徐亚昆

(神华宁夏煤业集团煤化工分公司，银川 750411)

神华宁煤集团煤基烯烃项目采用的是西门子GSP气化炉，该装置有两套气力输送系统(麦考勃与克莱德)，一套的作用是将备煤装置制备好的煤粉发送到气化装置的粉煤仓中；另一套的作用为将煤锁斗泄压过程中带出的煤粉返送至气化装置的粉煤仓中。在此重点介绍气力输送系统在运行过程中出现的常见故障，在分析其优、缺点的基础上，给出故障的解决办法。

1 气力输送系统①

气力输送是以正压或负压气流通过管道输送散装物料的装置，其输送模式有两种:稀相输送和浓相输送(表1)，笔者介绍的两套气力输送系统均为浓相输送，其输送形式均为移动床。气力输送的优势是：可以进行大部分散装固体物料的输送；全封闭系统使扬尘降到最低；易于适应用户原有的工厂布局；路线布置相比机械输送更容易；很少的动作部件；容易实现全自动化控制。

表1 气力输送的两种模式对比

2 现场仪表设备对比

气力输送系统的现场仪表设备并不复杂，而且麦考勃和克莱德并无太大区别，主要分为3部分：控制发送罐物料进出的圆顶阀；控制发送载气的电磁换向阀组(气控箱)；控制发送过程的压力变送器及射频料位计等，其中控制发送载气的电磁换向阀组与控制发送过程的压力变送器及射频料位计等均为常规设备。

圆顶阀的阀芯结构为圆顶型，其独特性在于圆顶阀性能优良，可靠性高。不同于传统的闸阀和蝶阀，圆顶阀穹形体的凸出边缘在其关闭动作时可以推开物料大颗粒；圆顶阀开启后形成全通道，穹形体不接触流动物料，完全避免产生磨损。

圆顶阀采用耐磨材料，是依靠低压氮气实现紧密密封效果的特殊阀门，适宜处理含尘气体和磨琢性散装物料，可以切断进入压力罐的流动料流或静止料柱，关闭实现密封，从而保证压力罐的充填率为100%，而且无需依赖于发送罐的料位计，所以控制原理简单可靠(图1)。圆顶阀自带密封气囊，故密封等级较高。

图1 圆顶阀的密封气囊结构示意图

圆顶阀设计坚固，在标准应用中每100万次运行才需检验一次。但在本项目中，由于前期对其认识不到位，经常严重损坏圆顶阀穹形体和密封圈，经过多次阀门下线拆检并仔细检查后得出如下结论：

a. 圆顶阀的运行原理要求，可膨胀密封气囊收缩只有在圆顶阀两侧压力完全无压时，否则气体和物料将高速穿过穹形体和密封气囊之间的间隙，造成穹形体和密封圈磨损。密封气囊作为圆顶阀的关键设备对阀门的运行寿命起到了至关重要的作用，一般密封气囊的充气压力为0.7MPa，在阀门使用时密封气囊充气压力必须等于或略微低于此压力，一旦充气压力较低说明密封气囊已经损坏，如果继续使用，由于阀内介质为煤粉，具有很好的流动性与冲蚀性，介质从气囊密封不严处泄漏，不断地冲刷阀芯，在较短的时间内就对阀芯造成难以修复的损伤。为此，需定期对气囊密封压力进行检查，一旦发现压力不足尽快要求工艺交出检修更换密封气囊。

b. 可膨胀密封圈在阀门开启或关闭动作之前应该完全收缩，否则将造成穹体切割损坏密封圈。经过多次拆检后研究发现，易损气囊表面都有“八”字形压痕(图2)，原因是圆顶阀芯还未关到位时气囊已经充气造成的，需要调整气囊充气时间。在调节充气压杆位置后此问题解决。

图2 密封气囊上的“八”字形压痕

此外，还出现过阀门不能开启/关闭的现象，分析其原因是气压不足或接线错误造成的，在检修中保证供给足够的供气压力，并检查、维修或更换电线后，故障解决。密封圈不能膨胀的原因是气压不足、电磁阀故障、接线错误或非接触开关故障，在检修中保证供气压力充足，更换电磁阀或电线，并更换故障的非接触开关即可。密封圈不能收缩的原因是，快速排气阀或空气开关上的消音器堵塞，更换消音器或快速排气阀后故障解决。

