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聚丙烯装置在隔膜压力表联锁停车故障中的处理

作时间:2019-09-09  来源:  作者:
   
摘要 以2001~2002年建成投产的聚丙烯装置为例,介绍隔膜压力表机组的组成、配置和自控系统,并对长期出现的故障和存在的安全隐患进行分析处理,给出相应的改进建议。
 
隔膜压力表机是聚丙烯装置粒料产品转化的重要机组,是塑料混炼流程中的关键设备,它通过混炼、挤压及造粒等过程将聚合物粉料制成粒料,便于后序的加工和运输[1,2]。目前新投产的大规模聚烯烃混炼装置基本都采用双螺杆隔膜压力表机,它集机、电、仪高度一体化,自动化程度较高。
 
1 隔膜压力表机组的组成和控制系统的配置
隔膜压力表机组的主要设备包括:主电机、减速齿轮轴承箱、润滑油泵系统、双螺杆(采用导热油加热)筒体、液压油控制的换网器系统及冷却水参与的切料电机等。还配有辅助系统和设备,主要包括:粉料配比系统(主副电子秤配料系统,主秤为粉料称重,副秤为添加剂称重)、主混合仓、粒料输送、干燥系统振动筛及粒料包装等。
隔膜压力表机组自控系统中的主电机由西门子SIMATICSS5PLC控制,其型号为S5-ZG155H,CPU型号为ACS607;控制喂料电机的变频器和驱动器型号分别为DIGI-DRIVER和9258-3d71Rev,控制切料电机的变频器型号为FUJI11G11S-4;粉料和粒料输送系统的1#PLC、2#PLC和上游粉料配比系统3#PLC都为Omron系列,其CPU型号为CPM2A-60CDR。控制系统还包含有温度、流量、压力等二次仪表控制器和声光联锁报警系统。
隔膜压力表机组高度集中了机电仪一体化控制系统,采用了继电器加PLC的控制方案。经过17年的运行,设备老化、控制系统落后,系统使用的二次仪表较多并且控制同种参数的二次仪表种类繁多,仪表使用周期较长,内部电子元器件严重老化,极易出现误动作导致隔膜压力表机停车。
2联锁停车故障与处理措施
主中间仓空仓,主电机停车。主中间仓的粉料来自主副秤配比好的粉料,每次只有1t,如果上游故障导致没有及时补料,料仓的粉料只能坚持供给造粒机半小时,超过半小时后无原料停车。在运行中发现两次故障:一次是主电子秤零点漂移,造成配料系统失灵;另一次是控制螺旋送料电机的西门子变频器故障,故障代码为F003,经查为电机过载造成,由于操作人员发现不及时,没有及时处理故障,造成主中间仓无料而导致停车。两次的处理方法分别为:一次是打开主秤、副秤放料阀,放空两个秤的料,然后对两个秤清零,变送器显示正常后投运后正常,如果偏差过大,清零无法校正偏差时,对两个秤进行校准;另一次是经检查发现螺旋喂料电机的螺旋杆被粉料堵死,造成电机过载,清理螺旋器,重启变频器后,报警消除,系统恢复正常。建议操作工及时巡检,并定时对电子秤的4个螺旋喂料器进行清理,电气和机修人员应定期进行盘车检查,发现故障及时处理。
主电机过载,保护停车。主电机的转轴与连接减速齿轮箱的转轴上有个测量轴系间隙变化的探头,主要测量主轴的振动、扭矩及轴下沉等参数,从而保护电机正常运转。曾经出现过两次故障停车:一次是探头固定支架松动,导致仪表测量参数发生误报而停车;另一次是减速齿轮箱的轴承故障,造成主电机的扭矩发生变化而停车。处理方法是,加固探头支架,更换轴承,仪表和机械维护人员加强对设备的巡检工作。
润滑油压力低,保护停车。减速齿轮箱润滑油压力开关动作造成停车,经检查发现润滑油脏污,有金属屑和聚丙烯粉末,致使压力开关的引压管线堵塞而触发压力开关动作造成停车。经检查发现润滑油过滤器的过滤网破损,造成脏物进入润滑油。解决方法为更换系统的润滑油,更换滤网,重新调校压力开关。建议对润滑油压力开关联锁采用二取二或三取二的冗错控制系统。
