LPG氣化器電氣故障監(jiān)測(cè)器的研制及應(yīng)用

1、問(wèn)題的提出及研制的意義

   電加熱式氣化爐式一種用電能將液態(tài)液化石油氣加熱成氣態(tài)液化石油氣的設(shè)備。氣化爐式供氣站的核心，能否保證它正常穩(wěn)定工作直接關(guān)系到供氣的安全和穩(wěn)定。美國(guó)RANSOME（RE系列）電加熱式氣化爐以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用在深圳及全國(guó)各小區(qū)液化石油氣管道供氣中。迄今我公司投入使用的該系列氣化爐就有9臺(tái)。但實(shí)際運(yùn)行中，該氣化爐常受各種因素如供電電壓、電器元件的質(zhì)量、環(huán)境溫度的變化、氣化量的變化及運(yùn)作操作人員的水平等干擾和影響，導(dǎo)致電器元件的失控，一旦電氣控制元件失效可能會(huì)引起：①、加熱溫度超高、爐內(nèi)氣體壓力超高甚至發(fā)生燒穿爐膛等事故，這式非常危險(xiǎn)的，深圳某以單位用戶的自備氣化爐就曾發(fā)生過(guò)類似事故；②、引起自行停爐，無(wú)法穩(wěn)定供氣。因此如何安全準(zhǔn)確、快速高效地診斷氣化爐的電氣控制元件正常與否對(duì)維修工作是非常必要的，RAN-SOME電加熱式氣化爐電氣故障多功能檢測(cè)器正是基于上述原因而研制開(kāi)發(fā)的，它的研制及應(yīng)用為安全穩(wěn)定供氣提供了保障。

2、原理及其主要功能

2.1 RE系列氣化爐的電器工作原理

   圖1和圖2分別為RE系列氣化爐的結(jié)構(gòu)圖電原理圖。主回路由三相380V交流電源經(jīng)斷路器QF提供，通過(guò)水銀接觸器控制3相加熱器的運(yùn)行�？刂苹芈酚蓡蜗�220V交流電源經(jīng)220/110V變壓器提供110V的工作電壓。當(dāng)電源總開(kāi)關(guān)QF合閘時(shí)，主回路加熱器受水銀接觸器控制而處于斷開(kāi)狀態(tài)�？刂苹芈纷儔浩鱐1次級(jí)即有110V的工作電壓。因繼電器KA2處于釋放狀態(tài)，所以停止批示燈能電工作。當(dāng)操作者按下啟動(dòng)按鈕SB2時(shí)，110V電源即通過(guò)高溫限制開(kāi)關(guān)及繼電器KA1的常閉觸點(diǎn)使繼電器KA2得電吸合，并由其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合而實(shí)現(xiàn)自保，與此同時(shí)溫控器T/C啟動(dòng)批示燈通電工作，繼電器KA3通電吸合，電磁閥亦因KA3觸點(diǎn)才合而投入運(yùn)行，停止批示燈亦同時(shí)熄滅。氣化爐運(yùn)行時(shí)液相控制系統(tǒng)由爐體內(nèi)的液位（浮球）并關(guān)及繼電器KA3組成，當(dāng)爐內(nèi)液相超高時(shí)，液位開(kāi)關(guān)動(dòng)作（斷開(kāi)），使斷電器KA3失電釋放，電磁閥失電而關(guān)閉，切斷液相的入口，從面使用權(quán)爐體內(nèi)的液位控制在一定的范圍之內(nèi)。氣化爐的測(cè)溫與加溫控制系統(tǒng)由設(shè)于爐體內(nèi)氣相部位的溫變傳感器RTD與溫控器T/C組成。其PYZ4型溫控器是日本FUJI電氣公司產(chǎn)品，它是以芯片為TK7C9936P1單片微機(jī)組成的智能溫控部件，可通過(guò)設(shè)于面板上的簡(jiǎn)易鍵盤(pán)向單片機(jī)的存貯單元輸入各種設(shè)定的的運(yùn)行參數(shù)，并與溫度傳感器RTD測(cè)得的爐內(nèi)溫度參數(shù)共同輸入到微處理器中進(jìn)行系列的比較和運(yùn)算，通過(guò)輸出電路在其LED顯示屏中顯示氣化爐運(yùn)行時(shí)的溫度并驅(qū)動(dòng)工作繼電器（4、5觸點(diǎn)），控制主回路中水銀接觸器的控制線圈C，從而控制臺(tái)氣化爐準(zhǔn)確地按參數(shù)運(yùn)行。氣化爐的超高溫保護(hù)系統(tǒng)是由設(shè)于爐體內(nèi)的液相部位的雙金屬型限溫開(kāi)頭及溫控器中由超高（低）溫報(bào)警7、8觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的繼電器KAI常閉觸點(diǎn)采用串聯(lián)的方式組成。運(yùn)行時(shí)只要RTD測(cè)到氣相的溫度高于或低于設(shè)定的報(bào)警溫度則溫控制器內(nèi)的7、8觸點(diǎn)閉合，驅(qū)動(dòng)繼電器KAI吸合，就會(huì)切斷KA2的工作回路。同樣，當(dāng)爐體內(nèi)液相溫度超過(guò)限溫開(kāi)關(guān)的靜態(tài)極限時(shí)KA2亦因限溫開(kāi)關(guān)斷開(kāi)而切斷整個(gè)控制電路的電源起“雙重保護(hù)“作用。若上述各控制系統(tǒng)都正常，則氣化爐將運(yùn)行在自動(dòng)控制的狀態(tài)之中。

