7.63米焦炉液压交换机系统典型故障分析及处理(工程师培训)

7.63米焦炉交换机系统典型故障分析
一、交换机系统简介 (2)
1、焦炉结构和部分参数 (2)
2、交换机动作流程简介 (4)
3、交换机软硬件配制简介 (5)
二、交换机停机故障如何查找 (7)
三：交换停机后如何启动及典型故障分析 (11)
1、交换机停机如何复位启动。

(11)
2、典型故障分析 (12)
四、系统设备日常维护方法及注意事项 (30)
一、交换机系统简介
1、焦炉结构和部分参数
7.63米焦炉为双联火道，分段加热，废气循环，焦炉煤气、混合煤气、空气均下喷，蓄热室分格的复热式超大型焦炉。

焦炉采用单侧烟道结构，仅在焦侧设有废气瓣和交换设施。

焦炉蓄热室分为煤气蓄热室和空气蓄热室，均为分格蓄热室，在分格蓄热室中，每个立火道单独对应1格蓄热室构成1个加热单元。

用焦炉煤气加热时，在地下室用设有孔板的喷嘴调节煤气，孔板调节方便，准确；空气是通过小烟道顶部的金属调节板调节。

用低热值混合煤气加热时，煤气和空气均用小烟道顶部的金属调节板调节，使得加热煤气和空气在蓄热室长向上分布合理，均匀。

燃烧室由36个共18对双联火道组成。

当焦炉单用焦炉煤气加
热时，混合煤气通道也和空气通道一样走空气，空气通过燃烧室底部两个斜道出口，距燃烧室底部1/3处的立火道隔墙出口，2/3处的立火道隔墙出口分别喷出。

焦炉煤气由燃烧室底部煤气喷嘴喷出，形成3点燃烧加热。

由于3段燃烧加热和废气循环，炉体高向加热均匀，废气中的氮氧化物含量低，可以达到先进国家的环保标准。

部分炼焦基本工艺参数：
炭化室孔数70孔
炭化室有效容积76.25m3
每孔炭化室装煤量（干）57.1875t
焦炉周转时间25.7h
焦炉年工作日数365d
焦炉紧张操作系数 1.07
交换机系统是整个焦炉的心脏，她负责整个焦炉的供热。

7.63米焦炉为复热式超大型焦炉，她既可以用焦炉煤气加热，又可以用混合煤气加热。

整套设备都由德国UHDE公司供货，并提供技术支持。

这套系统由液压缸、液压泵、蓄能器、油箱、油路控制台、限位开关等设备构成，主要动力源是液压油。

提供动力的设备是液压泵，由三台泵组成，两台电动泵和一台气动泵。

两台电动泵的作用每工作12个小时轮换一次，负责整个液压系统的加压，气动泵的作用是在两台电动泵均不能工作的时候，利用压缩空气作为动力源给整个液压系统加压。

在蓄能器上的油压开关负责检测油压，当油压小于138公斤时，给程序发出低油压信号，程序控制油泵给蓄能器的氮气罐注油，当蓄能器的油压大于145公斤时，油泵停机。

蓄能器的作用是储备能量，提供油压推动液压缸运行。

油路控制台主要是由程序控制现场的电磁阀的得电或失电从而控制油路的走向。

交换机系统由8个液压缸组成（C1~C8），每个液压缸的作用不同。

C1为控制焦炉煤气红向旋塞开关的液压缸。

C5为控制焦炉煤气绿向旋塞开关的液压缸。

C2为控制焦炉煤气红向空气盖开关液压缸。

C3为控制焦炉煤气绿向空气盖开关液压缸。

C6为控制混合煤气红向旋塞开关的液压缸。

C7为控制混合煤气绿向旋塞开关的液压缸。

C4为控制红向/绿向废气坨的液压缸。

C8为控制混合煤气/焦炉煤气类型转换的液压缸。

当用焦炉煤气加热时，用到的液压缸是C1、C2、C3、C4、C5、C8，当用混合煤气加热时，用到的液压缸是C6、C7、C4、C8（如图1）。

（图1）
2、交换机动作流程简介
交换机系统每20分钟红管/绿管换向一次。

当用焦炉煤气加热时，红向加热换绿向加热时液压缸动作顺序：
C1红向液压缸关闭→除碳空气吹扫30s→C2红向空气小盖关
闭→C3绿向空气小盖打开→C4由红向换到绿向→加热暂停
时间→C5绿向液压缸打开
绿换红时液压缸动作顺序：
C5绿向液压缸关闭→除碳空气吹扫30s→C3绿向空气小盖关
闭→C2红向空气小盖打开→C4由绿向换到红向→加热暂停
时间→C1红向液压缸打开
具体的交换时序如图2。

