《降低联锁点温度计误动作的技术研究》攻关结题.docx

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《降低联锁点温度计误动作的技术研究》攻关结题

********化工有限公司

技术攻关项目结题报告

项目编号：

项目名称：

降低联锁点温度计误动作技术研究

项目负责人：

（签字）

项目承担单位：

（盖章）

项目承担单位负责人：

（签字）

技术质量部制

2012年10月

一、立项背景

温度在化工控制属于四大参数之一，十分重要，例如TDI分厂的C200、C1200、C300A/B和各精馏塔上，温度控制都极为重要；气体制造厂的水煤气压缩机、氢气压缩机等就有几十个的温度联锁点，这些温度联锁点在安全生产和保护设备的安全运行都起到了非常重要的作用。

存在的问题：

2011年和2012年初由于联锁点温度计的误动作引起的非正常状态的停车共发生十几起。

例如：

（1）气体制造厂C3201A/B温度调高影响故障停车；

（2）TDI分厂C300B，TE-3022故障跳高影响停车；

（3）TDI分厂TE2040故障跳高影响停车；

（4）2102年1月，TDI分厂200单元TE-2040故障跳高联锁200单元事故停车等。

经过一系列的处理过程，在一定程度上减少了联锁点温度计误动作的故障发生率，但在根本上还是没有彻底解决故障产生的原因。

立项的原因：

因为联锁点温度计存在不可确定因素的误联锁现象，阻碍了生产线连续稳定的运行，减少设备的安全运行和使用寿命，所以提高联锁温度信号的稳定性，势在必行。

二、技术攻关目标

目标：

希望通过此次研究项目，彻底解决温度计误动作引起的误联锁现象，解决由于供电电压低、接地，接触电阻增加，电磁干扰等因素造成的温度计显示值误差，引起的非正常联锁停车事故。

1、由于热电阻温度计传输电阻信号，抗干扰的能力较差，找到一种方法提高抗干扰的能力；

2、降低联锁点温度计误动作的故障停车次数。

三、项目主要开展工作内容

主要内容：

确定引起热电阻温度计指示偏差的各项因素，经过分析给你个确定了11项因素，对各个因素逐一排查，分析结果，经过试验对各项因素提出了不同的解决方案：

1、对热电阻的工作原理、信号类型、本身传感器结构等所限定诸多因素，例如：

传输的信号为电阻信号，易受接触电阻变化的影响出现误差；对电缆的要求为不能出现连接电缆线路电阻的不平衡现象；由于热电阻传感器是由拉伸的超细的铂金属丝制造而成的，对电压的限制就要求不能过高，防止电流过大烧毁热电阻传感器。

这就需要逐一改进，减少指示误差的发生，该类型的故障又分为可控因素和不可控因素两种。

2、对于可控因素在加强巡检和定期检查的前提下，都能得到很好的解决，例如对气体制造厂的C3201A/B压缩机温度联锁点的一系列处理方案，是问题得到了很好的解决；**分厂C300B由于电磁干扰造成的几次停车，在更换了屏蔽电缆，并确保了良好的接地状态下，基本上解决了温度计故障跳高引起的停车事故。

3、但在实际工作环境中，接触电阻发生改变（表面氧化）是不可避免的，电缆发生电阻不均衡（质量因素）的现象也有发生，电压波动（虚接）等，这都是在生产中实际存在的，仪表维修人员在***分厂、气体制造厂均处理过很多类似的问题，经过多年的维护经验，对上述的问题都存在一定的隐蔽性，都是出现后被动处理，这又分为了联锁点和非联锁点温度，对于联锁点就会造成了生产线停车或停设备，虽然在处理过程中可以对联锁点温度计强使，但对于安全生产存在一定得安全隐患，也会对生产线连续生产和设备的使用寿命造成影响。

4、经过一系列的试验，得出结论：

对于不可控因素主要是传输距离长、环节较多易受干扰，决定改进信号的传送类型，现场加装温度变送器，信号传输形式改为模拟量传输，既能保证精确度，加大抗干扰的能力，增大供电电压降低接触电阻增加引起的误差，由于选用的是智能型温度变送器，在开路及短路的时候可以设定为低输出，从而保证了温度计本体出现问题时的误联锁现象，给维护工作带来了极大的方便，进一步的增大可靠性和保险系数。

