仪表的基本故障及分析.docx
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仪表的基本故障及分析.docx
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仪表的基本故障及分析
仪表主要性能指标
一、概述
在工程式上仪表性能指标通常用精确度(又称精度)、变差、灵敏度来描述。
仪表工校验仪表通常也是调校精确度,变差和灵敏度三项。
变差是指仪表被测变量(可理解为输入信号)多次从不同方向达到同一数值时,仪表指示值之间的最大差值,或者说是仪表在外界条件不变的情况下,被测参数由小到大变化(正向特性)和被测参数由大到小变化(反向特性)不一致的程度,两者之差即为仪表变差,如图1-1-1如示。
变差大小取最大绝对误差与仪表标尺范围之比的百分比:
变差产生的主要原因是仪表伟动机构的间隙,运动部件的摩擦,弹性元件滞后等。
取胜着仪表制造技术的不断改进,特别是微电子技术的引入,许多仪表全电子化了,无可动部件,模拟仪表改为数字仪表等等,所以变差这个指标在智能型仪表中显得不那么重要和突出了。
灵敏度是指仪表对被测参数变化的灵敏程度,或者说是对被测的量变化的反应能力,是在稳态下,输出变化增量对输入变化增量的比值:
灵敏度有时也称"放大比",也是仪表静特性贴切线上各点的斜率。
增加放大倍数可以提高仪表灵敏度,单纯加大灵敏度并不改变仪表的基本性能,即仪表精度并没有提高,相反有时会出现振荡现象,造成输出不稳定。
仪表灵敏度应保持适当的量。
然而对于仪表用户,诸如化工企业仪表工来讲,仪表精度固然是一个重要指标,但在实际使用中,往往更强调仪表的稳定性和可靠性,因为化工企业检测与过程控制仪表用于计量的为数不多,而大量的是用于检测。
另外,使用在过程控制系统中的检测仪表其稳定性、可靠性比精度更为重要。
二、精确度
仪表精确度科称精度,又称准确度。
精确度和误差可以说是孪生兄弟,因为有误差的存在,才有精确度这个概念。
仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度,通常用相对百分误差(也称相对折合误差)表示。
相对百分误差公式如下:
(1-1-3)
式中δ-检测过程中相对百分误差;
(标尺上限值-标尺下限值)--仪表测量范围;
Δx-绝对误差,是被测参数测量值x1和被测参数标准值x0之差。
所谓标准值是精确度比被测仪表高3~5倍的标准表测得的数值。
从式(1-1-3)中可以看出,仪表精度不仅和绝对误差有关,而且和仪表的测量范围有关。
绝对误差大,相对百分误差就大,仪表精确度就低。
如果绝对误差相同的两台仪表,其测量范围不同,那么测量范围大的仪表相对百分误差就小,仪表精确度就高。
精确度是仪表很重要的一个质量指标,常用精度等级来规范和表示。
精度等级就是最大相对百分误差去掉正负号和%。
按国家统一规定划分的等级有0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,
2.5,4等,仪表精度等级一般都标志在仪表标尺或标牌上,如,,0.5等,数字越小,说明仪表精确度越高。
要提高仪表精确度,就要进行误差分析。
误差通常可以分为疏忽误差、缓变误差、系统误差和随机误差。
疏忽误差是指测量过程中人为造成的误差,一则可以克服,二则和仪表本身没有什么关系。
缓变误差是由于仪表内部元器件老化过程引起的,它可以用更换元器件、零部件或通过不断校正加以克服和消除。
系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时,所出现的数值大小或符号都相同的误差,或按一定规律变化的误差,可目前尚未被人们认识的偶然因素所引起,其数值大小和性质都不固定,难以估计,但可以通过统计方法从理论上估计其对检测结果的影响。
误差来源主要指系统误差和随机误差。
在用误差表示精度时,是指随机误差和系统误差之和。
三、复现性(重复性)
测量复现性是在不同测量条件下,如不同的方法,不同的观测者,在不同的检测环境对同一被检测的量进行检测时,其测量结果一致的程度。
测量复现性必将成为仪表的重要性能指标。
测量的精确性不仅仅是仪表的精确度,它还包括各种因素对测量参数的影响,是综合误差。
以电动Ⅲ型差压变送器为例,综合误差如下式所示:
(1-1-4)
式中e0-(25±1)℃状态下的参考精度,±0.25%或±0.5%;
e1-环境温度对零点(4mA)的影响,±1.75%;
e2--环境温度对全量程(20mA)的影响,±0.5%;
e3-工作压力对零点(4mA)的影响,±0.25%;
e4--工作压力对全量程(20mA)的影响,±0.25%;
将e0、e1、e2、e3、e4的数值代入式(1-1-4)得:
这说明0.25级电动Ⅲ变送器测量精度由于温度和工作压力变化的影响由原来的0.25级下降为1.87,说明这台仪表复现性差.它也说明对同一被测的量进行检测时,由于测量条件不同,受到环境温度和工作压力的影响,其测量结果一致的程度差.