（图2）
3、交换机软硬件配制简介
交换机系统由一套独立的西门子PCS7系统进行控制，包括一个S7-400H冗余站，和部分远程I/O站，主站与远程站通过PROFIBUS 连接（如图3）。

图3
交换机系统是通过西门子PCS7系统实现自动控制，根据工艺需要，采用SFC顺序控制语言编写主流程的步序控制，并通过CFC连续控制语言编写其他的辅助控制，并实现与其他控制系统进行数据交换的功能。

由8个块控制整个交换机的交换过程，分别是：
INITIAL-STATE（交换机状态初始化）、START（交换机启动）、STOP （交换机停机）、BURN-TIME-MON（燃烧时间监控）、COG-GREEN（焦炉煤气绿向加热）、COG-RED（焦炉煤气红向加热）、MG-GREEN（混合煤气绿向加热）、MG-RED（混合煤气红向加热），如图4为COG-GREEN（焦炉煤气绿向加热）的SFC图。

图4
交换机系统采用西门子PCS7系统的WINCC作为上位监控软件，该系统与西门子的PLC控制系统结合紧密，是简单和高效的组态工具。

二、交换机停机故障如何查找
1、由于直接引起交换机停机的条件有十几个，为了方便维护人员直接找出停机原因，当交换机停止需要维护人员到上位机操作员站上观察停机条件。

图5为交换机系统主画面。

图5
在上位画面单击“B1/STOP段”按钮，出现交换机停机条件的SFC 图，打开图6。

图6
如果有某一个或是某几个停机条件符合，那么从这个SFC图中就能快速找到。

这几个交换机的停机条件分别是：
（1）、现场人员手动打开液压站上的阀，紧急暂停换向--210CG004ES+Limit switch bypassvalve opened。

这是一个安全电磁阀的紧急手动旁路开关，如果它被人为手动打开，交换机的控制旋塞的液压缸会全部关闭，启到安全保护作用，如图7。

图7
（2）、液压值低于100Bar,紧急暂停换向--210CP017ES---Hydraulic liquid pressure，在蓄能器上有四个压力开关，当液压油的压力小于100Bar时，液压压力不能推动液压缸动作，会引起停机。

（3）、C1-C8油缸移动太慢，未在规定时间内到位，超时--Runtime overrange cylinder C1-C8，每一个液压缸动作时，从电磁阀得电到液压缸到达终点限位，这段时间要小于60秒，如果大于这个时间，交换机系统就会停机。

（4）、油缸非正常滑动--Cylinder drift error，通常指油缸的限位开关有问题，或是油缸离开了限位开关的位置。

（5）、红向或绿向加热时间过长，未进行换向--Burn time
overrange，红管或是绿管整个交换时间是20分钟，如果25分钟还未开始交换，那么交换机就会停。

（6）、煤气短缺！--Gas shortage COG/MG，交换机的板后压力要大于250Pa,板前压力要小于10000Pa，废气吸力要小于-150Pa，如果压力方面不能满足这几个条件，交换就要停机。

（7）、链条断裂--Linkage Rupture，在链条上的限位在链条动作时没有按规定时间到位出或是链条运行不到位，交换机就会停机。

如图8为检测拉杆上的限位的位置。

图8
（8）、焦炉煤气的阀或者电枢故障--Valve and Armature COG Disturbance。

（9）、混合煤气的阀或者电枢故障--Valve and Armature MG Disturbance。

（10）、焦炉煤气压力变送器故障，压力变送器工作不正常，超量程或是仪表的接线存在短路或是断路的地方。

（11）、混合煤气压力变送器故障，压力变送器工作不正常，超量程或是仪表的接线存在短路或是断路的地方。

三：交换停机后如何启动及典型故障分析1、交换机停机如何复位启动。

当任何一个停机条件信号到达时，交换机就会停。

交换机停机后，程序会保持故障发生的状态，并发出报警信息，直到维护人员把故障点处理好，程序也不会自动启动，一定需要操作人员到现场的操作面板按复位按钮，把故障程序重新复位后，才能正常交换。

例如通常交换机停机大部分故障都是由于现场的限位开关的位置不正确或到达的时间不正确造成的，交换机停机后，现场的操作人员按控制面板上的“报警复位”按钮后（图9），程序就会把这个短暂的故障停机信号复位。