2.2 多功能電氣故障檢測(cè)器的原理

   圖3為本檢測(cè)器的電原理圖，其工作原理在模擬氣化爐電氣控制原理的基礎(chǔ)上，增設(shè)了聲光顯示電路，使其工作及故障的狀態(tài)更加直觀。其110VAC電源由變壓器T1次級(jí)提供，6VDC電源則由變壓器T2次級(jí)經(jīng)D1-D4橋式整流再通過(guò)電解電容C1濾波扣提供給聲光顯示電路。其中發(fā)光二極管LED1作加熱器的運(yùn)行顯示；LED2作進(jìn)液電磁閥的運(yùn)行顯示；LED4作超液位（浮球）限制開(kāi)關(guān)動(dòng)作顯示，此開(kāi)關(guān)一蛙動(dòng)作（斷開(kāi)）則電磁閥停止運(yùn)行；LED3作爐內(nèi)超高溫限制開(kāi)關(guān)動(dòng)作顯示，高溫開(kāi)關(guān)一旦動(dòng)作，在聲光報(bào)警的同時(shí)亦切斷控制回路的電源；LED5為溫控器T/C城溫度傳感器RTD在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)超高溫167℃和超低溫33℃時(shí)的報(bào)警與保護(hù)顯示。根據(jù)RTD屬于正溫度系數(shù)熱敏電阻溫度傳感器的這一特點(diǎn)，本裝置采用微調(diào)電位器模擬RTD的輸出信號(hào)（電阻值）由溫控器T/C轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度值，并在顯示屏中顯示。這樣，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器的阻值，就可得到任一模擬的介質(zhì)溫度。由于在校驗(yàn)中，證實(shí)RTD熱敏電阻的阻值與溫度的變化呈線性關(guān)系（如圖4），只要根據(jù)裝置中標(biāo)準(zhǔn)溫控器所顯示的模擬溫度值與電位器所對(duì)應(yīng)的刻度值，便可參照檢測(cè)溫控器的測(cè)溫性能，本裝置還設(shè)置了外接RTD的檢測(cè)接口，測(cè)試時(shí)，必須首先接入標(biāo)準(zhǔn)的溫控器，再以標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字溫度計(jì)配合，將RTD測(cè)溫探頭與數(shù)字溫度計(jì)的測(cè)溫探頭在專用的同溫槽中進(jìn)行加溫測(cè)試和參考比較，判別被測(cè)RTD性能。

2.3 多功能電氣故障檢測(cè)器的主要功能

   由于該檢測(cè)器的控制電路與氣化爐完全一致，且有直觀的狀態(tài)顯示，所以它具有以下幾種實(shí)用功能：

（1）、能將氣化爐在運(yùn)行中發(fā)生的故障現(xiàn)象在該檢測(cè)器上進(jìn)行安全可靠地模擬，為維修人員提供分析和判斷故障的科學(xué)依據(jù)，達(dá)到迅速準(zhǔn)確地查出引致故障的原因及損壞的元件的目的。

（2）、能對(duì)PYZ4型溫控制器進(jìn)行檢測(cè)。在氣化爐的電氣故障中，溫控器故障占有較高的比例。由于其核心部分是單片機(jī)，電路結(jié)構(gòu)極其精密復(fù)雜，從安全和防爆的角度出發(fā)亦不允許在氣化爐運(yùn)行時(shí)進(jìn)行各種測(cè)試及維修，因此對(duì)其檢修相當(dāng)困難。而該檢測(cè)器則巧妙地利用內(nèi)置的模擬RTD與溫控器組合成一個(gè)完善的檢測(cè)系統(tǒng)，解決了溫控器檢測(cè)與校驗(yàn)所遇到的難題。

