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除湿机改造论文
除湿机再生系统温控保护问题与处理
广州######有限公司
2010年12月3日
摘要:
本文针对ZCFZ965-12型除湿机在造船厂运行中再生脱附系统加热保护存在的问题和隐患,并通过多次的实验改进,找到了问题的突破点,最终获得最佳方案,增设一个温控开关对其实施两级保护,修复了长期困扰的再生电源故障,为分段生产提供了保障。
关键词:
除湿机故障维修
一、前言:
随着中国三十年的改革开放,工业的崛起、产业的复兴。
工业除湿机得到了空前的发展,不同类型;不同作用机理的除湿机也应运而生,通过二十多年的引进、吸收国内的除湿机有了长足的进步,由单一的制冷除湿转变为现在的组合式除湿机。
在我国重工制造、精工领域、仪器仪表、军工、航空航天技术、高速列车等,对空气的湿度要求非常严格的场所得到广泛的应用。
近几年的产业升级,国产船用除湿机发展很快,为船舶工业的发展做出了很大的贡献。
但是,在船舶企业使用过程中,发现了船用除湿机的很多不足;因再生系统硬件的配置不当,造成再生系统温度传感器和温控开关控制功能失调,在特定的环境因素存在时,产生了不应有的故障,加速了发热管的老化,促成断路器短路跳闸报警,给工业生产造成很大的影响。
二、转轮除湿机的基本原理与工艺
ZCFZ965-12型除湿机是近几年引进、吸收国外机型的基础上研发的一种组合式四季型除湿机,是由制冷降温除湿与转轮吸附除湿相结合的设备。
不仅除湿量大,效率高,能耗低可连续提供低露点干空气,而且安全、稳定,无毒、无腐蚀、环境使用范围广、清洗方便、使用寿命长、对环境无污染。
可以处理高温高湿空气,设备一般运行温度范围为0℃~50℃,相对湿度范围为:
15%~100%;同时可以处理冷却除湿无法处理温低湿空气,此类型号的除湿机在造船行业得到广泛的应用。
除湿原理:
转轮除湿机属于空调领域的一个重要分支,是升温除湿的典型代表。
ZCFZ965-12型是制冷冷凝除湿与动态固体吸附相结合的除湿机;核心部件是一个蜂窝状转轮,转轮由特殊陶瓷纤维载体和活性硅胶复合而成;转轮两侧由特制的密封装置分成两个区域:
处理区域及再生区域;当需要除湿的潮湿空气经过表冷器(蒸发器)降低露点后,通过转轮的处理区域时,湿空气的水蒸汽被转轮的活性硅胶所吸附,干燥空气被处理风机送至需要处理的空间;而不断缓慢转动的转轮载着趋于饱和的水蒸汽进入再生区域;再生区内反向吹入的高温空气使得转轮中吸附的水份被脱附,被风机排出室外,从而使转轮恢复了吸湿的能力而完成再生过程,转轮不断地转动,上述的除湿及再生周而复始地进行,从而保证除湿机持续稳定的除湿状态。
(除湿原理见图1-1)
图1-1除湿机吸附脱附工艺原里
2、工艺结构:
ZCFZ1220-112型组合式除湿机采用室内机与室外机分离结构,整套设备分成三部分组成:
一、内循环系统部分,二、外处理循环部分,三、再生脱附利用;设备主要由制冷系统、过滤器、前置表冷器(蒸发器)、吸附转轮、加热器、送风电机、冷凝水出口装置组成。
(见下图1-2)
图1-2除湿机工艺图
三、故障的出现
在2008年建厂时造船涂装部引进了14台固定式ZCFZ965-12型除湿机,为喷漆车间降温除湿固漆服务,全年满负荷运行时间在5500小时以上。
经过快一年的运行,在去年夏天开始相继出现再生加热器断路器(QF7-QF10)出现经常性跳闸现象,相应之下的除湿量下降,除湿工况为:
温度:
29℃、湿度73%RH;环境温度:
38℃、湿度78%RH;再生加热室温度125℃。
因除湿机还在保修期内,我们联系厂家共同解决这一问题,起先厂家观察设备后,清理了过滤网的灰尘,在每个电气控制箱加装一个排风扇,排除再生加热断路器和接触器产生的热量,缓解过热引起的性能下降。