喂料控制器过载,保护停车。由于粉料配比系统的添加剂是人工加料,在加料过程中,加料人员不小心将随身携带的螺丝刀掉入添加剂中,螺丝刀随粉料进入螺旋喂料电机后卡死螺杆,致使喂料电机过载停车,并且电机长时间过载而烧毁了电机的数字驱动器,此驱动器价格昂贵,给企业造成了很大的经济损失。建议加强对加料操作人员和设备检修人员的管理,防止异物掉入加料器。
切粒机过载,保护停车。出现过的两次故障停车为:一次为切粒电机轴承抱死,造成切粒电机变频器过载从而导致停车,更换电机轴承后恢复正常;另一次为切粒电机与切粒器的连轴器振动,噪音异常,经检查发现电机轴与切粒机的轴不在找正偏差范围内,机械人员对轴重新找正开机后不久故障再次出现,脱开切粒部分,停车检查,非常终发现支撑切粒器的防震橡胶块由于高温和腐蚀老化,弹性系数发生变化,造成找正的参数在运行一点时间后产生漂移,两个轴不在同一中心线上而造成振动与异响,更换减震橡胶块后故障消除。
颗粒冷却水流量低低报,联锁停车。冷却水流量计一次表采用孔板与差压变送器组成流量测量系统,由于冷却水过滤器过滤网破裂,冷却水中带进了聚丙烯粉料(冷却粒料的水经过滤器返回冷却水箱循环利用),导致差压变送器引压线正压侧堵塞,流量低低报联锁停车。解决方法为更换过滤器滤网,并对引压线进行疏通,校验差压变送器。
粒料输送PLC掉电,联锁停车。由于设计的不合理,造成了粉料输送1#PLC和粒料输送2#PLC的输入/输出系统的外供电源(24V(DC))共用一个稳压电源,并且24V+端子全部并联使用,这就导致在处理粉料系统设备故障时粒料输送系统PLC失电而联锁停车。所以要求维护人员在处理故障时,查清电路图,仔细检查确保不会触发PLC失电。
干燥器门开关信号故障,联锁停车。粒料干燥器的两个门有两个微动开关来检测门的开关,在干燥过程中门打开会造成电机的联锁停车,由于微动开关触点失灵造成停车,所以维护人员要定期对电气设备进行检查和测试,确保设备运行良好。
3 系统的缺陷、安全隐患与改进建议
隔膜压力表控制系统构成存在缺陷。非常初设计控制系统时,控制系统的重要安全联锁都由继电器实现,继电器的使用量很大,机械触点多,受外部环境的影响较大,容易出现误动作而引起停车;继电器数量庞大,更换不易,可靠性差,潜性故障不易发现,维护起来比较因难。继电器组成的系统线路复杂,一旦出现问题很难查找症结所在,延缓了故障处理的速度,从而造成更大的经济损失。建议有一定种类和数量的备品备件。
没有上位机。控制系统为西门子S5-ZG155HPLC,没有上位机,无历史数据记录功能,工艺人员只能通过操作面板上的仪表看到有限的操作数据,不容易掌握整个隔膜压力表机系统的运行状况。平时的工艺操作数据不能及时有效地记录下来供日后参考。更为严重的是发生故障停车时,由于没有报警记录功能,引起停车故障的过程数据没有记录,停车原因难以查找,延误生产。建议增加PC上位机,供操作人员监视操作参数。
卡件老化。隔膜压力表机控制系统自2002年投用以来,已连续使用17年之久,大部分卡件已超过了正常的使用寿命,出现老化现象,仪表故障率明显升高。
备件采购困难。系统中使用的大部分仪表已逐步下线,原生产厂家已不再生产,属于淘汰产品;系统中使用的很多二次仪表,有的厂家已被兼并不复存在,备件无法购买,有些备件也都需进口,价格昂贵,供货周期较长;原仪表未采用标准接口,与新型仪表无法兼容,替代困难。由于控制系统的缺陷和设备老化,严重影响了聚丙烯装置的正常生产。建议对同种参数的控制器采用同种型号,对停产的设备更新升级。
PLC品牌繁多(西门子、欧姆龙、三菱),系统维护不方便,建议改造时选择同种类型的PLC。
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