景志峰+劉寧雁

摘 要：論述了轉(zhuǎn)爐抽氣式煤氣分析儀的工作原理，對出現(xiàn)的故障原因進行分析，提出處理方法并加以實施，生產(chǎn)實踐證明是有效可行的，為維護人員提供參考借鑒，提高檢修效率。

關鍵詞：煤氣分析儀；PLC；故障；處理

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.20.098

1 前言

隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，轉(zhuǎn)爐煤氣回收作為節(jié)能減排、資源二次利用的有效手段，在企業(yè)安全環(huán)保和降成本工作中的地位日益突出。通過煤氣分析儀檢測煙氣中的CO， O2含量，選擇C0、O2含量合格的煙氣進行回收利用，不但在煉鋼過程中實現(xiàn)了節(jié)能減排，也創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

轉(zhuǎn)爐煤氣與空氣或氧氣混合達到一定比例后遇明火會發(fā)生爆炸，爆炸極限范圍為12.5%～74.0%。根據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣回收的工藝技術條件和安全回收要求，當轉(zhuǎn)爐煙氣中的CO≥35%、O2≤2%時，才能保證回收煤氣的安全使用。煤氣分析儀測量準確可靠，運行穩(wěn)定，是轉(zhuǎn)爐煤氣安全、高效回收的前提和保證。

2 煤氣分析儀工作原理與系統(tǒng)構成

2.1 概述

昆鋼安寧公司煉鋼廠4、5#轉(zhuǎn)爐煤氣分析儀采用傳統(tǒng)抽氣式分析儀，能夠自動、連續(xù)、準確、可靠地分析轉(zhuǎn)爐煙氣中CO、O2的含量。系統(tǒng)采用PLC控制，實現(xiàn)自動采樣、排水、過濾器吹掃、故障監(jiān)測等功能，測量儀表將CO、O2成分含量以標準4～20mA的模擬量信號送至遠方煤氣回收PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣的自動回收和放散。

2.2 工作原理

煤氣分析儀有測量和維護兩種工作模式，通過分析儀面板上的操作按鈕，可在兩種模式之間自由切換。測量模式下，無需人工干預，通過啟動信號即可實現(xiàn)煤氣分析儀的自動采樣分析。維護模式下，可以進行CO、O2分析儀表標定，過濾器吹掃，采樣泵測試，排水等操作。

轉(zhuǎn)爐下槍吹煉，煤氣回收PLC系統(tǒng)發(fā)出啟動信號，啟動煤氣分析儀。分析儀由預備狀態(tài)進入工作狀態(tài)，樣氣經(jīng)過除塵、脫水、干燥，送入CO、O2分析儀表。儀表將檢測出來的CO、O2含量以標準4～20mA的電流信號送至遠方煤氣回收PLC系統(tǒng)，作為煤氣回收系統(tǒng)的實時顯示和連鎖控制條件。轉(zhuǎn)爐吹煉完畢，分析儀啟動信號消失，分析儀進入吹掃狀態(tài)，利用氮氣對煙氣過濾器進行吹掃，儲液罐排水。吹掃完畢，分析儀進入預備狀態(tài)，等待下一輪啟動信號的到來。

2.3 系統(tǒng)構成

煤氣分析儀系統(tǒng)由采樣單元、樣氣預處理單元、樣氣分析單元、標定單元、反吹單元、PLC控制單元等部分組成。

系統(tǒng)構成如圖1所示。

2.3.1 采樣單元

采樣單元由采樣探頭和采樣電控氣動閥組成。煤氣分析儀工作時，PLC控制單元發(fā)出指令，打開采樣閥，啟動采樣泵，轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)過采樣探頭進入煤氣分析儀柜內(nèi)。

2.3.2 樣氣預處理單元

轉(zhuǎn)爐煤氣含有各種粉塵、水霧等雜質(zhì)，分析儀表對氣體的潔凈度有嚴格要求，必須對樣氣進行有效的凈化處理。

樣氣預處理單元由氣體精密過濾器，脫水器，采樣泵，電子冷凝器，二級模式過濾器，轉(zhuǎn)子流量調(diào)節(jié)器，氣路切換電磁閥等組成。處理后的樣氣露點約在5℃，含塵粒度≤1um。

在保證分析儀表樣氣流量的前提下，盡量調(diào)大旁路氣體流量，可以提高分析儀表的響應時間。

2.3.3 樣氣分析單元

采用兩臺德國SIEMENSE分析儀，分別是測量CO的ULTRAMAT 23紅外分析儀和測量O2的OXYMAT 61磁氧分析儀。

ULTRAMAT 23紅外分析儀的測量原理是以光譜方法對非分散性紅外線輻射的吸收為基礎，測量相關波段紅外線的衰減幅度即可測量相應氣體的濃度。

OXYMAT 61磁氧分析儀是根據(jù)順磁壓力變化原理來工作的，當氧氣濃度不同的兩種氣體在同一磁場中相遇時，它們之間會產(chǎn)生一個壓力差，通過差壓來進行氧含量測量。測量時需要接入?yún)⒈葰怏wN2來對樣氣中的O2濃度進行測量，參比氣壓力0.2～0.4MPa。

進入CO分析儀的氣體流量應控制在1.2～2L/min， O2分析儀的氣體流量控制在0.3～1L/min。樣氣溫度要求在0～50℃，樣氣濕度<相對濕度的90%。

2.3.4 標定單元

標定單元由氣路四通切換閥、三通電磁閥和CO、O2、N2標準氣體校驗氣瓶組成。進行標定時，按下分析儀面板上的“維護”按鈕，系統(tǒng)進入維護模式。將氣路四通切換閥轉(zhuǎn)至“零點”位置，按下“標定”按鈕，三通電磁閥轉(zhuǎn)為標定氣路，通入標準氣N2，即可對CO、O2分析儀表的零點進行標定。將氣路四通切換閥轉(zhuǎn)至“CO”和“O2”位置，分別通入標準氣CO、O2，對CO、O2分析儀表的量程進行標定。