（3）、能對(duì)RTD測(cè)溫元件性能進(jìn)行檢測(cè)。本裝置設(shè)有RTD檢測(cè)接口，只需把待測(cè)的RTD接入檢測(cè)接口，并將面板上的選擇開(kāi)關(guān)扳至外接RTD檢測(cè)檔，即可開(kāi)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。為了提高測(cè)試的準(zhǔn)確性，需配置一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字溫度控測(cè)器配合檢測(cè)，當(dāng)反RTD測(cè)溫探頭與數(shù)字溫度計(jì)測(cè)溫探頭同步加溫時(shí)，根據(jù)其兩者所顯示的溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)的參考比較，即可判別所測(cè)RTD性能的優(yōu)劣。

（4）、能對(duì)氣化爐電氣控制板中各個(gè)繼電器（KA1、KA2、KA3）性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。測(cè)試時(shí)只需把待測(cè)的繼電器從氣化爐電路板的插座中拔出，插入本裝置繼電器的插座中，開(kāi)機(jī)并對(duì)其作動(dòng)態(tài)測(cè)試，便可通過(guò)顯示電路的反映，準(zhǔn)確地判斷所沒(méi)繼電器性能的優(yōu)劣。

3、本氣化爐多功能電氣故障檢測(cè)器的準(zhǔn)確性校驗(yàn)

   本項(xiàng)目研制的氣化爐多功能電氣故障檢測(cè)器屬定性的檢測(cè)手段，如何判斷該檢測(cè)器上的RTD探頭、溫控器及其它電氣元件正常與否是校驗(yàn)的關(guān)鍵，為此，本裝置設(shè)有校驗(yàn)的輔助設(shè)施，如標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和電子顯示式溫度計(jì)。通過(guò)大量的試驗(yàn)對(duì)比和數(shù)據(jù)分析，證明該檢測(cè)器的檢測(cè)結(jié)果是準(zhǔn)確的。附圖4是通過(guò)該檢測(cè)器測(cè)試的同狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)溫度標(biāo)準(zhǔn)溫控器顯示溫度和RTD電阻值的對(duì)比曲線。

4、實(shí)際運(yùn)用的效果

   通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目的研制，使參與的公司領(lǐng)導(dǎo)、工程技術(shù)人員及技術(shù)工人加深了對(duì)RE系列氣化爐這類關(guān)鍵設(shè)備的了解和重視，提高了維修人員對(duì)電氣故障的分析和處理能力。該檢測(cè)器研制成功后，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的實(shí)際應(yīng)用，取得了以下幾方面的效果。

（1）、由于檢測(cè)器可在非防爆的場(chǎng)合，安全地模擬氣化爐的種類電氣故障，在實(shí)踐中已初見(jiàn)成效。例如，月亮灣花園瓶組站2#（RE50）爐在例行輪換開(kāi)爐時(shí)，發(fā)現(xiàn)電磁閥反復(fù)動(dòng)作所致極大可能是爐體內(nèi)殘液超高造成液相波動(dòng)使液本波動(dòng)，限位（浮球）開(kāi)關(guān)失常，經(jīng)采用適當(dāng)措施排放數(shù)公斤的殘液后，重新開(kāi)爐即恢復(fù)正常運(yùn)行。又如，科技園瓶組二站2#（RE50）爐在運(yùn)行時(shí)發(fā)生自動(dòng)停爐故障，停止批示燈常亮，卻無(wú)法啟動(dòng)。我們又根據(jù)此故障在檢測(cè)器上進(jìn)行模擬分析，經(jīng)核對(duì)氣化爐的電氣控制電路，發(fā)現(xiàn)該爐的高溫限制開(kāi)關(guān)是串接于液位限制開(kāi)關(guān)后，表面上似乎是高溫開(kāi)關(guān)失常，但其實(shí)又是液位限制開(kāi)關(guān)作怪，經(jīng)模擬后證實(shí)判斷正確，排放爐內(nèi)殘液后，試爐運(yùn)行，一切恢復(fù)正常。

