交流借鑒：水泥余熱發(fā)電機(jī)組除塵控制系統(tǒng)故障原因分析探查

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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第1期

水泥余熱發(fā)電機(jī)組除塵控制系統(tǒng)故障原因分析探查

張海彬，高玉朋，柴斌，陳晨

［摘 要］本文探討了營海集團(tuán)水泥余熱發(fā)電機(jī)組布袋除塵工藝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，科學(xué)驗證了在布袋除塵器運(yùn)行過程中故障率較高的問題，分析了問題出現(xiàn)的重要原因，為技術(shù)改進(jìn)實現(xiàn)提供了重要的基礎(chǔ)。在討論中發(fā)現(xiàn)，該發(fā)電系統(tǒng)除塵系統(tǒng)隨著運(yùn)行時間的增加，除塵控制系統(tǒng)出現(xiàn)的缺陷日益增多，故障多發(fā)影響了清灰和輸灰順控的正常進(jìn)行，嚴(yán)重影響了發(fā)電運(yùn)行效果。在此背景下，通過深入一線運(yùn)行崗位，排列歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過技術(shù)摸索論證，找到了關(guān)鍵技術(shù)惡化點，形成了技術(shù)改進(jìn)方案。

［關(guān)鍵詞］布袋除塵器；故障率；順控執(zhí)行；末端因素；PLC控制系統(tǒng)

0 引言

營海集團(tuán)水泥發(fā)電除塵系統(tǒng)采用布袋除塵工藝，配備型號LXMC(1344)-14的布袋除塵器1臺。本套袋式除塵器系統(tǒng)出口排放煙塵濃度30mg/Nm

袋式除塵器采用旋轉(zhuǎn)式低壓脈沖袋式除塵技術(shù)，整臺除塵器共有7個通道，每個通道內(nèi)設(shè)2個除塵單元，共計14個除塵單元，每個單元安裝濾袋1344條，每條濾袋過濾面積3.362m，整臺除塵器共安裝濾袋18816條，總過濾面積為63259m。除塵控制系統(tǒng)見圖1。

袋式除塵器脈沖清灰壓縮空氣由羅茨風(fēng)機(jī)提供。配套安裝3臺清灰羅茨風(fēng)機(jī)和2臺灰斗氣化風(fēng)機(jī)，分別兩用一備及一用一備，采用江蘇鼎澤環(huán)境工程有限公司生產(chǎn)的DZ200G型兩葉羅茨風(fēng)機(jī)，是容積式風(fēng)機(jī)的一種。

營海集團(tuán)該發(fā)電除塵系統(tǒng)采用的布袋除塵器除塵效率高、凈化效果好。運(yùn)行至今，隨著時間的增加，除塵控制系統(tǒng)出現(xiàn)的缺陷日益增多，故障多發(fā)影響了清灰和輸灰順控的正常進(jìn)行，為了保證除塵功能的正常運(yùn)行，運(yùn)行人員需要對比系統(tǒng)多個參數(shù)來判斷故障設(shè)備實際工況，費(fèi)時費(fèi)力，大大降低了除塵系統(tǒng)運(yùn)行的有效性，嚴(yán)重時可能造成堵管、堵灰等現(xiàn)象，影響發(fā)電運(yùn)行。

2022年7～12月除塵控制系統(tǒng)故障率（故障率=除塵控制系統(tǒng)順控停運(yùn)時間÷機(jī)組運(yùn)行時間）情況，見表1和圖2。

通過統(tǒng)計得知：該發(fā)電除塵控制系統(tǒng)故障率為9%。

從圖2中可以看到，除塵控制系統(tǒng)故障率明顯偏高。如何有效地降低除塵控制系統(tǒng)的故障率，成了目前急需解決的重點。在此背景下，營海技術(shù)部門按照分步走的策略，首先確定了“除塵控制系統(tǒng)故障率原因探討”課題。

1 課題調(diào)查研究過程

1.1 影響除塵控制系統(tǒng)故障率的因素調(diào)查

統(tǒng)計了2022年7～12月本除塵控制系統(tǒng)缺陷情況，見表2。

2022年7～12月機(jī)組運(yùn)行期間，發(fā)生的影響除塵控制系統(tǒng)運(yùn)行的缺陷次數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計，共77項（見圖3）。

通過調(diào)查可知，2022年7～12月運(yùn)行期間除塵控制系統(tǒng)缺陷較投產(chǎn)時增加了8次/月，不但增加了故障檢修處理成本，也會給除塵器的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重隱患，比如會導(dǎo)致煙氣達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，灰斗的緊急排放也會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染和對工廠造成不利影響。

