾十千赫的脈動(dòng)壓力，一般用于測(cè)量高壓蒸汽壓力。擴(kuò)散硅式壓力變送器測(cè)量線路原理如圖1-1所示。圖1-1擴(kuò)散硅式壓力變送器測(cè)量線路原理圖為了保護(hù)測(cè)壓儀表，一般不允許壓力計(jì)指針經(jīng)常處于刻度上限處，但選用測(cè)量范圍過大的儀表又會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果被測(cè)壓力相當(dāng)穩(wěn)定，則被測(cè)壓力的正常值應(yīng)在壓力計(jì)測(cè)量范圍的三分之二處；如果被測(cè)壓力經(jīng)常變動(dòng)，則其正常值應(yīng)在壓力計(jì)測(cè)量范圍的二分之一處。1.3流量儀表1.3.1容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)是通過儀表殼體中不停轉(zhuǎn)動(dòng)的具有計(jì)量容積的轉(zhuǎn)子的計(jì)數(shù)來測(cè)定體積流量的。若流體流量較大，則其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也越快，從而可測(cè)取流量，這類流量儀表有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪（羅茨）流量計(jì)和旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)等。容積式流量計(jì)可用于鍋爐燃油流量的測(cè)量。1.3.2差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)是利用流體流動(dòng)中造成的差壓與其流速成一定關(guān)系，并測(cè)取其差壓之大小來測(cè)流量的。當(dāng)流體中放入某節(jié)流元件時(shí)，該節(jié)流元件前后分別造成不同的靜壓力，測(cè)取這靜壓力之差便可以得知流量，這類流量計(jì)主要有彎管流量計(jì)和皮托管流量計(jì)，在鍋爐蒸汽流量測(cè)量中普遍采用。1.3.3微機(jī)型數(shù)字流量計(jì)由于模擬顯示儀表測(cè)流量時(shí)設(shè)備多、成本高、精度也不能夠滿足，因此微機(jī)型數(shù)字流量計(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬儀表進(jìn)行流量測(cè)量成為一種趨勢(shì)。微機(jī)型數(shù)字流量計(jì)具有以下特點(diǎn)：1)能夠利用軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)中間變量的運(yùn)算和補(bǔ)償；32)以數(shù)字量顯示各種單位的流量，并通過網(wǎng)絡(luò)傳遞流量信息到主控室或其他設(shè)備；3)顯示具有實(shí)時(shí)性，并能夠進(jìn)行存儲(chǔ)及報(bào)警。圖1-2微機(jī)型數(shù)字流量計(jì)組成框圖圖1-2為微機(jī)型數(shù)字流量計(jì)的組成框圖。下面通過常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測(cè)量過熱蒸汽流量來介紹微機(jī)型數(shù)字流量計(jì)的工作過程。微機(jī)型數(shù)字流量計(jì)通過三個(gè)變送器DBC、DBY、DBW分別測(cè)量節(jié)流裝置的差壓、流體壓力和溫度，并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，再由電流電壓轉(zhuǎn)換器I/U及A/D轉(zhuǎn)換器將電流信號(hào)最終轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，此數(shù)字量再通過CPU運(yùn)算處理，最后由LED進(jìn)行數(shù)字顯示或由打印機(jī)進(jìn)行打印。微機(jī)型數(shù)字流量計(jì)可用于供熱系統(tǒng)及生產(chǎn)過程中對(duì)介質(zhì)為水蒸氣或其他液體、氣體等的瞬時(shí)流量的測(cè)量、監(jiān)視、報(bào)警。1.4物位儀表1.4.1電容式物位傳感器電容式物位傳感器有兩個(gè)導(dǎo)體電極（通常把容器壁作為一個(gè)電極），由于電極間是氣體、流體或固體而導(dǎo)致靜電容的變化，因此可以敏感物位。它的敏感元件有三種形式，即棒狀、線狀和板狀，其工作溫度、壓力主要受絕緣材料的限制。電容式物位傳感器可以采用微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整靈敏度，并且具有自診斷的功能，同時(shí)能夠檢測(cè)敏感元件的破損、絕緣性的降低、電纜和電路的故障等，并可以自動(dòng)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)高可靠性的信息傳遞。