事故处理后,跳闸的频率有所好转,但是,除湿量没有多大上升,过了没多久故障依旧,某台机再生加热器四组总电流升到145A(单组36.5A),出现发热管烧坏的故障,不同车间也相继出现这种状况。
因生产任务繁重,设备使用率高,不允许设备有待机的情况。
部门领导要求尽快维修处理,并由我牵头对故障问题进行排查;拿出一个行之有效,维修时间短,稳定的维修方案。
四、故障原因分析
中船基地涂装部内场十三个冲砂、喷漆车间所有设备(包括ZCFZ965-12除湿机)都由中央集控室统一控制、管理,依托三菱Q系列PLC作主站,现场设备作分站,采用CC-Link接口信息共享。
ZCFZ965-12型除湿机采用模块化电路设计,及模块采样,PLC运算执行、风机驱动、机械执行、制冷降温、加热执行、转轮吸附为一体的机电一体化设备。
除湿机出现再生断路器QF重复跳闸和发热管烧毁的原因,由多方面的因素造成,断路器老化、加热器性能老化、发热管接地、传感器(PT100)失灵引起的智能调控失败、再生风机故障、过滤网/转轮堵塞。
要排除故障必须找到准确的原因和位置,寻找快捷维修途径,确定最佳方案,即经济、时间短、又能运行平稳、不影响工艺性能的合理方法,在最短的时间里排除故障,消除隐患;确保生产任务的完成。
五、故障检查与排除
再生加热器是由四组加热管和箱体组成,其作用是产生高温气流脱附转轮水分创造再生条件,是再生系统的关键部位,它的好坏直接影响到脱附工作的成败。
加热器是个长650*600*400mm的矩形的长方体和并排120根发热管组成,镶嵌在风道的最前面,功率为72KW,单管功率600W;分为四组星型连接380V供电(电气图见图1-3)。
维修开始就对烧毁的一组发热管进行了更换,并检查了其它发热管的等效电阻;基本相等,同时更换了跳闸组断路器(型号C35)试运行,试机运行电流为135A(正常设备电流125-132A),初始温度28.6℃,1分钟后,电流137A,显示温度48℃,3分钟,电流显示138A,加热室有热气外溢现象,拿下过滤网观察加热管发红(用红外线测温仪检测加热室内壁温度为256℃),触摸屏温度显示86℃,8分钟后显示屏温度显示125℃(加热室285℃),再生系统才出现温度比较保护,有两组接触器分断。
接近9分钟显示130℃第三组接触器分断,9分多钟有一组断路器跳闸保护,当时显示温度135℃,最后一组接触器分断,整个保护工作结束。
图1-3加热器电路
观察到发热管有干烧6分多钟的现象(发热管严禁干烧),加热保护应该在3分钟之内动作,但是温度感应延后6分多钟,对断路器检查明显过热,说明有过载现象。
种种迹象表明是因缺少空气对流后造成发热管热传递失败,促成加热室温度聚增,发热管性能发生改变,电流变大。
从这次试机判定原多次跳闸故障与断路器没有关联。
根据PLC的I/0图(后附图2电气原理图)了解,四组加热管电源辅助点和温控开关常闭点共同串联进入PLC/X15点位作再生电源和高温保护,可以从程序1281步至1374步(图1-4)了解它的保护功能。
可是,加热室的超温X15没有保护,整个保护的重任全由温度传感器(PT100)来承担,从程序中解读PT100主要起到侦测参数发给程序进行比较(D70-D74)控制(M70-M73)再加热接触器(图1-5),来实现
图1-4再加电源保护程序图
图1-5比较置位程序
温度(120℃)的恒定。
在设备硬件上温控开关和PT100并排安装在一起,目的是PT100失灵后X15点位起到(160℃)极限保护作用。
但是出现超温状况后PT100比较保护的同时出现了断路器保护,整个保护工作系统延迟了6分多种,发热管出现了严重干烧迹象,如果继续这种现状后果不堪设想。