若用一台全智能差变送器代替上例中电动Ⅲ型差压变送器,对应式(1-1-4)中的e0=±0.0625%,e1+e2=±0.075%,e3+e4=±0.15%,代入式(1-1-4)得e综=±0.18%,要比电动Ⅲ型差压变送器e综=±1.87%小得多,说明全智能差压变送器对温度和压力进行补偿、抗环境温度和工作压力能力强。
可以用仪表复现性来描述仪表的抗干扰能力。
测量复现性通常用不确定度来估计。
不确定度是由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度,可采用方差或标准差(邓方差的正平方根)表示。
不确定度的所有分量分为两类:
A类:
用统计方法确定的分量
B类:
用非统计方法确定的分量
设A类不确定度的方差为si2(标准差为si),B类不确定度假定存在的相应近似方差为ui2(标准差为(ui),则合成不确定度为:
(1-1-5)
四、稳定性
在规定工作条件内,仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性(度)。
仪表稳定性是化工企业仪表工十分关心的一个性能指标。
由于化工企业使用仪表的环境相对比较恶劣,被测量的介质温度、压力变化也相对比较大,在这种环境中投入仪表使用,仪表的某些部件随时间保持不变的能力会降低,仪表的稳定性会下降。
徇或表征仪表稳定性现在尚未有定量值,化工企业通常用仪表零漂移来衡量仪表的稳定性。
仪表投入运行一年之中零位没有漂移,相反仪表投入运行不到3个月,仪表零位就变了,说明仪表稳定性不好。
仪表稳定性的好坏直接关系到仪表的使用范围,有时直接影响化工生产,仪表稳定性不好造成的影响往往双仪表精度下降对化工生产的影响还要大。
仪表稳定性不好仪表维护量也大,是仪表工最不希望出现的事情。
五、可靠性
仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一重要性能指标。
可靠性和仪表维护量是相反相成的,仪表可靠性高说明仪表维护量小,反之仪表可靠性差,仪表维护量就大。
对于化工企业检测与过程控制仪表,大部分安装在工艺管道、各类塔、釜、罐、器上,而且化工生产的连续性,多数有毒、易燃易爆的环境,这些恶劣条件给仪表维护增加了很多困难,一是考虑化工生产安全,二是关系到仪表维护人员人身安全,所以化工企业使用检测与过程控制仪表要求维护量越小越好,亦即要求仪表可靠性尽可能地高。
仪表的基本故障及分析
一、现场仪表系统故障的基本分析步骤
现场仪表测量参数一般分为温度、压力、流量、液位四大参数。
现根据测量参数的不同,来分析不同的现场仪表故障所在。
1.首先,在分析现场仪表故障前,要比较透彻地了解相关仪表系统的生产过程、生产工艺情况及条件,了解仪表系统的设计方案、设计意图,仪表系统的结构、特点、性能及参数要求等。
2.在分析检查现场仪表系统故障之前,要向现场操作工人了解生产的负荷及原料的参数变化情况,查看故障仪表的记录曲线,进行综合分析,以确定仪表故障原因所在。
3.如果仪表记录曲线为一条死线(一点变化也没有的线称死线),或记录曲线原来为波动,现在突然变成一条直线;故障很可能在仪表系统。
因为目前记录仪表大多是DCS计算机系统,灵敏度非常高,参数的变化能非常灵敏的反应出来。
此时可人为地改变一下工艺参数,看曲线变化情况。
如不变化,基本断定是仪表系统出了问题;如有正常变化,基本断定仪表系统没有大的问题。
4.变化工艺参数时,发现记录曲线发生突变或跳到最大或最小,此时的故障也常在仪表系统。
5.故障出现以前仪表记录曲线一直表现正常,出现波动后记录曲线变得毫无规律或使系统难以控制,甚至连手动操作也不能控制,此时故障可能是工艺操作系统造成的。