1.2 對影響因素進(jìn)行分類

除塵控制系統(tǒng)主要由現(xiàn)場各處的測點、執(zhí)行器，DCS硬件，組態(tài)邏輯等構(gòu)成，其主要體現(xiàn)在順控系統(tǒng)的正常投入運(yùn)行。圖4為DCS系統(tǒng)煙塵參數(shù)監(jiān)測畫面。

針對除塵控制系統(tǒng)存在的缺陷、不足進(jìn)行分析。對除塵控制系統(tǒng)2022年7～12月的缺陷進(jìn)行分類統(tǒng)計，計算各影響因素所占百分比，如表3和圖5。

結(jié)論：從統(tǒng)計表和排列圖中可以看出，造成除塵控制系統(tǒng)故障率低的主要癥結(jié)是測點顯示不準(zhǔn)和順控執(zhí)行中斷；兩項的問題占比為73%。

1.3 原因分析探討

營海技術(shù)部門通過“頭腦風(fēng)暴法”進(jìn)行研究討論、分析，歸納出導(dǎo)致除塵控制順控執(zhí)行中斷以及測點數(shù)據(jù)變化異常的影響因素，并繪制出影響因素關(guān)聯(lián)圖，見圖6。根據(jù)圖6分析，得到了9項末端因素，具體列表如表4。

1.4 確定主要因素

通過現(xiàn)場試驗、調(diào)研以及檢查等方法，分別對9條末端因素進(jìn)行驗證確認(rèn)。

（1）要因確認(rèn)1：運(yùn)行人員清灰時間設(shè)置不合理，詳見表5。

清灰周期及清灰時間的調(diào)整設(shè)置是影響捕塵性能和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的重要因素。清灰時間過長，將使附著粉塵層被清落掉，成為濾袋泄漏和破損的原因；如果清灰時間過短，濾袋上的粉塵尚未清落掉就恢復(fù)過濾作業(yè)，將使阻力很快地恢復(fù)并逐漸增高起來，最終影響其使用效果。

兩次清灰時間間隔稱清灰周期。一般希望清灰周期盡可能得長一些，使除塵器能在經(jīng)濟(jì)的阻力條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，必須對粉塵性質(zhì)、含塵濃度等進(jìn)行慎重地研究，并根據(jù)不同的清灰方法來決定清灰周期和時間，并在試運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行調(diào)整達(dá)到較佳的清灰參數(shù)。除塵系統(tǒng)運(yùn)行中多根據(jù)料位數(shù)值進(jìn)行進(jìn)料時間的設(shè)置調(diào)整。

驗證過程：小組成員通過調(diào)取多個順控發(fā)生故障時的時間設(shè)置參數(shù)，制作清灰順控時間參數(shù)設(shè)置的統(tǒng)計表（表6）。

從表6可以看出，在不同工況下，順控故障時的時間參數(shù)設(shè)置不一，不具有明顯特征。

結(jié)論：清灰時間設(shè)置不合理不是造成除塵控制故障的主要原因。

（2）要因確認(rèn)2：控制系統(tǒng)日常維護(hù)不到位，詳見表7。

驗證過程：作為系統(tǒng)運(yùn)行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，DCS系統(tǒng)的正常狀態(tài)極為重要，一旦發(fā)生故障，將會造成系統(tǒng)運(yùn)行紊亂，影響機(jī)組運(yùn)行。筆者統(tǒng)計了2022年除塵控制系統(tǒng)故障分類，發(fā)現(xiàn)2022年共計發(fā)生控制系統(tǒng)維護(hù)不到位1次（見表8）。

分析：

1）新華控制器不在冗余狀態(tài)時，控制器內(nèi)部組態(tài)和參數(shù)不同步，易發(fā)生故障和報警，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)邏輯紊亂，影響安全生產(chǎn)。

2）日常維護(hù)需要登錄ENG（管理員）權(quán)限進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)、邏輯及參數(shù)的修改。完成后再退出ENG權(quán)限，若沒有退出，將使運(yùn)行人員存在誤操作系統(tǒng)組態(tài)及參數(shù)的可能。

結(jié)論：控制系統(tǒng)日常維護(hù)不到位情況極少，并不是造成除塵控制故障的主要原因。

（3）要因確認(rèn)3：PLC控制系統(tǒng)異常，詳見表9。

機(jī)組布袋除塵PLC采用施耐德廠家的140系列PLC，操作界面過于死板，數(shù)據(jù)檢索復(fù)雜、順控和聯(lián)鎖邏輯執(zhí)行過程中出現(xiàn)問題時人工干預(yù)困難、設(shè)備出現(xiàn)異常情況時歷史數(shù)據(jù)無法查詢、沒有操作記錄、與現(xiàn)有新華DCS系統(tǒng)存在兼容性差、多次出現(xiàn)設(shè)備誤動現(xiàn)象等問題。隨著主機(jī)多年運(yùn)行已進(jìn)入老化維修期，主機(jī)耗能高、維修工作量大，給機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定不安全因素。同時PLC系統(tǒng)與新華DCS是單網(wǎng)通訊，沒有采用雙網(wǎng)冗余設(shè)置，可靠性大大降低。