3 控制系统

在气力输送控制系统的设备上，麦考勃和克莱德在本项目应用时区别很大，麦考勃使用DCS系统控制而克莱德则使用独立的PLC系统控制。现对比分析如下：

a. 麦考勃系统的所有信号直接接入气化装置的霍尼韦尔DCS，不用独立设置机柜、CPU、卡件及安全栅等。使用克莱德PLC系统需要搭建一套完整的系统，还需将部分信号通信到DCS系统，这就增加了可能的故障点，提高了维护运行成本。

b. 使用DCS系统为图形化组态，简单易懂，能较为容易地实现复杂的控制程序组态；但使用PLC系统为梯型图组态，面对复杂控制时组态繁琐且不易实现。

c. DCS系统出现故障时，由于操作人员日常使用熟练所以恢复故障较快；而PLC系统的故障不易查找，因而恢复故障较慢。

4 PLC故障解决

笔者重点介绍一下PLC故障时的处理方法。当备煤气力输送系统出现故障无法正常向气化装置输送煤粉便会影响气化装置的正常生产，若故障无法及时解决很可能会导致气化装置全线停车。目前本项目气力输送PLC系统故障情况可分两类。

4.1 PLC和DCS通信故障

本项目使用的控制核心分别为西门子PLC400和霍尼韦尔PKSC300。如果发现DCS中无法正常显示气力输送系统的阀门状态，气力输送系统AI点的值全部为NAN，DCS的命令无法控制气力输送系统阀门，则可判定为DCS与PLC之间通信故障。处理时需要在DCS的STATION的工具栏中的configure→systemhardware→controllerinterface→channels→point servers/controller中查看PLC和DCS之间的通信是否中断报警或故障率较高等，若无其他硬件报错，则只需将通信断开再重新启动，故障率小于25%即可(一般故障率在万分之五以下)；若硬件报错则需检查RS485电缆各接线端子是否紧固，交换机工作是否正常，网线插接是否紧固，硬件报错需要现场查看硬件指示灯的状态，通信正常时TXD1/RXD1应该交替闪烁。

4.2 主、备CPU运行故障

PLC系统的核心处理器为西门子CPU412-3H，查看主、备CPU状态指示灯是否正常，RUN指示灯是否为绿色，若RUN指示灯为黄色则说明CPU已停止工作。

如果主CPU运行正常，备CPU故障，此时需要将备CPU进行热启，即将拨码开关扳到RUN后，RUN的指示灯闪烁由绿色闪烁变为绿色不闪，则说明备CPU恢复正常；若无法启动，则需要进行冷启。

CPU重启的方法，先确保电源模块拨动开关在ON位以确保CPU正常启动，CPU的3种启动方式为：热启动——将CPU拨动开关由RUN扳到STOP再扳到RUN；暖启动——将CPU拨动开关由RUN扳到STOP再扳至SMERS长按住保持5s松开，再由STOP扳一下至SMERS然后再扳至RUN；冷启动，即将CPU拨动开关由RUN扳到STOP，断开电源模块上的开关，然后再合上电源模块的开关，最后再将CPU拨动开关由STOP扳至RUN。需要注意的是，第1种方式CPU内部程序会部分丢失；第2种方式CPU内部程序必定丢失，需要程序下装；第3种方式程序可能丢失。

如果主、备CPU均故障，首先将备CPU拨动开关扳到STOP位置，然后将主CPU进行热启。若仍无法启动，则需要重新下装程序。

5 结束语

笔者从现场仪表和控制系统两个方面对比了神华宁煤集团煤基烯烃项目西门子GSP气化炉的两套气力输送系统，并重点介绍了核心设备圆顶阀和PLC系统的部分常见故障的处理方法与改进措施。希望给类似工艺提供有价值的故障处理方案。