6.当发现DCS显示仪表不正常时,可以到现场检查同一直观仪表的指示值,如果它们差别很大,则很可能是仪表系统出现故障。
总之,分析现场仪表故障原因时,要特别注意被测控制对象和控制阀的特性变化,这些都可能是造成现场仪表系统故障的原因。
所以,我们要从现场仪表系统和工艺操作系统两个方面综合考虑、仔细分析,检查原因所在。
二、四大测量参数仪表控制系统故障分析步骤
1.温度控制仪表系统故障分析步骤
分析温度控制仪表系统故障时,首先要注意一点:
该系统仪表的测量往往滞后较大。
(1)温度仪表系统的指示值突然变到最大或最小,一般为仪表系统故障。
因为温度仪表系统测量滞后较大,不会发生突然变化。
此时的故障原因多是热电偶、热电阻、补偿导线断线或变送器放大器失灵造成。
(2)温度控制仪表系统指示出现快速振荡现象,多为控制参数PID调整不当造成。
(3)温度控制仪表系统指示出现大幅缓慢的波动,很可能是由于工艺操作变化引起的,如当时工艺操作没有变化,则很可能是仪表控制系统本身的故障。
(4)温度控制系统本身的故障分析步骤:
检查调节阀输入信号是否变化,输入信号不变化,因为一般温度前后会有阀门来控制该系统的温度。
首先判断阀门没问题。
2.压力控制仪表系统故障分析步骤
(1)压力控制系统仪表指示出现快速振荡波动时,首先检查工艺操作有无变化,这种变化多半是工艺操作和调节器PID参数整定不好造成。
(2)压力控制系统仪表指示出现死线,工艺操作变化了压力指示还是不变化,一般故障出现在压力测量系统中,首先检查测量引压导管系统是否有堵的现象,不堵,检查压力变送器输出系统有无变化,有变化,故障出在控制器测量指示系统。
3.流量控制仪表系统故障分析步骤
(1)流量控制仪表系统指示值达到最小时,首先检查现场检测仪表,如果正常,则故障在显示仪表。
当现场检测仪表指示也最小,则检查调节阀开度,若调节阀开度为零,则常为调节阀到调节器之间故障。
当现场检测仪表指示最小,调节阀开度正常,故障原因很可能是系统压力不够、系统管路堵塞、泵不上量、介质结晶、操作不当等原因造成。
若是仪表方面的故障,原因有:
孔板差压流量计可能是正压引压导管堵;差压变送器正压室漏;机械式流量计是齿轮卡死或过滤网堵等。
(2)流量控制仪表系统指示值达到最大时,则检测仪表也常常会指示最大。
此时可手动遥控调节阀开大或关小,如果流量能降下来则一般为工艺操作原因造成。
若流量值降不下来,则是仪表系统的原因造成,检查流量控制仪表系统的调节阀是否动作;检查仪表测量引压系统是否正常;检查仪表信号传送系统是否正常。
(3)流量控制仪表系统指示值波动较频繁,可将控制改到手动,如果波动减小,则是仪表方面的原因或是仪表控制参数PID不合适,如果波动仍频繁,则是工艺操作方面原因造成。
4.液位控制仪表系统故障分析步骤
(1)液位控制仪表系统指示值变化到最大或最小时,可以先检查检测仪表看是否正常,如指示正常,将液位控制改为手动遥控液位,看液位变化情况。
如液位可以稳定在一定的范围,则故障在液位控制系统;如稳不住液位,一般为工艺系统造成的故障,要从工艺方面查找原因。
(2)差压式液位控制仪表指示和现场直读式指示仪表指示对不上时,首先检查现场直读式指示仪表是否正常,如指示正常,检查差压式液位仪表的负压导压管封液是否有渗漏;若有渗漏,重新灌封液,调零点;无渗漏,可能是仪表的负迁移量不对了,重新调整迁移量使仪表指示正常。
(3)液位控制仪表系统指示值变化波动频繁时,首先要分析液面控制对象的容量大小,来分析故障的原因,容量大一般是仪表故障造成。
容量小的首先要分析工艺操作情况是否有变化,如有变化很可能是工艺造成的波动频繁。
如没有变化可能是仪表故障造成。
以上只是现场四大参数单独控制仪表的现场故障分析,实际现场还有一些复杂的控制回路,如串级控制、分程控制、程序控制、联锁控制等等。
这些故障的分析就更加复杂,要具体分析