依据故障原因推断可能是传感器(PT100)热感应迟钝引起的智能调控失败、也有可能是再生风机故障、过滤网/转轮堵塞引起。
上面已经介绍过,温度传感器PT100在系统里的作用,PT100失灵将产生严重的后果,比较失败,将产生极限温度或加温失败也可以产生安全事故。
首先拆卸下PT100用万用表检查了其阻值,常温下112.45欧姆,对照分度表取值32℃,为了检测性能取来一根新的PT100同步进行加热对比检测;一根和设备FX-4AD-PT模块连接采用显示器查看温度,一根用万用表连接检查其阻值对照分度表取值。
再取来一部手提式喷灯对两个并排的PT100同步加热,很快显示屏显示48℃,另一个测得阻值为118.63欧姆;分度表对照为48℃,说明两个PT100在38℃时性能是相同的,继续给传感器加热;当显示屏显示112℃,查看另一只的阻值143.05欧姆;对照分度表为112℃,证明在112℃两个传感器性能相同,再继续加热,当屏幕显示176.2℃,查看另一只的阻值为167欧姆;分度表为176℃,经过三个不同温度参数的对比,可以完全肯定PT100是正常的。
在测试PT100的同时也对温控开关进行了检测,温控开关(X15)作用上面也做过阐述。
KST机械式双金属片温控开关,利用热敏双金属片受热弯曲推动触点。
它的性能好坏关联着整个再生系统安危及安全事故。
同样用喷灯烘烤温控开关感温片同步调整温控旋钮,其触点动作有序,未见误动作现象,符合使用要求。
现在故障缩小到再生风机和转轮身上,再生离心风机是整个脱附再生系统空气循环能量的来源。
当风机故障时,整个脱附再生过程将失败,也可以引起再生加热器事故。
当即对电机轴承、绕组、接线端子、及接触器性能,参数(线圈阻值)检查;没有听到异响声发出,各种项目的检查也符合要求,判定其风机也属于正常状态。
之后打开前蒸发器室挡板,对除湿转轮状况进行检查,除湿转轮是真个除湿系统的关键设备,它的堵塞将影响很多方面故障(除湿失败、再生失败、再生故障、后加热故障)。
用手电筒探照转轮前置面整个平面漆黑,蜂窝巢凹状消失,凹槽里布满灰尘;通透性极差,用手抚摸全是粉尘。
说明转轮因灰尘积聚过多形成堵塞,故障已经基本清楚;转轮的堵塞是造成一连串故障的根源。
堵塞引起处理空气和再生空气的对流缺失,吸附的水分难以脱附,除湿的水分难以吸附,最终造成除湿量下降,工况温度上升,加热室也因缺少空气的对流,热传导失败,致使温度大量集聚;但是后继感温(PT100)保护系统感应迟钝,造成加热室超高温发热管性能改变,耗用能量加大,造成断路器过流保护。
最后拆卸转轮进行清洗,系统恢复正常状态,但是这个问题一直困扰着我,加热室超高温故障,温度比较系统没有及时的保护,温控极限都没有报警,反而断路器空开跳闸,很疑惑。
六、故障排除中出现的问题与分析
近段时间每个车间除湿机再生发热管都有烧毁现象。
我感到故障隐患还是没有切低得到解决。
之后我系统的研究了设备工艺和程序,到设备现场观察运行情况,研究了设备的硬件配置状况和工作环境,总结了三点故障因素,环境、程序、硬件。
环境:
除湿机放置在喷漆间中置机房,紧挨冲砂车间,冲砂车间在冲砂作业时产生很大的粉尘污染,除湿机又没有屏蔽措施,除湿机在制造纯净空气的同时,自身也受到粉尘的侵袭;在大量的粉尘面前,自身的粉尘脱附能力有限,时间一长粉尘慢慢在转轮上越积越多,为故障创造了条件。
程序特点:
除湿机整个系统属于分部控制方式,各部分系统没有联动性,制冷系统、再生系统、后处理系统没有因果联系同步受M1控制(图1-7原驱动程序了解)。
同理,制冷主系统和再生系统没有联系,也没有互锁保护,在远程控制模式时,再生系统的(X15)故障报警只和远程主站发生对话,再由远程主站(Q-PLC)发出整个系统的停机指令M304(后附图5和后附图9了解))。