（2）、科技園二站的1#（RE50）爐運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)運(yùn)行指示正常，電磁閥導(dǎo)通，溫控的加熱指示綠燈常亮，但溫控器顯示爐溫為常溫46℃，手感爐體亦未加溫，停電檢查主加熱器及水銀接觸器均屬正常，故障證實(shí)來(lái)自溫控器本身，經(jīng)檢測(cè)器檢測(cè)顯示該溫控器已失效。我們果斷地對(duì)該溫控進(jìn)行剖析，并在檢測(cè)器中采用模擬RTD輸入的方式，對(duì)其作全面的測(cè)試，得知微處理器對(duì)模擬溫度信號(hào)的輸入反映正常，即其顯示的溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫控器所對(duì)應(yīng)的電位器調(diào)節(jié)刻度基本一致，按正溫度系數(shù)的線性規(guī)律而變化。但輸出電路明顯失常，經(jīng)查證實(shí)是輸出直流繼電器（24）性能劣化。當(dāng)單片機(jī)輸出24VDC工作電壓時(shí)，該繼電器拒動(dòng)作，即4.5觸點(diǎn)不能閉合，無(wú)法驅(qū)動(dòng)水銀接觸的線圈，致使主加熱器不能通電運(yùn)行。經(jīng)更換完好的繼電器后通過(guò)檢測(cè)器測(cè)試證實(shí)其功能已恢復(fù)正常。裝上氣化爐試支行，即一次試成功。但在實(shí)際中，我們還遇到溫控器的輸入電路失常及溫度顯示誤差偏大等類型的故障。由于技術(shù)資料短缺及水平所限，在維修方面仍感困難。但事實(shí)說(shuō)明，利用該檢測(cè)器對(duì)溫控器進(jìn)行檢測(cè)和維修是行之有效的。成功檢修的先例亦為我們今后開(kāi)展對(duì)溫控制器故障的進(jìn)一步維修樹(shù)立了信心。

（3）、原科技園一站的1#（RE80）爐是采用數(shù)字集成電路作控制電路核心的。但該爐于今年初發(fā)生啟動(dòng)運(yùn)行后，爐溫顯示尚未到設(shè)定的75℃時(shí)超高溫保護(hù)開(kāi)關(guān)便動(dòng)作而自動(dòng)停爐，手感爐溫亦感異常超高，當(dāng)時(shí)判斷為RTD失效，由于缺乏有效的測(cè)試手段，該爐的維修工作一直未能完成，當(dāng)檢測(cè)器研制完成后，我們即拆下該爐的RTD，用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字溫度測(cè)試儀校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)RTD與數(shù)字溫度計(jì)測(cè)溫的誤差在4℃-7℃之間，掌握了這些具體的校驗(yàn)數(shù)據(jù)后，為進(jìn)一步的維修工作創(chuàng)造了條件，我們想念通過(guò)努力，這臺(tái)爐子的故障一定能得到修復(fù)。

（4）、薈芳園瓶組站的1#（RE50）爐啟動(dòng)時(shí)，電磁閥噪音極大，起初懷疑與驅(qū)動(dòng)電磁閥的繼電器KA3性能不良有關(guān)，經(jīng)拆下檢測(cè)，證實(shí)其性能參數(shù)未見(jiàn)異常，動(dòng)態(tài)測(cè)試功能完好。排除這相關(guān)的因素后，我們著重檢查電磁閥的各個(gè)部件，發(fā)現(xiàn)了其勵(lì)磁線圈與鐵芯的間隙偏大，經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砗�，其運(yùn)行噪音已顯著降低。

5、結(jié)論

   該檢測(cè)器研制的目的只是為氣化爐日常電氣維修提供一個(gè)定性的檢測(cè)工具，因而亦會(huì)存在測(cè)量上的誤差，只要配備一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的溫控器和RTD作為前提并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字溫度計(jì)輔助，便可對(duì)相應(yīng)的元件做定性的檢測(cè)。實(shí)踐證明，該檢測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單顯示直觀，使用方便且在我公司瓶組站氣化爐的電氣維修工作中取得了一定效果。由于該項(xiàng)目研制時(shí)間較倉(cāng)促，加上技術(shù)水平的限制，在設(shè)計(jì)及安裝上肯定存在著不少的總是這將有待我們?cè)诮衲陜?nèi)后的實(shí)踐中進(jìn)一步改進(jìn)，使其能成為RE毓氣化爐電氣維修方面的一個(gè)有用的工具，為特區(qū)燃?xì)馐聵I(yè)的發(fā)展發(fā)揮作用。