二仪表常用管材及型号。
仪表安装材料多达上千种,常用的有近百种,可分为两大类。
一类是成品或半成品。
如仪表管材、仪表阀门、仪表使用的型钢等等,另一类是需经机械加工的,如仪表管件(接头)、仪表安装使用的法兰、垫片、紧固件,统称为加工件.
1.仪表管道(又称管路、管线很多,可分为四类,即导压管、气动管、电气保护管和伴热管。
2.导压管
导压管又称脉冲管,是直接与工艺介质相接角的一中管道,是仪表安装使用最多、要求最高、最复杂的一种管道。
由于导压管直接接触工艺介质,所以管子的选择与被测介质的物理性质、化学性质和操作条件有关。
总的要求是导压管工作在有压或常压条件下。
必须具有一定的强度和密封性。
因此这类管道应该选用无缝钢管。
在中低压介质中,常用的导压管为ф14×2无缝钢管,这是使用最多的一种管子。
有时也用ф18×3或ф18×2。
在超过10Mpa的高压操作条件下,多采用ф14×4或ф15×4无缝合金钢管。
导压管的选用必须满足工艺要求和设计要求,代用必须取得设计同意。
3.气动管路
也称气源管或气动信号管路。
它的通常介质是压缩空气。
压缩空气经过处理,是干燥、无油、无机械杂物的干净压缩空气(有时也用氮气),它的工用压力为0.7~0.8Mpa.气源总管通常由工艺管道专业作为外管的一种,安装到每一个装置的入口,进装置由仪表专业负责。
通常工艺外管的气源管多为DN100,即4,,管道,个别情况为DN50,即2,,管道。
一般为无缝钢管。
而进装置的仪表专业敷设的气动管路则鑫为DN25,即1,,以下的镀锌焊接钢管(旧称镀锌水煤气管)。
一般主管为DN25,即1,,,支管为DN20即3/4,,和DN15即1/2,,的镀锌焊接钢管。
与第一个气动仪表和气动调节阀相边接的则是紫铜管、被覆铀管(紫钢管外面有一塑料保护层),多采用ф8×1,个别情况也有用ф7×1或ф8×1的紫钢管。
在大量采用气动仪表的场合使用管缆,多是ф8×1的被覆不锈钢管缆和尼龙管缆。
4.电气保护管
电气保护管也是仪表安装用得较多的一种管子,它是用来保护电缆、电线和补偿导线的。
为美观,多采用镀锌的有缝管,即电气管,有时也采用镀锌焊接钢管。
专用的电气管管壁较薄,其规格如下表5-2-1所示。
镀锌焊接钢管的规格如表5-2-2所示。
表5-2-1电气管的规格
公称直径DN,in1/25/83/4111/411/22
公称直径DN,mm15182025324050
外径,mm12.715.8719.0525.431.7538.150.8
壁厚,mm1.61.61.81.81.81.82.0
内径,mm9.512.6715.4521.628.1534.546.8
重量Kg/mm0.4510.5620.7651.0350.3351.6112.40
有时也采用硬乙烯管作为电气保护管,可用来输送腐蚀性液体和气体,每根长度为4m±0.1m,相对密度为1.4~1.6.硬氯乙烯管规格
电气保护管与仪表连接处采用金属软管,又称蛇皮管,是用条形镀锌铁皮卷制成螺旋形而成。
为了更好地在腐蚀性介质(空气)中使用,现在都在蛇皮管外面包上一层耐腐蚀塑料,金属软管因此易名为金属挠性管,一般长度有700mm和1000mm两种规格,需要再长的可在订货上注明所需长度。
配管时,要注意保护管内径和管内穿的电缆数。
通常电缆的直径之和不能超过保护管内径的一半。
以常用的2.5mm2控制电缆(或补偿导线)①1in=25.4mm
4、伴热管
伴热管简称伴管。
伴热对象是导压管、调节阀、工艺管道或工艺设备上直接安装的仪表及保温箱,它的介质是0.2~0.4Mpa的低压蒸汽。
伴管比较单一,其材质是20号钢或紫铜,其规格对20号钢来说多为ф14×2无缝钢管或ф12×1、ф10×1无缝钢管,对紫铜来说,多为ф8×1紫铜管,有时也选用ф10×1的紫铜管。