2.3.5 反吹單元

反吹單元由氮氣管路，氮氣電磁閥和電控氣動吹掃排氣閥構成。

煤氣分析儀啟動信號消失后，PLC控制單元發(fā)出吹掃指令，采樣泵停止工作，分析儀進入吹掃狀態(tài)，利用氮氣對煙氣過濾器進行反復吹掃。同時，PLC發(fā)出排水指令，對儲液罐進行排水。

2.3.6 PLC控制單元

煤氣分析儀中的PLC控制單元采用西門子S7-300系統(tǒng)，它由電源模塊，CPU模塊，數(shù)字量輸入、輸出模塊，以太網(wǎng)通訊模塊組成。PLC控制單元是整個分析系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的核心，所有的控制指令都是由PLC來接收和發(fā)出。系統(tǒng)的啟動，工作模式的切換，系統(tǒng)狀態(tài)指示，功能按鈕的操作，電磁閥的動作，均由PLC來控制完成。采樣氣路上安裝有流量、濕度報警單元，用于對樣氣進行監(jiān)控，并將報警信號送至PLC進行聯(lián)鎖控制。

3 故障分析與處理

分析儀發(fā)生故障時，首先觀察機柜面板上的“運行”、 “吹掃”、“預備”、“ 維護”、“故障”狀態(tài)指示燈，查看分析儀處于何種工作狀態(tài)，再根據(jù)故障現(xiàn)象，有針對性的進行故障檢查。endprint

3.1 分析儀無法啟動

觀察指示燈，如果分析儀處于吹掃狀態(tài)，只要吹掃計時循環(huán)周期未結束，即使啟動信號到來，也無法啟動分析儀進行采樣測量。如果分析儀“故障”和 “維護”指示燈同時亮，說明分析儀在采樣分析過程中，發(fā)生了樣氣流量過低或濕度過大的故障，PLC控制單元接收到故障信號，將分析儀自動切換到維護模式，分析儀停止工作。這時應檢查是流量報警單元，還是濕度報警單元發(fā)出的故障信號。按下“系統(tǒng)維護”按鈕，可對故障信號進行復位。

分析儀在采樣工作過程中，當過濾器或樣氣管道堵塞，旁通流量調(diào)節(jié)器開得過大，采樣泵工作異常，采樣泵后級樣氣管脫落、泄漏，均會引起樣氣流量過低報警。當樣氣濕度過大，或是冷凝器、排水閥發(fā)生故障，造成樣氣濕度報警單元發(fā)出故障信號。當流量或者濕度報警單元發(fā)出故障信號，必須查明故障原因，排除故障，進行故障復位。

3.2 O2含量超標

樣氣中混入空氣是造成分析值O2含量超標的主要原因。此時，應重點檢查采樣探頭到采樣泵之間的負壓取樣管路是否有泄漏點，各管路接口松動，吹掃排氣閥關閉不嚴，隔膜采樣泵膜片老化等，均會引起負壓管路漏氣，使樣氣中混入空氣。

對于分析儀自身故障引起的O2含量超標，首先檢查參比氣N2的壓力是否滿足0.2～0.4MPa的分析要求，檢查進入分析儀表的樣氣流量是否在規(guī)定范圍內(nèi)，最后用標氣對O2分析儀表進行標定。

3.3 測量值波動大

煤氣回收過程中，CO、O2含量大幅波動會造成煤氣回收系統(tǒng)設備三通閥、水封閥頻繁開關，不利于煤氣回收的連續(xù)進行，降低煤氣回收量。造成測量值波動的主要原因是進入分析儀表的樣氣變化量大，應檢查進入轉(zhuǎn)子流量計中的樣氣流量是否穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子流量計內(nèi)是否有顆粒物造成流量調(diào)節(jié)困難，針形閥密封損壞，造成進入分析儀的樣氣流量不穩(wěn)定。另外，采樣泵后端樣氣管路發(fā)生泄漏，分析儀表尾氣排空管路不暢通，也會導致樣氣流量不穩(wěn)，此時應查找管路漏點，檢查儀表排空管路保證暢通。

3.4 測量誤差過大

分析儀在使用一段時間后，出現(xiàn)測量準確度下降時，一個主要的原因是分析儀表的傳感器被樣氣污染，造成采樣分析誤差過大。此時可利用氮氣，對儀表樣氣管路進行反復吹掃，然后用標氣進行標定。污染嚴重的，應更換傳感器組件，并重新進行標定。引起測量誤差過大的另一個原因是樣氣中的濕度過高，此時應檢查冷凝器運行情況是否正常，排水閥動作是否正常。

ULTRAMAT 23紅外CO分析儀如果發(fā)生意外斷電，重新上電時，儀表會自動進行零點標定，此時如果沒有零點標定氣體N2進入儀表氣路，那么自動零點標定將會使儀表的零點發(fā)生漂移，致使CO的測量值產(chǎn)生較大誤差，此種情況應對CO分析儀進行重新標定。

4 結束語

熟悉煤氣分析儀的工作原理、結構特點，對實際應用中出現(xiàn)的故障進行分析和探討，掌握故障的處理方法，為快速、準確地排除設備故障奠定基礎，保證轉(zhuǎn)爐煤氣回收的連續(xù)、穩(wěn)定運行，實現(xiàn)了資源的二次回收利用，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻

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