LPG氣化器電氣故障監測器的研制及應用

1、問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液化石油氣加熱成氣態液化石油氣的設備。氣化爐式供氣站的核心，能否保證它正常穩定工作直接關系到供氣的安全和穩定。美國RANSOME（RE系列）電加熱式氣化爐以其結構簡單、性能穩定、操作方便等優點，廣泛的應用在深圳及全國各小區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。但實際運行中，該氣化爐常受各種因素如供電電壓、電器元件的質量、環境溫度的變化、氣化量的變化及運作操作人員的水平等干擾和影響，導致電器元件的失控，一旦電氣控制元件失效可能會引起：①、加熱溫度超高、爐內氣體壓力超高甚至發生燒穿爐膛等事故，這式非常危險的，深圳某以單位用戶的自備氣化爐就曾發生過類似事故；②、引起自行停爐，無法穩定供氣。因此如何安全準確、快速高效地診斷氣化爐的電氣控制元件正常與否對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器正是基于上述原因而研制開發的，它的研制及應用為安全穩定供氣提供了保障。

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系列氣化爐的結構圖電原理圖。主回路由三相380V交流電源經斷路器QF提供，通過水銀接觸器控制3相加熱器的運行。控制回路由單相220V交流電源經220/110V變壓器提供110V的工作電壓。當電源總開關QF合閘時，主回路加熱器受水銀接觸器控制而處于斷開狀態。控制回路變壓器T1次級即有110V的工作電壓。因繼電器KA2處于釋放狀態，所以停止批示燈能電工作。當操作者按下啟動按鈕SB2時，110V電源即通過高溫限制開關及繼電器KA1的常閉觸點使繼電器KA2得電吸合，并由其常開觸點閉合而實現自保，與此同時溫控器T/C啟動批示燈通電工作，繼電器KA3通電吸合，電磁閥亦因KA3觸點才合而投入運行，停止批示燈亦同時熄滅。氣化爐運行時液相控制系統由爐體內的液位（浮球）并關及繼電器KA3組成，當爐內液相超高時，液位開關動作（斷開），使斷電器KA3失電釋放，電磁閥失電而關閉，切斷液相的入口，從面使用權爐體內的液位控制在一定的范圍之內。氣化爐的測溫與加溫控制系統由設于爐體內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電氣公司產品，它是以芯片為TK7C9936P1單片微機組成的智能溫控部件，可通過設于面板上的簡易鍵盤向單片機的存貯單元輸入各種設定的的運行參數，并與溫度傳感器RTD測得的爐內溫度參數共同輸入到微處理器中進行系列的比較和運算，通過輸出電路在其LED顯示屏中顯示氣化爐運行時的溫度并驅動工作繼電器（4、5觸點），控制主回路中水銀接觸器的控制線圈C，從而控制臺氣化爐準確地按參數運行。氣化爐的超高溫保護系統是由設于爐體內的液相部位的雙金屬型限溫開頭及溫控器中由超高（低）溫報警7、8觸點驅動的繼電器KAI常閉觸點采用串聯的方式組成。運行時只要RTD測到氣相的溫度高于或低于設定的報警溫度則溫控制器內的7、8觸點閉合，驅動繼電器KAI吸合，就會切斷KA2的工作回路。同樣，當爐體內液相溫度超過限溫開關的靜態極限時KA2亦因限溫開關斷開而切斷整個控制電路的電源起“雙重保護“作用。若上述各控制系統都正常，則氣化爐將運行在自動控制的狀態之中。

2.2 多功能電氣故障檢測器的原理

   圖3為本檢測器的電原理圖，其工作原理在模擬氣化爐電氣控制原理的基礎上，增設了聲光顯示電路，使其工作及故障的狀態更加直觀。其110VAC電源由變壓器T1次級提供，6VDC電源則由變壓器T2次級經D1-D4橋式整流再通過電解電容C1濾波扣提供給聲光顯示電路。其中發光二極管LED1作加熱器的運行顯示；LED2作進液電磁閥的運行顯示；LED4作超液位（浮球）限制開關動作顯示，此開關一蛙動作（斷開）則電磁閥停止運行；LED3作爐內超高溫限制開關動作顯示，高溫開關一旦動作，在聲光報警的同時亦切斷控制回路的電源；LED5為溫控器T/C城溫度傳感器RTD在運行過程中出現超高溫167℃和超低溫33℃時的報警與保護顯示。根據RTD屬于正溫度系數熱敏電阻溫度傳感器的這一特點，本裝置采用微調電位器模擬RTD的輸出信號（電阻值）由溫控器T/C轉換為相應的溫度值，并在顯示屏中顯示。這樣，通過調節電位器的阻值，就可得到任一模擬的介質溫度。由于在校驗中，證實RTD熱敏電阻的阻值與溫度的變化呈線性關系（如圖4），只要根據裝置中標準溫控器所顯示的模擬溫度值與電位器所對應的刻度值，便可參照檢測溫控器的測溫性能，本裝置還設置了外接RTD的檢測接口，測試時，必須首先接入標準的溫控器，再以標準的數字溫度計配合，將RTD測溫探頭與數字溫度計的測溫探頭在專用的同溫槽中進行加溫測試和參考比較，判別被測RTD性能。

2.3 多功能電氣故障檢測器的主要功能

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

（1）、能將氣化爐在運行中發生的故障現象在該檢測器上進行安全可靠地模擬，為維修人員提供分析和判斷故障的科學依據，達到迅速準確地查出引致故障的原因及損壞的元件的目的。