图9
当程序中没有符合的停机的条件，交换机具备了正常交换的条件后，此时操作人员从现场的控制面板上按报警复位按钮后，交换机就应该正常交换。

如果交换机无法正常启动，则要考虑是否仍存在机械问题或是其它原因，导致交换机无法正常交换。

2、典型故障分析
能从“STOP”停机块中直接找出的故障和简单现场仪表的故障，在这里就不详细说明了，以下列举了几个和程序、液压、工艺相关的故障。

1)故障现象：当交换机停机后，操作人员到现场按了报警复位按钮后，交换机不能正常交换。

下图为主要检测判断安全电磁阀CU024故障处理流程框图（图10）。

图10
分析：当交换机停机时，如果操作人员在现场的操作面板上按复位按钮，无法将这次故障复位，那就要从“STOP”SFC停机块上查是现场是什么条件引起的停机，并进行处理。

在交换机的现场油路台上，有一个安全电磁阀CU024是常得电的，如果发生故障时，程序
会关闭这个信号的发送，CU024失电使控制煤气的液压缸C1/C5/C6/C7液压缸关闭，启到保护作用如图11。

图11
图12为上位画面上显示安全电磁阀失电时的颜色变化。

图12
但是值得注意的是，由于安装在现场的安全电磁阀是没有反馈信号的，即使上位画面对应的CU024是绿色的表示程序中发出信号使其
得电（如图13），现场的电磁阀也有可能处于失电状态，也就是说从模块到现场的24V DC的供电不存在。

图13
由于控制该路信号输出的模块选用的是安全模块6ES7 326-2BF01-0AB0，此型号的模块有自检功能，它能自动检测从模块到现场的信号线是否有短路或是有断路的地方，如果模块检测出该通道的接线有断路的地方，模块就会启动自我保护功能，即使程序发出信号，程序信号也不会有输出到现场设备，即模块不会输出电压给现场设备。

如果模块检测出该通道的接线有短路的地方，则模块的所有通道的输出都受干扰。

这时就要检查从现场到模块线路是否存在问题。

如果线路正常，而模块仍没有信号输出，这时可能是由于频繁故障停机造成模块自锁，无法正常输出。

处理方法是重启模块，步骤如下。

步骤1，重新启动模块前，先记下模块的原地址。

步骤2，模块下电。

步骤3，模块的物理地址拨成“0”。

步骤4，模块上电，并保持一分钟。

步骤5，模块下电。

步骤6，拨回原地址。

步骤7，等待模块自检结束后，观察模块是否正常（观察SF灯是否是绿色），是否有输出（如图14）。

如图14
如图模块上电自检一分半后，通道仍没有输出。

可能有三种可能：模块本身的原因、模块其它通道有短路、程序自锁
（1）、模块本身的原因，需要更换模块。

安全模块后有地址，更换时要把新模块的地址拨成原地址，如图（15）。

图15
（2）、模块其它通道有短路现象，干扰该模块其它通道的信号输出，如图16该模块有9个通道接有现场的设备，任意一个通道和现场设备之间的接线或现场设备本身存在短路的现象，就会造成整个模块的通道信号全无输出。

图16
处理类似故障比较繁琐，从端子排上把现场设备的接线断开，用万用
表逐一测设备的内阻和对地电阻，如图17，把内阻小于50欧的电磁阀作更换处理，并检查设备的接地。

图17
（3）、程序自锁，如果交换机的模块自身故障（模块被短路）或是由于模块重启方法不正确，都会造成程序软件的安全CFC块自锁（出现QBAD信号并无法复位）。

通常现场操作面板上的复位按钮就可以把大部分的信号复位，但中这个按钮本身的信号线也接到安全模块上，如果它本身出现问题，就不能给其它信号复位。

这时就需要从程序上先把这个复位信号本身复位。

方法为在程序中找到如图18这个安全程序块，在线模式下模拟这个复位信号（SIM_1=1,SIM_ON=1）,当这个信号复位后，再取消模拟。

图18
最后现场的安全电磁阀CU024得电，如果交换机仍无法正常交换，就要考虑现场的油路是否是通畅的，如果上一个液压缸的信号限位到达后，机械限位没有按照工艺要求到达（如图19），造成通往下一个液压缸的油路不通，使下一个液压缸无法运行。

图19
例如C4液压缸的末端圆盘没有把单向阀打开，这就造成油路不通,就需要请生产厂的机械人员调整油缸末端圆盘的机械位置，保证其信号限位到达后，机械限位能把单向阀打开，保证油路的畅通（如图20）。

图20
2)故障现象：SFC块的中的交换初始条件不满足,现场的限位开关压力等都正常,交换机就是不能正常交换.
图21为检测判断、SFC块内部信号故障处理流程框图。