驗證過程：小組統(tǒng)計了2022年7～12月份除塵系統(tǒng)中故障環(huán)節(jié)處于PLC系統(tǒng)中的缺陷次數(shù)，制作了統(tǒng)計表，見表10。

小組進(jìn)一步統(tǒng)計了PLC相關(guān)缺陷的處理時間，并制作了統(tǒng)計表，見表11。

從表11得知，PLC系統(tǒng)檢查并處理問題的實際用時明顯偏長，若除塵系統(tǒng)運(yùn)行中故障環(huán)節(jié)的產(chǎn)生原因由PLC導(dǎo)致，維護(hù)人員還需要從主控室趕到除塵控制室來查詢PLC上位機(jī)內(nèi)邏輯，路程平均用時5分鐘，更增加了耗時。

綜上，處理一次相同問題，在PLC內(nèi)上位機(jī)查詢并處理的時間將比新華DCS內(nèi)查詢時間多用20+60+5=85分鐘。

對22年P(guān)LC系統(tǒng)異常的故障率進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表12。

分析：PLC控制系統(tǒng)異常的缺陷2022年7～12月份共發(fā)生6次，缺陷占比為8.5%。更嚴(yán)重的是，作為控制網(wǎng)絡(luò)的中間環(huán)節(jié)，其異常工況可能影響除塵系統(tǒng)中批量設(shè)備的正常監(jiān)控和操作。

結(jié)論：PLC控制系統(tǒng)異常是造成除塵控制系統(tǒng)故障的主要原因。

（4）要因確認(rèn)4：控制系統(tǒng)電源設(shè)置不當(dāng)，詳見表13。

只有可靠的供電系統(tǒng)，才能在根本上保證DCS的功能正常實現(xiàn)，分散控制系統(tǒng)宜采用雙路UPS冗余方式供電，進(jìn)線分別接在不同供電母線上，對于未設(shè)冗余UPS的電源系統(tǒng)，當(dāng)UPS故障時，允許短時直接取自保安電源作為備用電源。

驗證過程：控制系統(tǒng)交流電源容量應(yīng)按控制系統(tǒng)中所有用電設(shè)備額定用電總和的1.2～1.5倍進(jìn)行選擇。我們對供電電源線徑和空開規(guī)格進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)滿足使用要求，但同時發(fā)現(xiàn)，電源采用單母線供電，沒有配備UPS電源，此配置不滿足控制系統(tǒng)兩路供電的使用要求。對電源異常的缺陷統(tǒng)計見表14。

分析：系統(tǒng)單母線供電不滿足雙路供電要求。

結(jié)論：控制系統(tǒng)電源設(shè)置不當(dāng)是造成除塵控制系統(tǒng)故障率低的主要原因。

（5）要因確認(rèn)5：信號線屏蔽接地不規(guī)范，詳見表15。

驗證過程：經(jīng)檢查（表16），除塵系統(tǒng)清灰系統(tǒng)屏蔽線統(tǒng)一接于柜子下端，但檢查發(fā)現(xiàn)接地母排沒有出線，這意味著PLC控制柜的信號纜屏蔽懸空（圖7），這導(dǎo)致了每月會出現(xiàn)3～5次感應(yīng)電導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動的情況。

PLC機(jī)柜主要負(fù)責(zé)除塵系統(tǒng)中清灰功能，所轄設(shè)備數(shù)量約為整個除塵系統(tǒng)的一半。

分析：信號線屏蔽接地不規(guī)范，將影響信號尤其是模擬量I/O點的穩(wěn)定性進(jìn)而影響除塵控制系統(tǒng)順控運(yùn)行。

結(jié)論：信號線屏蔽接地不規(guī)范也是造成除塵控制系統(tǒng)故障的主要原因。

（6）要因確認(rèn)6：控制系統(tǒng)管理不嚴(yán)，詳見表17。

驗證過程：小組對新華輔網(wǎng)DCS系統(tǒng)所有站點，對各節(jié)點控制器、操作員站點、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行了檢查并記錄。

分析：專業(yè)維護(hù)人員嚴(yán)格遵守DCS系統(tǒng)軟件、硬件管理規(guī)定，日常邏輯修改后及時做好組態(tài)備份并做好主備控制器同步工作，完成后退出ENG（管理員）用戶切到OPU（操作員）用戶，避免運(yùn)行人員誤動。除此之外我們還將現(xiàn)場有操作員站W(wǎng)indows系統(tǒng)中的Shell hardware detection properties（自動播放）服務(wù)關(guān)閉，禁用U盤等外部介質(zhì)并將主機(jī)USB接口進(jìn)行了封堵。從表17中可以看出，控制系統(tǒng)管理執(zhí)行情況較好。