（2）、能對PYZ4型溫控制器進行檢測。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，電路結構極其精密復雜，從安全和防爆的角度出發亦不允許在氣化爐運行時進行各種測試及維修，因此對其檢修相當困難。而該檢測器則巧妙地利用內置的模擬RTD與溫控器組合成一個完善的檢測系統，解決了溫控器檢測與校驗所遇到的難題。

（3）、能對RTD測溫元件性能進行檢測。本裝置設有RTD檢測接口，只需把待測的RTD接入檢測接口，并將面板上的選擇開關扳至外接RTD檢測檔，即可開機進行檢測。為了提高測試的準確性，需配置一臺標準的數字溫度控測器配合檢測，當反RTD測溫探頭與數字溫度計測溫探頭同步加溫時，根據其兩者所顯示的溫度進行動態的參考比較，即可判別所測RTD性能的優劣。

（4）、能對氣化爐電氣控制板中各個繼電器（KA1、KA2、KA3）性能進行動態測試。測試時只需把待測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，開機并對其作動態測試，便可通過顯示電路的反映，準確地判斷所沒繼電器性能的優劣。

3、本氣化爐多功能電氣故障檢測器的準確性校驗

   本項目研制的氣化爐多功能電氣故障檢測器屬定性的檢測手段，如何判斷該檢測器上的RTD探頭、溫控器及其它電氣元件正常與否是校驗的關鍵，為此，本裝置設有校驗的輔助設施，如標準溫度計和電子顯示式溫度計。通過大量的試驗對比和數據分析，證明該檢測器的檢測結果是準確的。附圖4是通過該檢測器測試的同狀態下標準溫度計溫度標準溫控器顯示溫度和RTD電阻值的對比曲線。

4、實際運用的效果

   通過對該項目的研制，使參與的公司領導、工程技術人員及技術工人加深了對RE系列氣化爐這類關鍵設備的了解和重視，提高了維修人員對電氣故障的分析和處理能力。該檢測器研制成功后，經過幾個月的實際應用，取得了以下幾方面的效果。

（1）、由于檢測器可在非防爆的場合，安全地模擬氣化爐的種類電氣故障，在實踐中已初見成效。例如，月亮灣花園瓶組站2#（RE50）爐在例行輪換開爐時，發現電磁閥反復動作所致極大可能是爐體內殘液超高造成液相波動使液本波動，限位（浮球）開關失常，經采用適當措施排放數公斤的殘液后，重新開爐即恢復正常運行。又如，科技園瓶組二站2#（RE50）爐在運行時發生自動停爐故障，停止批示燈常亮，卻無法啟動。我們又根據此故障在檢測器上進行模擬分析，經核對氣化爐的電氣控制電路，發現該爐的高溫限制開關是串接于液位限制開關后，表面上似乎是高溫開關失常，但其實又是液位限制開關作怪，經模擬后證實判斷正確，排放爐內殘液后，試爐運行，一切恢復正常。

（2）、科技園二站的1#（RE50）爐運行中發現運行指示正常，電磁閥導通，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，故障證實來自溫控器本身，經檢測器檢測顯示該溫控器已失效。我們果斷地對該溫控進行剖析，并在檢測器中采用模擬RTD輸入的方式，對其作全面的測試，得知微處理器對模擬溫度信號的輸入反映正常，即其顯示的溫度與標準溫控器所對應的電位器調節刻度基本一致，按正溫度系數的線性規律而變化。但輸出電路明顯失常，經查證實是輸出直流繼電器（24）性能劣化。當單片機輸出24VDC工作電壓時，該繼電器拒動作，即4.5觸點不能閉合，無法驅動水銀接觸的線圈，致使主加熱器不能通電運行。經更換完好的繼電器后通過檢測器測試證實其功能已恢復正常。裝上氣化爐試支行，即一次試成功。但在實際中，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。由于技術資料短缺及水平所限，在維修方面仍感困難。但事實說明，利用該檢測器對溫控器進行檢測和維修是行之有效的。成功檢修的先例亦為我們今后開展對溫控制器故障的進一步維修樹立了信心。

（3）、原科技園一站的1#（RE80）爐是采用數字集成電路作控制電路核心的。但該爐于今年初發生啟動運行后，爐溫顯示尚未到設定的75℃時超高溫保護開關便動作而自動停爐，手感爐溫亦感異常超高，當時判斷為RTD失效，由于缺乏有效的測試手段，該爐的維修工作一直未能完成，當檢測器研制完成后，我們即拆下該爐的RTD，用標準的數字溫度測試儀校驗，發現RTD與數字溫度計測溫的誤差在4℃-7℃之間，掌握了這些具體的校驗數據后，為進一步的維修工作創造了條件，我們想念通過努力，這臺爐子的故障一定能得到修復。

（4）、薈芳園瓶組站的1#（RE50）爐啟動時，電磁閥噪音極大，起初懷疑與驅動電磁閥的繼電器KA3性能不良有關，經拆下檢測，證實其性能參數未見異常，動態測試功能完好。排除這相關的因素后，我們著重檢查電磁閥的各個部件，發現了其勵磁線圈與鐵芯的間隙偏大，經適當的處理后，其運行噪音已顯著降低。

5、結論

   該檢測器研制的目的只是為氣化爐日常電氣維修提供一個定性的檢測工具，因而亦會存在測量上的誤差，只要配備一個標準的溫控器和RTD作為前提并通過標準的數字溫度計輔助，便可對相應的元件做定性的檢測。實踐證明，該檢測器結構簡單顯示直觀，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。由于該項目研制時間較倉促，加上技術水平的限制，在設計及安裝上肯定存在著不少的總是這將有待我們在今年內后的實踐中進一步改進，使其能成為RE毓氣化爐電氣維修方面的一個有用的工具，為特區燃氣事業的發展發揮作用。