图21
分析：这种情况的发生,通常是由于操作人员在倒煤气(焦炉煤气和混向煤气进行切换)的过程中,对应的SFC块没有打成自动模式,也就是说如果用混合煤气加热,对应的”START”,”STOP”,”MG_RED”,”MG_GREEN”这四个SFC程序应当选用自动模式(如图22),否则部分信号可能在传递的过程中出错.
如图22
如果有部分信号在SFC中互相传递的过程中出错,而这些信号又无法通过现场设备的封点进行处理,就需要我们手动跳过这个条件,让程序向下一步进行.如下图23，这个混合煤气交换的初始条件不满足，导致程序无法向下执行。

图23
但是在程序的初始化状态画面上，每个限位却显示到位，如图24，在初始化的SFC中显示已经发出这个信号，但是混合煤气红向的SFC 就是收不到。

图24
处理方法步骤:把SFC的控制模式打成可修改,并且单击交换机程序
应当选择的紫色方块(如图25),程序正常运行后,把SFC的模式打成”自动”，让程序跳过这一步，下一次交换时，就不会出现类似的情
况了。

如图25
3）故障现象：交换机停机重启时,每次重启交换机就停机,并且报警”板后压力不足”。

图26为检测判断、故障处理流程框图。

图26
分析:遇到这类故障先检查压力表、执行器是否工作正常.接着查板后压力曲线图(如图27),可以看到交换机的煤气旋塞打开,板后压快速下降,这可能有以下几种情况.
图27
(1)当用焦炉煤气加热时,仅焦炉煤气管廊上的电液执行器负责煤
气压力的调节,当交换机停机时,程序会给这个阀的PID程序
一个保位的信号(如图28),当这个阀的开度设定的过小,当加热过程开始时,煤气进入燃烧室,板后压力快速下降,而这时执行器还没有转换到自动模式调节,容易造成板后压力迅速低于最小值250Pa而停机.
图28
处理方法:把这个阀的控制模式调成,”自动”模式下的”内
给定”,手动把”MAN”的值调高(如图29),这个就可能保证
煤气旋塞打后,执行器有一定的时间恢复到自动调节模式.
图29
（2）当用混合煤气加热时,由于煤气掺混站和混合煤气管廊上各有一个执行器负责调节,这就需要人为把这两个阀的开度给调大,管廊上的执行器调节方法如上.煤气掺混站的执行器调节方法:先把煤气
掺混站的联锁给切断如图30,
图30
再把控制模式改成”手动”模式下的”内给定”把阀的开度值改大（如图31）。

图31
四、系统设备日常维护方法及注意事项；
1、对于限位开关的维护。

交换机的液压缸和链条上都有限
位开关。

链条由于冬季和夏季温度的变化，会有一定的
收缩和伸长量，所有每当温度有较大变化时，维护人员
就要对限位的位置进行微调。

在日常巡查时，要着重巡
检各个限位的位置，对位置不正的限位，及时进行调整，
以减少限位故障停机故障。

2、对于液压泵的维护。

交换机系统有三台泵，负责交换机
的液压油加压，两台电动泵和一台气动泵。

正常情况下，
气动泵不用，当停电时气动泵才会发挥作用。

气动泵要
保证其备用状态完好，每三个月就需要测试一次。

3、对于氮气站的维护。

交换机的氮气站是安全系统，在交
换机停机时，为了煤气不反流，氮气站启动，向板后的
管道内补充氮气。

如果交换机两个月没有发生停机故障，
则需要测试氮气站系统，保证交换机系统发生故障时，
能及时启到保证作用。

4、对板前，板后压力表的维护。

在UHDE公司的设计中，一
个压力点的最终压力值是由三个压力表检测，并在程序
进行比较得出的最佳结果。

当进行煤气类型转换时，应
每月对闲置的压力表进行零点标定，以保证其压力的准
确性。

并且程序中设有报警系统，三块压力表两两做差，
如果差值大于50Pa，程序就会报警，维护人员就需要到
现场一一检查仪表。

5、对蓄能器的维护。

蓄能器中的氮气压力必须保证在
90bar~95bar之间，如何氮气压力不足，会造成油泵启
动次数频繁，并且无法保证液压缸的运行质量。

氮气罐
压力的检测周期为3~4个月，对压力不合格的氮气罐要
组织生产人员及时补压。

四、最佳操作法的实际效益
交换机系统是焦炉的心脏，如果交换机故障停机，生产就要停滞。

因为参与交换机正常启动的限置条件多达11个,而有些条件又是多个现场条件的合集,有些启动条件又是程序中的隐藏条件,所以处理起来很耗时.最佳操作法在故障处理时，如果运用得当，可以快速查出故障原因,迅速恢复生产,对焦化厂生产出世界质量一流的焦炭作用极大.不影响生产或是少影响生产无论对生产厂还是首自信的维护班组都是一件好事!
xx伟
焦炉班
2010.7.2。