当就地使用自动状态运行时如果再生系统故障后(X15)就形同虚设没有一点作用和主系统没有任何保护联系,只停掉了自己的再生系统,其他系统照常运行,不知道这样的设计思路除湿效果有多强。
本人仔细分析工艺后,感觉安全危害性很大。
如果当总线CC-LinK瘫痪后,需现场运行设备,当再生系统、后加热系统发生故障后(某个操作硬件性能疲软,传感器灵分辨率变低)需要整机紧急停机,可是制冷、处理风机没有停车,不敢想象将会产生什么样的后果,这将是最大的隐患。
再生加热保护主要靠感测参数进行比较控制,可是二级保护又过于简单(X15点位硬件保护单一),超温、过载保护全落在X15身上,在再生系统里把断路器专用作过流保护,这种方式加速了发热管的老化,没有单独的过流保护体系。
处理电机其它故障因素也只限于再风电源X14点位(了解见图1-4),考虑因素不全面,没有考虑风道堵塞状况,保护不理想,这是第二个隐患点。
如果在某一时刻,设备同时出现两个硬件损坏(断路器机械疲软、温控器失灵),侧极有可能出现火灾事故。
除湿机的工艺过程是靠四个传感器(环境感测、蒸发器感测、再生室感测、出风口温湿度感测)的参数和设定值比较再控制除湿机各部分运行(再生程序利用传感器的采样参数D102和设定值D70-D74进行比较来控制再加热接触器调整再生室温度,D70-D74的参数分为三个级;上限温度135℃,5℃为一间隔,加热三级为:
120℃四组起动,125℃两组停止,130℃三组停止,135℃四组停止。
后附图6程序了解)。
从以上分析感测元件在做调控的同时还要肩负保护的责任。
感测元件的性能,质量非常重要,只要那个环节出现隐患,后果不堪设想。
硬件:
再生脱附风道是由过滤网、加热器、温控开关、PT100、除湿转轮、再生风机组成。
(图1-6所示)通过测量温控开关和加热器相距一定的距离1300mm,还有一个很重要的硬件错误,远距离配置温控器不能采用双金属片调温开关,灵敏度要比电子式或液态是的要迟钝,这是存在的第三点隐患。
从技术上分析,感温装置要感应灵敏必须要在风道畅通的环境下(再生风量为2700m3/hr时)所检测的温度才算准确,如果风道堵塞传感器灵敏度将下降。
图1-6再生系统脱附示意图
从上面的环境、程序、硬件分析都存在一定的缺陷,从工控逻辑上来讲,温控保护应在断路保护的前面,只有当温控装置出现故障后,保护的工作再由断路器来完成。
整个工控程序思路比较简单,硬件控制也存在死角是造成发热管干烧了6分钟主要因素。
七、存在故障隐患问题的整改
结合上述的分析得出一个结论此型号的除湿机没有针对船厂的实际情况设计,设计思路简便,硬件安装寻求方便,问题归纳为三点:
1、设计上没有考虑复杂的环境因素。
2、程序设计着重点在远程没有考虑现场自动化进程。
3、硬件和程序管理比较简单设计考虑不周全。
根据这个思路主要在初始程序做适当的添加增加安全性和工作效率;在加热器附近适当位置加装温控器形成多级保护,增强设备的稳定性。
1、程序存在的隐患整改方案为:
在主程序959步串接M301(了解M301后附图8程序)常闭点互锁主继电器M1,利用远程报警继电器(M301)互锁制冷主程序,增强报警停机。
(图1-7式原程序和修改程序的对比。
)
2、增加硬件配置,增加温控器多级保护,必须先检查PLCI/O点位(后附图2),摸清PLC输入状况,确定整改思路,做到经济、稳定、安全、效果好。
检查后发现输入端没有空缺,增加点位保护的想法落空,最后只能在硬件上下功夫,结合多方意见,决定在靠近加热器的地方增加一级温控保护和后级温控保护形成前后级保护,原控制电路没有做更改继续共用一个开关量回路;在发热管超温三分钟内作出保护,即简单,方便,又不影响其脱附性能。