結(jié)論：控制系統(tǒng)管理不嚴(yán)不是造成除塵控制系統(tǒng)故障的主要原因。

（7）要因確認(rèn)7：料位計測量不準(zhǔn)，詳見表18。

除塵系統(tǒng)料位計測量的是灰斗中灰分的物位值，是輸灰順控程序中下灰時間的重要參考，同時，也是齒索輸灰裝置投自動運(yùn)行時的重要依據(jù)。

料位計缺陷統(tǒng)計結(jié)果見表19。

分析：從統(tǒng)計表中可以看到，料位計測量不準(zhǔn)的缺陷較多，料位不準(zhǔn)的直接影響是可能導(dǎo)致灰斗滿溢，另外料位不準(zhǔn)將嚴(yán)重影響除塵控制系統(tǒng)順控運(yùn)行，引發(fā)堵管或者堵灰現(xiàn)象，造成環(huán)保事故，也影響著機(jī)組的正常發(fā)電運(yùn)行。

結(jié)論：料位計測量不準(zhǔn)是造成除塵控制故障的主要原因。

（8）要因確認(rèn)8：電加熱溫度設(shè)置不當(dāng)，詳見表20。

驗證過程：除塵系統(tǒng)輸灰系統(tǒng)配備兩臺氣化風(fēng)機(jī)，電加熱的作用是將輸出的風(fēng)加熱，避免壓縮空氣導(dǎo)入灰斗后，冷熱相遇致使灰分板結(jié)進(jìn)而導(dǎo)致執(zhí)行器卡澀，執(zhí)行器將出現(xiàn)動作不到位或超時現(xiàn)象，此時DCS畫面中執(zhí)行器會有故障報警，并閉鎖指令輸出。

因此技術(shù)人員分別對電加熱設(shè)定值為120℃、130℃、140℃、150℃做了對比試驗，每個溫度設(shè)定值試驗5次。詳見表21。

分析：電加熱溫度設(shè)置不當(dāng)對氣動執(zhí)行器缺陷發(fā)生次數(shù)影響較小、較少。

結(jié)論：電加熱溫度設(shè)置不當(dāng)不是造成除塵控制系統(tǒng)故障的主要原因。

（9）要因確認(rèn)9：控制柜電纜布置不規(guī)范，詳見表22。

驗證過程：強(qiáng)電周圍有磁場，如果強(qiáng)電弱電布線距離過近就會對弱電的信號產(chǎn)生影響，尤其是系統(tǒng)中的動力電纜，屬于干擾信號的最主要來源。布線時，不同的電纜組間須保持必要的間距（一般最小間距為20cm）。技術(shù)人員對除塵控制室下方電纜槽盒進(jìn)行檢查，確認(rèn)有無信號電纜、動力交錯布置情況。

現(xiàn)場檢查了除塵控制室四個控制柜數(shù)據(jù)，詳見表23。

分析：信號電纜、動力電纜安放有序，無交叉布置的情況，信號電纜中不易對產(chǎn)生干擾。

結(jié)論：控制柜電纜布置不規(guī)范不是造成除塵控制系統(tǒng)故障的主要原因。

2 調(diào)查總結(jié)

通過上述原因查找及技術(shù)排查，分析出了造成機(jī)組故障的主要原因如下；

（1）PLC控制系統(tǒng)異常。

（2）控制系統(tǒng)電源設(shè)置不當(dāng)。

（3）信號線屏蔽接地不規(guī)范。

（4）料位計測量不準(zhǔn)。

上述主要原因的存在造成了機(jī)組除塵系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會階段性出現(xiàn)除塵控制系統(tǒng)順控執(zhí)行中斷、測點顯示不準(zhǔn)。

3 下一步打算

本次技術(shù)查找，成功查找到了機(jī)組除塵控制系統(tǒng)順控故障率高的主要原因，為下一步有效解決除塵控制系統(tǒng)順控執(zhí)行的有效性和成功率，降低除塵控制系統(tǒng)的故障率，打好了堅實的基礎(chǔ)。下一步，為提升機(jī)組設(shè)備的順控水平，技術(shù)人員將科學(xué)制定周詳?shù)膽?yīng)對措施，實施大規(guī)模的技術(shù)改進(jìn)和管理改進(jìn)，爭取將除塵控制系統(tǒng)故障率降至4%以內(nèi)。

供稿人：張海彬，高玉朋等

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

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