5常用仪表材料
型材
1 角钢
∠30*30*4 GB/T9787-88 Q235-AF
∠45*45*5 GB/T9787-88 Q235-AF。
Q235-AF表示表示屈服点(σs)为235MPa的质量为A级的沸腾钢。
A3和A3F,按现行标准应为Q235-A和Q235-AF.后者是沸腾钢,前者是镇静钢。
沸腾钢为脱氧不完全的钢。
冶炼后期不加脱氧剂,钢锭浇注时有沸腾现象而得名。
这类钢的特点是含硅量很低。
优点是钢的收率高,生产成本低,表面质量和深冲性能好。
缺点是钢的杂质多,成分偏析较大,性能不均匀。
2 不锈钢皮
δ=0.5 .22.22.5 344.5
3.外螺纹截止阀
PN6.3DN10Φ14/Φ14 J21W-64P 0Cr18Ni10Ti
PN2.5DN10Φ14 J21W-25P C.S
内螺纹截止阀
DN40 0Cr18Ni10Ti
DN25 0Cr18Ni10Ti
4.304不锈钢
通俗地说,不锈钢就是不容易生锈的钢,实际上一部分不锈钢,既有不锈性,又有耐酸性(耐蚀性)。
不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜(钝化膜)的形成。
这种不锈性和耐蚀性是相对的。
试验表明,钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中,其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高,当铬含量 达到一定的百分比时,钢的耐蚀性发生突变,即从易生锈到不易生锈,从不耐蚀到耐腐蚀。
不锈钢的分类方法很多。
按室温下的组织结构分类,有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢;
1.3040Cr18Ni9作为一种用途广泛的钢,具有良好的耐蚀性、耐热性,低温强度和机械特性;冲压、弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象(无磁性,便用温茺-196℃~800℃)。
家庭用品(1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸),汽车配件(风挡雨刷、消声器、模制品),医疗器具,建材,化学,食品工业,农业,船舶部件。
2.304L00.304L18Cr-8Ni表示超低碳的意思,相当于国内牌号前面的-低碳作为低C的304钢,在一般状态下,其耐蚀性与304刚相似,但在焊接后或者消除应力后,其抗晶界腐蚀能力优秀;在未进行热处理的情况下,亦能保持良好的耐蚀性,使用温度-196℃~800℃。
应用于抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器,建材耐热零件及热处理有困难的零件。
3.钼尔钛,0Cr18Ni12M02Ti”。
因这种不绣钢具有抗高温、耐腐蚀的优良性能,被用于腐蚀性强且温度较高的工况条件下。
316TI
4.31618Cr-12Ni-2.5Mo因添加Mo,故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好,可在苛酷的条件下使用;加工硬化性优(无磁性)。
海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备;照像、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母。
5.316L18Cr-12Ni-2.5Mo低碳作为316钢种的低C系列,除与316钢有相同的特性外,其抗晶界腐蚀性优。
316钢的用途中,对抗晶界腐蚀性有特别要求的产品。
