智能电动执行机构故障诊断及维护

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摘要：延迟焦化装置特阀智能电动执行机构是关键设备，根据特阀动作频繁、容错率低、现场工况恶劣等情况，对执行机构维护标准高，结合生产工艺、选型、结构形式、分析智能电动执行机构故障原因，并针对执行机构出现的故障提出预防性维护、处理措施，从而延长使用寿命，降低故障率，保证装置生产的稳定。

关键词：延迟焦化；特阀；智能电动执行机构

引言

中海油炼化某延迟焦化装置采用“两炉四塔”的大型化工艺路线，原料为减压渣油，减压渣油在管式加热炉中被急速加热，在达到500℃高温后迅速进入焦炭塔内，生焦过程从炉管延迟至焦炭塔内，充分的进行裂解缩合反应，介质所流经的设备也因此容易结焦。延迟焦化装置采用18h生焦模式，当一个焦炭塔充满后，渣油通过四通阀切换至另一塔继续生焦，每个焦炭塔的循环周期为36h，每个循环周期执行机构运行88次，频繁操作和恶劣工况加剧了设备的不稳定性。

1智能电动执行机构的特性

1.1结构部件

智能电动执行机构包括电机、手轮、齿轮箱、联轴器、阀门连接套筒、齿轮减速传动装置、扭矩传感器、限位开关、点动装置、正反转电机接触器等其他部件。组装密闭，采用双密封系统，防护等级达到IP68，在沿海潮湿闷热，盐雾腐蚀环境下，内部元件可以受到良好保护。

1.2多种操作模式

执行机构分有手动操作和电动操作两种操作模式，其中电动操作又分就地开关和远程开关，可在电源掉电等故障时压下手自动切换杆，挂上离合器，保持啮合状态开关阀门，提供可靠的紧急手动操作。

1.3丰富的保护功能

阀门卡死电机保护：阀门被卡住，启动信号开始7秒内无动作，逻辑电路可将响应的接触器断开，以防止电机过热；力矩保护：力矩通常设置为额定力矩的60%，开关动作时力矩增至设定值，电机将断开；电机过热保护：温度传感器检测电机定子线圈内部温度，当超过额定值时，传感器跳断，电机断电。

2顺控及诊断信息

2.1顺控

焦炭塔特阀众多，为满足特阀的联锁需求，可通过外部硬接线实现开阀、关阀以及双方向上的联锁。既参与顺控又需在DCS显示的数据通过信号分配硬接线分别接入DCS与SIS，阀门开关回讯信号等次要的点由SIS通信到DCS，控制或联锁信号均为硬接线实际地址链接，执行机构方面通过设定菜单(SettingMenu)-控制(Control)-远程控制RemoteControl-硬接线(Hardwired)-联锁(Interlocks)-启用/停用。结合实际生产需求，可将部分特阀的就地与远程操作通过组态禁止，可通过加装力矩反馈板，通信至DCS即时监控特阀动作时的力矩，使智能电动执行机构充分融入焦炭塔顺控方案，避免因人为操作等不确定因素导致的事故发生。

2.2红外设置与诊断显示

智能电动执行机构人机画面友善，从屏幕可以获取阀位、力矩和诊断报警等生产重要信息，常见诊断信息有：TORQUETRIPCL关阀方向运行时力矩跳断、TORQUETRIPOP开阀方向运行时力矩跳断、MOTORSTALLED运行信号发出后电机未运行、BATTERYLOW电池电量低、THERMOSTATTRIP电机温度保护开关因电机内部线圈过热而跳断等，通过红外遥控器，可在不打开电气箱盖的情况下进入组态完成执行器的设定、调试、查看。对于一般故障，可通过显示屏的诊断信息来进行快速判断处理，另外可通过遥控器下载详细的诊断内容配合软件在电脑查看进行故障分析，来减少因现场检查任务量大、时间久影响生产等情况，为分析判断故障原因提供了详实数据。

3常见故障原因分析

3.1力矩开关跳断

案例：2019年5月10日，工艺人员反应4#塔甩油阀无法打开，远程开阀只能开至阀位1.4%，工艺人员切换至就地动作，电机有运转响声，但阀位无实际变化，改为手动模式，摇动手轮卡涩严重，无法动作，反复开关活动，将阀位开至2%。电机可运转、手轮卡涩、阀位在反复活动后可以小幅度打开，结合诊断信息TORQUETRIPOP，即执行机构力矩达到设定值所导致的跳断，因此初步判断阀道卡焦。将力矩按1%比例慢慢调大，循环试验，直到新设置力矩可以动作阀门之后，将阀门打开。再反复活动，使阀道中焦块脱落，最终将力矩设置回原始值或适当提高。实际生产中也出现过设备本身的磨损老化、轴承箱铜套损坏抱死，增加力矩亦无法解决问题等情况，此时需要将轴承箱拆解更换铜套，还有很多其他原因导致的力矩跳断故障，故不作一一描述。