四、攻关目标完成情况及效果（针对攻关目标说明）

根据此次技术攻关的目标，主要开展了以下工作：

（一）分析影响联锁点温度计误动作的主要因素，分为现场因素和控制室的因素两方面讨论，经过讨论提出了11项影响因素。

1、震动，设备的震动引起的接线螺钉松动，造成热电阻温度计指示值偏高，引起误动作；

2、接线盒密封不严，接线盒进水，接线短路引起指示值出现误差；

3、电磁干扰，该故障出现在C300B反应器TE-3022故障跳高时，在线路内检测到20VAC交流的干扰电压，是引起该故障的主要原因；

4、由于热电阻温度计传输的信号时电阻信号，我公司生产线原设计的传输线路包括：

接线箱、控制室接线端子，卡件端子等环节较多，容易出现接触电阻增加现象。

5、接线端子使用年限较长，老化、腐蚀等原因均会造成接触电阻增加，温度计出现指示值误差，引起误联锁；

6、由于热电阻温度计内部传感器本身的结构，供电电压必须保证较低（3～4VDC）,防止传感器发热产生误差和损毁传感器，所以容易受到各个方面的干扰，产生误差；

7、由于传输电缆自身的问题，线路出现电阻不平衡时，也会引起指示值误差，造成误联锁；

8、DCS机柜间由于接线端子的表面氧化、接线虚接等原因造成的指示值误差，引起的误联锁也发生过；

9、***分厂原设计，联锁信号由报警设定器发出的，出现断路时也会出现误联锁；

10、罗斯蒙特公司的Daeltav系统，所使用的RTD卡（热电阻卡件）是8点的一种信号输入卡，该卡为组隔离，每组4点，当其中的一点出现问题时，例如：

线路接地，就会影响其余3点出现问题，当其余点中有联锁点时，就会产生误联锁现象。

11、联锁点温度计原设计均为单点，保险系数较低。

（二）针对影响联锁点温度计误动作的各项因素提出了解决方案

1、对于震动，增加弹簧垫片，抵消震动引起的误动作，定期检查，必要时将接线与接线端子焊接，杜绝震动引起的故障停车。

例如气体制造厂的C3201A/B设备自带温度联锁点，现已按照该方法实施，效果良好；

2、热电阻温度计的接线盒电缆接口，将密封接头更改为双层密封，接线盒盖定期更换密封圈，将电缆接口朝下，电缆形成自然弯等措施，避免水汽进入接线盒引起的误联锁；

3、解决电磁干扰的办法为，接好电缆的屏蔽线，严格接地，杜绝电磁干扰的影响。

例如;TDI分厂C300A搅拌电机的联锁点温度计由于电磁干扰，出现误联锁现象，更改屏蔽电缆，接好屏蔽接地后，运行近1年来，没有出现误联锁的现象；

4、对于较总要的温度联锁点，尽量减少中间环节引起的虚接、氧化等引起的误联锁。

例如TDI分厂的C300B搅拌电机温度联锁点为直拉电缆，效果较好。

5、对于上述第五项和第八项原因，都是端子表面氧化和腐蚀引起的接触电阻增大引起的误联锁，只有及时更换端子，并且定期对该类型的端子进行检查，发现问题及时更换。

但工作量较大，在正常生产时无法更换，只有在每年的大修时更换，保险系数较低.例如:

2011年12月，TDI分厂200单元TE-2040故障跳高联锁200单元事故停车，就是接线端子老化，接触电阻增加引起的，该类型的故障隐蔽性较大。

6、由于热电阻温度计的传感器本身结构形式的原因，供电电压较小，而传输线路和中间环节较多等原因，避免故障产生较困难；

7、由线路电阻不平衡时产生的指示值误差，引起误联锁的故障也无法避免；

8、第九项，定期检查报警设定器联锁点输出端子的接线状态，保证处于良好状态；

9、由DCS卡件引起的故障，主要处理的方法为，分散重要的联锁点在不同卡件上，降低故障率，例如：

气体制造厂C3201A/B温度联锁点分开和TDI分厂C300B温度联锁点分开均降低了故障率；

10、解决的方案，将DCS和HIMA通讯点作为一路联锁条件与报警设定器点联合作为条件，增加保险系数。

（三）根据上述分析的影响因素和针对影响因素提出的解决方案，针对性的开始了一系列的试验，实验前，小组人员首先从热电阻温度计的测量原理入手，从根本上提出解决的最佳方案

热电阻工作原理

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。

它的主要特点是测量精度高，性能稳定。

其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

　　与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。

因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。

目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

　　金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即

　　Rt=Rt0[1+α（t-t0）]

式中，Rt为温度t时的阻值;Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值;α为温度系数。

热电阻温度计主要是使用惠斯通电桥来把热电阻的变化信号转变为电压信号的，现在主要由DCS系统的RTD卡来完成该项工作。

图1

惠斯登电桥桥路分析：

由欧姆定律:

I12=E/（R1+R2）

I34=E/（R3+R4）

UAB=UA-UB=ER1/（R1+R2）

UAD=UA-UD=ER4/（R3+R4

U=UD-UB=UAB-UAD=[R1/（R1+R2）-R4/（R3+R4）]E

输出电压U=E（R1R3-R2R4）/（R1+R2）（R3+R4）

图1经过简化后，得到图2，其中Rt就是热电阻温度计，R1、R2、R3为三个桥臂电阻，r为线路等效电阻，即线路电阻，三线制的接法实际应用中最常见的接法。

如图2，增加一根导线用以补偿连接导线的电阻引起的测量误差。

三线制要求三根导线的材质、线径、长度一致且工作温度相同，使三根导线的电阻值相同，即r=r=r。

通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I，由此可得三线制接法可补偿连接导线的电阻引起的测量误差。