304H耐热钢,耐高温的不锈钢
5.Monel400NI70CU30为镍-铜合金,强度及焊接性能都不错,耐大多数的有机酸,无机酸,盐,碱等的腐蚀,但其耐还原性腐蚀能力优于耐氧化性腐蚀能力.
Inconel600为镍-铬-铁合金,在高温下具有良好的抗氧化性能,所以经常用于一些高温高压氧气管线
中国日本美国英国德国
0Cr18Ni9
SUS304
304
304S31,
X5CrNi18-10,
[1.4301]
X5CrNi18-10
[1.4301]
00Cr19Ni10
SUS304L
304L
304S11,
X2CrNi19-11,
1.4306
X2CrNi19-11,
1.4306
0Cr17Ni12Mo2
SUS316
316
316S31,
X5CrNiMo17-12-2
[1.4401]
X5CrNiMo17-12-2
[1.4401]
00Cr17Ni14Mo2
SUS316L
316L,
S31603
X2CrNiMo18-4-3
[1.4435],
316S13
X2CrNiMo18-4-3
[1.4435]
TP316和316SS有什么区别SS是指的无缝不锈钢管.都是代表不锈钢0Cr17Ni12MO2,SS是指不锈钢。
TP是美标里面的表示法,SS是指的无缝不锈钢管;
316SS就是316不锈钢,
316L是超低碳不锈钢(含碳量为0.03%,不适用于温度在525度以上场合)
316LS具有316钢的特点,低碳素,具316S和316L优点
三.电磁阀限位开关的使用
原理:
通电时,电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起,阀门打开;断电时,电磁力消失,弹簧把关闭件压在阀座上,阀门关闭。
特点:
在真空、负压、零压时能正常工作,但通径一般不超过25mm。
分布直动式电磁阀:
原理:
它是一种直动和先导式相结合的原理,当入口与出口没有压差时,通电后,电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起,阀门打开。
当入口与出口达到启动压差时,通电后,电磁力先导小阀,主阀下腔压力上升,上腔压力下降,从而利用压差把主阀向上推开;断电时,先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件,向下移动,使阀门关闭。
特点:
在零压差或真空、高压时亦能可靠动作,但功率较大,要求必须水平安装。
先导式电磁阀:
原理:
通电时,电磁力把先导孔打开,上腔室压力迅速下降,在关闭件周围形成上低下高的压差,流体压力推动关闭件向上移动,阀门打开;断电时,弹簧力把先导孔关闭,入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差,流体压力推动关闭件向下移动,关闭阀门。
特点:
流体压力范围上限较高,可任意安装(需定制)但必须满足流体压差条件。
电磁阀的工作原理,电磁阀里有密闭的腔,在的不同位置开有通孔,每个孔都通向不同的油管,腔中间是阀,两面是两块电磁铁,哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边,通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔,而进油孔是常开的,液压油就会进入不同的排油管,然后通过油的压力来推动油刚的活塞,活塞又带动活塞杆,活塞竿带动机械装置动。
这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。
图中画的是电
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