3.2交流接触器故障

根据上一季度保运记录发现，放水阀出现多次，阀门就地、远程无法动作的情况，执行机构诊断信息均为MOTORSTALLED，即运行信号发出后电机未运行。案例：2019年9月29日，4#塔“放水”操作时，工艺人员发现4#塔放水阀、甩油阀皆处于失电状态。电气送电后，放水阀恢复动力电，甩油阀依旧无法送上电，排查到4#塔甩油阀所在电气接电箱总闸跳闸。通过遥控器下载诊断数据分析得知4#塔甩油阀、放水阀在失电时并未动作，排除因为阀门卡涩、力矩过大等情况所导致的电机超电流跳闸情况，甩油阀单台阀门电流过载保护为16A，总开关过载保护为40A，判断故障电流大于40A，所以造成总开关跳闸。因此从执行机构交流接触器、电机线圈、电气接线是否接地、破损等处检查。现场测量甩油阀执行机构电机绕组直流电阻三相均为12欧，对地绝缘无穷大，电机电源进线无破损、发热、烧焦等异常。测量交流接触器发现左侧v相接触器手动接触后阻值5欧(正常为小于0.1欧)，拆开接触器挡板发现有烧焦的痕迹。结合诊断信息与实际生产发现，故障多发生于焦化“给水”操作之后，因大吹气手阀内漏，“给水”时工艺管线产生剧烈震动，交流接触器线圈电磁铁吸合不紧，发热导致绝缘异常相间短路，电流过载烧损交流接触器。现场同样存在震动导致的轻症情况，即交流接触器触点持续吸合，无法脱开等，导致电机不切换方向，始终在一个方向上转动。或由于交流接触器的弹簧老化，弹力不足，在震动下彻底失效的情况。

3.3执行机构远程不动作

阀门就地可以动作，远程无法动作，首先检查联锁条件是否满足，在联锁条件满足的情况下检查线路，查看接线盘端子5、33、34、35有无松动，线路有无接地故障，保险是否烧，刀闸有无被打开；检查端子4、31、36短接线有无脱落。如有相应处理；检查SIS输出是否满足，如满足，检查线路，检查5/37(联锁开)5/38(联锁关)端子及线路；若还未找到原因，则更换主板处理。

4维护

由于工况恶劣，工艺流程改动的紧迫性，允许处理时间极短，在智能电动执行机构出现故障时，若不能最短时间诊断并及时处理，便将影响生产，导致降量、分炉、甚至停工。面临严峻形势，必须要提高日常维护水平、缩短故障处置时间，因此有必要对智能电动执行机构的故障进行分类并标准化管理维护。

4.1定期维护

按月检查执行机构电缆格兰、接线盒的防水密封情况，表盖玻璃及内部是否有水汽，动力电源是否供电，执行机构显示屏是否有诊断报警信息，齿轮箱转动时有无异响、表面有无裂痕，手轮、骨架油封是否漏油等，如有相应处理。

4.2常见故障预防性维护

由于执行机构多因震动，介质结焦等因素而导致故障，所以在检查时优先从这两点着手，再有效结合执行机构诊断信息，迅速判断故障并及时处理。对于易产生剧烈震动的执行机构，及时排查交流接触器损坏、老化情况并且更换，配合工艺人员优化“给水”操作，以汽代水，降低震动强度及频次来减少故障的发生。

5结语

综上所述，增加对焦炭塔特阀力矩的周检、记录。及时排查阀门卡涩情况，对于焦化闸阀易结焦等特点，可以将检查发现的易卡涩阀门开关力矩适当调大，并且重新设置关限位，通过力矩关模式将阀门关死后，用手轮回摇半圈，设置关限位，并将关阀模式改至限位关，防止关过位置导致阀门卡涩和漏量，避免生产中因阀门卡死不能动作而发生的事故。

参考文献：

[1]付敬奇.执行器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]赵彦伟，王锐.延迟焦化装置焦炭塔控制系统的升级改造[J].化工自动化及仪表，2016(05):558-560.

[3]王良瑾.延迟焦化二装置先进控制系统的设计与实现[D].华南理工大学，2014.

作者：徐德义 单位：中海油惠州石化有限公司