原驱动程序
程序修改后
图1-7主驱动程序修改比较
即先找一台正常除湿机,先测量加热器长度再在风道上取(200mm、500mm)两个孔,检测在正常状态下风道不同点温度值进行比较,(设置A点、B点从图1-8了解)确定合适的运行温度再选择合适的温控开关。
用红外仪检测加热室内壁运行温度为228℃,选着的温控开关量程要在100-300的范围,通过查找选定液态膨胀可调(WGA50℃-300℃)温控开关比较适合,因其灵敏度强,动作灵敏,参数都较高。
在两个检测孔用PT100探测(四组加热器同步启动后)再生温度A点为168℃,B点为165℃,再模拟堵塞状况下检查A点和B点在同一设定值下温控开关动作时间比
图1-8整改设置后的再生风道监测点
较,和高温承受力,动作性,稳定性,正常运行值比较。
在此实验中A点要B点明显快,温度承受力也相当,稳定性一样,在正常运行状态172℃没有误动作现象。
依据此次实验决定把加热器一级保护监测点放置A点(OT3)设置温度为175℃,和后级保护160℃形成上下级关系,A点常闭开关量与原来PLCX15点回路串接构成一体保护(电路改进见图1-9),A点(OT3)作一级保护原温控开关作(OT1)二级保护,一级保护失败,由二级支持。
原图电路图修改后电路图
图1-9气改动对比
3、更换OT1原KST型温控开关类型,把原来的双金属片温控器改装成WGA50-300℃液态温控器,液态温控器要比金属双金属片灵敏度高,动作快。
传感器及接线完成后,进行了工作运行,为了能验证改造后的稳定性,试机运行设备一个多月。
出口参数稳定,温度22℃-27℃、湿度42%RH-62%RH、加热器性能稳定电流123A-132A,没有出现烧发热管的现象,只出现两次再生系统报警,一次电机故障;一次转轮堵塞,并没有出现断路器跳闸现象,对设备的维修周期缩短,维护监测手段加强。
从以上检测试验证实增设温控开关监控点的方案是正确可行的,保障了除湿机在粉尘大的环境下可靠的工作,转轮堵塞问题得到很好的布控,A点温控开关保护及时,避免发热管过流引起的断路器过流保护,保护了发热管的性能,延长了使用寿命,也符合工艺逻辑程序的要求,达到了预想的整改目的。
最后把整改方案发给厂家和公司技术部都得到了一致的认可,决定把全部ZCFZ965-12型除湿机进行整改。
所用材料清单见(表1-1)
序号
名称型号
规格
数量
1
阻燃绝缘铜芯线
ZR-BV1.5mm²
6.5米
2
液体可调温度控制器
WGA50℃-300℃
2只
八、维修改进起到的作用及效率
针对这次的维修任务,发现了自身的不足及存在的问题,从一个侧面认识到我们的维修团队还对除湿机的工艺,结构,性能不是很了解,在维护保养上造成了死角。
也从另一面看到设备的不足,在硬件软件设计上没有从实际出发,没有过多的思考多种工况环境,设计思路简便;没有建立多级保护机制,造成设备隐患的产生。
船厂涂装部生产环境恶劣,粉尘多、空气腐蚀介质多(油漆混合物)、湿度大(靠海)除湿机在为车间提供优质空气的同时自身也受到环境因素的严重干扰和侵蚀,提高保养措施完善维修方法,增强维修技术是我们的当务之急。
对除湿机故障停机保护和温控开关的改进,收到很好的效果,延长了发热管的寿命,节约了电能,保养力度比以前加强,除湿效率比以前提高,平均除湿量提高39%,出口湿度保持在45-56%RH,出口温度保持在22-28℃,并且缩短了设备的维修周期。
通过这次改进提升了产能,保障了生产任务能顺利完成,减轻了工作强度,提高了工作机制,为以后的保障工作创造了便捷之路。
再生系统改进后提高了除湿机的工作效率,节约维修成本,减少了能源浪费。
下面是维修后和维修前的比较。
1、除湿机工作效率提高,转轮的利用率增强。