由于電容式物位傳感器無機(jī)械可動(dòng)部分，且敏感元件簡單，操作方便，在清水池、水箱等液位測(cè)量中廣泛應(yīng)用[4]。1.4.2超聲波物位傳感器超聲波物位傳感器是一種非接觸式的物位傳感器，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。其工作原理是，工作時(shí)向液面或粉體表面發(fā)射一束超聲波，被其反射后，傳感器再接收此反射波。設(shè)聲速一定，根據(jù)聲波往返的時(shí)間就可以計(jì)算出傳吸器到液面（粉體表面）的距離，即測(cè)量出液面（粉體表面）位置。超聲波的頻率愈低，隨著距離的衰減愈小，但是反射效率也小。因此，應(yīng)根據(jù)測(cè)量范圍、物位表面狀況4和周圍環(huán)境條件來決定所使用的超聲波傳感器。高性能的超聲波物位傳感器由微機(jī)控制。以緊湊的硬件進(jìn)行特性調(diào)整和功能檢測(cè)。它可以準(zhǔn)確地區(qū)別信號(hào)波和噪聲，因此，可以在攪拌器工作的任況下測(cè)量物位。此外，在高溫或吹風(fēng)時(shí)也可檢測(cè)物位，特別是可以檢測(cè)高粘度液體和粉狀體的物位。2、熱工自動(dòng)化儀表故障分析及維護(hù)正因?yàn)闊峁ぷ詣?dòng)化儀表在自動(dòng)化電廠中的重要作用，所以必須盡量避免儀表的故障或損壞，雖然目前在電廠中使用的自動(dòng)化儀表都有較高的可靠性，但在實(shí)際應(yīng)用過程中總會(huì)出現(xiàn)很多故障，去除產(chǎn)品本身質(zhì)量問題，主要的故障原因有密封問題、振動(dòng)問題、維護(hù)不當(dāng)、非人為破壞及人為破壞等五大類，各種故障原因所占的比例如圖2-1所示。圖2-1各種故障原因比例圖如圖所示，由于密封問題所造成的儀表故障比例高達(dá)60.5%，主要原因有：（一）、由于自動(dòng)化儀表的電纜接線密封不良而使雨水或者其他液體進(jìn)入儀表內(nèi)部，從而導(dǎo)致儀表內(nèi)部電路故障或機(jī)械部分潤滑不良。針對(duì)這種情況，在設(shè)備訂貨時(shí)不要疏忽儀表進(jìn)線電纜的密封接頭，而且在選型上要注意接頭尺寸與電纜外徑相匹配，安裝、維護(hù)時(shí)要按照規(guī)范安裝并擰緊密封接頭；因特殊情況不能可靠密封時(shí)可采用硅膠，玻璃膠等封死接口。（二）、儀表蓋密封不好也是導(dǎo)致故障率較高的另一主要原因，這一原因可導(dǎo)致水或者其他腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入表內(nèi)對(duì)儀表內(nèi)部器件進(jìn)行腐蝕。針對(duì)這種情況，維護(hù)人員必須選取外殼防護(hù)等級(jí)較高的儀表，準(zhǔn)確安裝好儀表蓋，并擰緊固定螺絲，必要時(shí)可為儀表安裝保護(hù)箱。維護(hù)不當(dāng)和人為破壞所造成的故障，可統(tǒng)稱為人為因素故障，這是由于維護(hù)人員個(gè)人技術(shù)原因或者責(zé)任心不強(qiáng)對(duì)儀表進(jìn)行了不規(guī)范的維護(hù)，使儀表產(chǎn)生了故障或者由于儀表部件、電纜被盜而造成的儀表不能正常工作，人為因素故障的比例達(dá)到了28%，針對(duì)前一種情況，維護(hù)人員必須認(rèn)真學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)和操作規(guī)程，并嚴(yán)格按照技術(shù)要求和操作規(guī)程進(jìn)行操作，并樹立敬業(yè)愛崗的精神；對(duì)于后5一種情況，必須加強(qiáng)電廠的設(shè)備監(jiān)控及防盜管理。非人為破壞是指在電廠的自動(dòng)化流水作業(yè)過程中，由于非正常情況（如異常物料或者異常工況等）對(duì)熱工自動(dòng)化儀表產(chǎn)生的破壞或者損傷而引起的儀表故障，這種情況出現(xiàn)的概率雖然較低，但由于其突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性，防治比較困難，這種情況要求現(xiàn)場人員集中注意力，對(duì)所負(fù)責(zé)工作一絲不茍，充分檢查電廠作業(yè)流程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并采取措施以保證作業(yè)的正常進(jìn)行。振動(dòng)問題雖然在所有原因中所占的比例不高,但也是不容忽視的問題,常見的有儀表的固定螺絲或者卡套松動(dòng)、儀表接線不良、焊口裂縫等故障現(xiàn)象?？刹扇∠鄳?yīng)的對(duì)策如牢固擰緊固定螺絲或卡套，每個(gè)螺絲都保證配有防松彈簧墊片，增加橡膠墊、支撐架來緩解振動(dòng)，加