图2

从图2中可以归纳几种线路中电阻的增加对温度计的影响，供电电源低容易被干扰等，线路电阻和接触电阻的增加，都会对热电阻温度计造成很大的影响，线路电阻增加1Ω，温度增加3℃，由于热电阻温度计本身结构原因，供电电压很低，防止电阻本身发热造成的误差，电源线路阻值增加，对电源的衰减也有很大的影响。

但对于4-20mADC模拟信号,供电电压为24VDC,对传输电缆的电阻要求不是很高完全可以避免线路不平衡电阻带来的误差,对表面有轻微氧化的接线端子的电阻变化也有一定的抵抗能力，具体数据为线路电阻小于300欧姆线路电阻变化的影响则可以忽略不计，对于联锁点温度计的稳定性有很大的改善。

经过上一个阶段的技术分析，从理论上已经确定了使用模拟量来进行攻关，4月份和5月份的实验阶段，有一台数显仪代替RTD卡，用电阻箱代替线路不均衡、虚接和表面氧化造成的造成的电阻变化，同时使用一台智能温度变送器作为电阻信号与模拟量信号的转换器，

1、对影响联锁点温度计误动作的原因进行了逐一实验，主要试验了线路电阻不均衡，虚接氧化等原因引起的电阻变化在实际中产生的误差，我们先从铂热电阻测温的原理来看。

若已知电阻-温度关系,就可以用测量电阻的方法来推算出温度,这就是电阻温度传感器的工作原理。

   当测温范围不大,元件长度和截面积随温度改变引起的阻值变化可以忽略时,热电阻元件的阻值随温度变化可以认为是线性的,可用式

（1）表示:

Rt=Rt0[1+α（t-t0）]     

　其中,t0表示参考温度;Rt0表示参考温度下铂热电阻的阻值;α表示电阻元件的平均电阻温度系数,即电阻元件的温度相对于参考温度每变化1℃,引起铂热电阻阻值相对于参考温度下的增量。

对于PT100,在t=0℃时,Rt=100Ω;当t=t1时,Rt=Rt1,则有

Rt1=100（1+α×t1）       （

　通过测量t1温度下PT100的阻值,就可以通过上式的公式变形计算出此时测量端的温度。

即

t1=Rt1/100α-1/α          

　铂热电阻测温电路的原理如图2所示,其中,Rt为铂热电阻,R1、R2为固定电阻,R3为可调电阻,G为检流计

在实验中发现，连接测量桥臂的线路当接触电阻增加时对显示值均有较大的影响，而接线的氧化等原因造成的接触电阻增加是不可避免，由于热电阻本身的结构原因，供电电压必需较小，防止电压过大本身发热造成的附加误差。

而温度变送器形成的回路，完全避免了上述因素产生的误动作，增加了安全系数。

2、由智能温度变送器组成的测量回路对各种影响热电阻跳变因素的进行了实验，对线路表面的氧化由很好的抗干扰能力，基本杜绝了线路电阻变化引起的故障联锁问题，而模拟量传输本身的精度等级较高，抗电磁干扰的能力较大，完全能够降低联锁点温度计误动作引起的故障停车率。

3、经过一系列的试验，最终确定的实施方案，现场加装温度变送器，将电阻信号的传输更改为模拟量信号传输，能够较好的避免由于接触电阻增加，线路电阻不平衡等因素引起的误联锁，同时对电磁干扰等有很好的抗干扰能力。

能够大大的降低联锁点温度计误动作，提高开车率，保证高负荷运行时间。

4、随后又利用智能温度变送器的置零的功能进行了实验，在热电阻温度计损坏的情况下，怎样避免故障停车，分为了三种情况：

（1）测量端断线，温度显示最大，造成故障停车，而利用智能温度变送器的置零的功能后，此时输出为3.8mA，在DCS上显示最小。

给仪表检修给出了时间。

（2）参比端和电源端断线后，温度显示最小，不会造成温度故障联锁。

因此利用智能型温度变送器功能，能够很好的避免温度计损坏带来的故障联锁停车。

（四）根据最终方案开始准备工作，经过组员的集体讨论，确定利用热电阻本身的三根线中两根进行信号传输，温度变送器是放在热电阻的接线盒内还是单独放置，在具体施工的过程中确定。

并将攻关温度计的回路图完成，进行了评审，确定了实施时间，在不影响安全生产的前提条件下，将回路电缆布置完成。

完成控制内部的接线，组态，调试等工作，在下次检修时全部连接到位，投入使用。

五、经济性测算（结题项目填报）