设备的月开机时间为26天,原来月故障停机11天,现在停机时间1天。
2、因转轮的维护及时,除湿效果增强。
转轮堵塞报警信息的提前,可以合理安排维修任务,及时清理转轮灰尘。
平均出口湿度43-56%RH、温度22-26℃,除湿量提高39%。
3、能源的节约;温控开关提前分断避免了发热管干烧的状态。
温控开关报警及时,防止了干烧,避免了能源的浪费。
4、维修成本降低:
因增加了保护防止了过流产生,降低了发热管、断路器、接触器更换频率。
原来一台设备平均一年更换管65支发热管,整改后一年只更换18支发热管,按每只25元计算,设维修前维修成本为Q1,维修后的成本为Q2,降低的成本为Q3,Q3=Q2-Q1∵Q1=65*25=1265元Q2=18*25=450元∴Q3=Q2-Q1=815元又∵14台同类型除湿机∴全年共节约维修成本815*14=11410元。
从以上各项指标看这次的维修任务是成功的,赋有效益的,规范了对除湿机重点部位的监控力度,提高了维修效率,为企业节能降耗起到了作用。
结束语
通过这次的维修,更丰富了我们的维修知识,积累了判断能力。
同时加深了对除湿机的认知。
深知从维修中去查找原因,从维修中寻找解决办法,在维修中创造成果,为企业创造价值,为自己创造工作的乐趣。
随着我国工业自动化进程的加快,各种新设备不断地涌现,需要我们不但学习新的知识,补充更多能量,才能适应高新技术产业的发展,做一个敢拼,能打硬仗的技术人员。
致谢:
作者在撰写本文过程中,得到##涂装部###技术员和涂装部###技术员的技术支持和宝贵意见,在此深表感谢。
参考文献:
上海汉福空气处理设备有限公司设备说明书
一部分资料是从网络收集地址如下
二0一0年十二月九号
附图1设备电气清单
序号
名称型号
规格型号
数量
序号
名称型号
规格型号
数量
1
电压表
0-450V
1
19
热保护断路器
32/24
1
2
电流表
5/100
1
20
热保护断路器
4/6.3
1
3
电流表
5/300
1
21
热保护断路器
0.63/1
1
4
电流表
5/150
2
22
温度传感器
PT100
3
5
触摸屏
F940GT-LWD-C
1
23
接触器
D50
4
6
组合开关
ZB2-BE101C-5
18
24
接触器
D32
4
7
PLC
FX2N-48MR
1
25
接触器
D09
1
8
模块
FXZN-4AD-PT
1
26
温控器
WGA50-300℃
2
9
模块
FX2N-2AD
27
温控器
WGA30-120℃
1
10
模块
FX2N-32CCL
28
电磁阀
TYPE/1078-5
5
11
断路器
C10
1
29
急停按钮
1
12
断路器
C50
4
30
接触器
D80
3
13
断路器
C35
4
31
接触器
D12
2
14
断路器
NM1-630S/3300
1
32
热宝断路器
GA2ME16
2
15
断路器
C8370/200
1
33
开关电源
110/220
1
16
保险盒
HG30-32
2
34
处理风机
Y2-160M2-2
1
17
中间继电器
6A/250V
1
35
再生风机
Y2100-2
1
18
压缩机
SRC-S-183
1
36
转轮电机
220/0.5
1
附图2ZCFZ965-12性除湿机电气原理图(I/O图)
附图3再生系统参数的设定程序
0号模块的采样
附图4再生系统加热室温度比较调节出口湿度调节
附图5主程序与再生风机起动
附图6再生加热器比较控制程序
附图7再生系统及各系统报警置位(触摸屏)
附图8远程报警
附图9远程通讯
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- 除湿机 改造 论文