CN103063420A

CN103063420A - 气化炉开关阀综合故障预测方法

Info

Publication number: CN103063420A
Application number: CN2012104813721A
Authority: CN
Inventors: 李峰; 张鹏飞; 杜玉献; 陈强; 叶峰
Original assignee: HENAN LONGYU COAL CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: HENAN LONGYU COAL CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明涉及一种气化炉开关阀故障预测方法。一种壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，采用控制系统对壳牌煤气化装置各单元开关阀门的运行状态进行实时监控和数据采集，首先，通过逻辑程序精确计算出阀门开关时间，并记录、形成阀门开关时间的趋势图，核算出阀门平均无故障运行时间；第二，检测并记录阀门从关位到开位或者从开位到关位动作的开动作时间和关动作时间，通过阀门开关时间的变化趋势分析出阀门的故障特征，并与阀门风险等级评价相结合，反映出阀门的运行状况，对阀门的性能状态进行预测、预警。依靠先进的控制系统，在计算机辅助分析的基础上，对关键阀门的性能状态进行预测、预警，对关键阀门的故障、隐患进行先期发现，提前处理，以保证生产装置连续运行。

Description

气化炉开关阀综合故障预测方法

技术领域

本发明涉及一种气化炉开关阀故障预测方法，特别是涉及一种壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法。

背景技术

壳牌煤气化技术是世界上最先进的煤气化技术, 因其技术含量高，投资大，大多企业采用气化炉单台运行模式。但目前的壳牌煤气化炉在运行过程中频频出现开关阀故障，而一旦煤气化过程中关键环节出现开关阀故障，将导致后续系统降负荷甚至被迫停车，不但给生产带来许多不必要的麻烦，而且会给企业造成巨大的经济损失。以河南某企业采用壳牌气化炉的50万t／a甲醇项目为例，在2008至2011年近4年运行时间内，其壳牌煤气化装置因关键开关阀故障而造成系统降负荷或受迫停车的频次为年均二到三次；此外，关键阀门的开关失灵、泄漏量增大也是造成各类设备损坏，甚至人身伤亡事故的重要因素。因此，做好连续生产装置中重要开关阀门的故障分析与预测，保证重要开关阀门的良好运行状态，是保证企业安全稳定连续生产，持续提高效率、效益重要途径之一。

目前在国内外化工企业中，对于生产装置的重要开关阀门还没有较为成熟、先进的方法进行故障预警、预测，而大多停留在故障条件下被动停车检修，或经验判断，择机检查检修的模式下，不利于生产系统的连续长周期运行。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，依靠先进的控制系统，对壳牌煤气化装置关键开关阀的运行状态进行实时监控和数据采集，以大量统计数据为依托，在计算机辅助分析的基础上，对关键阀门的性能状态进行预测、预警，对关键阀门的故障、隐患进行先期发现，提前处理，以保证生产装置连续运行。

本发明所采用的技术方案：

一种壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，采用控制系统对壳牌煤气化装置各单元开关阀门的运行状态进行实时监控和数据采集，

首先，通过逻辑程序精确计算出阀门开关时间，并记录、形成阀门开关时间的趋势图，核算出阀门平均无故障运行时间，对阀门风险等级进行评价、分类，将阀门直观的分为故障危险程度高、中、低三类；

第二，检测并记录阀门从关位到开位或者从开位到关位动作的开动作时间和关动作时间，通过阀门开关时间的变化趋势分析出阀门的故障特征，并与阀门风险等级评价相结合，反映出阀门的运行状况，对阀门的性能状态进行预测、预警。

所述的壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，阀门平均无故障运行时间的核算方法如下：

统计一个阀门在使用过程中发生的N0次故障，每次故障修复后又重新投入使用，测得其每次工作持续时间为，则其平均无故障运行时间为：

，其中，T为阀门总的工作时间；

对于完全修复的阀门，因修复后的状态与新阀门一样，一个阀门发生了N0次故障相当于N0个新阀门工作到首次故障，因此，其平均修复时间为：

当产品的寿命服从指数分布时，产品的故障率为常数λ，则MTBF=MTTF=1/λ；

其观测值是修复时间t的总和与修复次数之比：

式中：ti——第i次修复时间；n——修复次数。

所述的壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，通过对阀门的各种参数信息，阀门的规格信号、执行机构、气源压力、保温情况、适用位置、到货时间、上线时间、下线时间、维修周期进行记录，经过平均无故障运行时间计算，按阀门平均无故障运行时间与阀门故障对生产装置的影响，进行阀门风险等级评价。

所述的壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，TPS控制系统驱动现场电磁阀的继电器采用2CO型，其中一路输出去现场驱动电磁阀，控制阀门开关，另一路输出作为干接点送TS3000系统，作为阀门关命令发出的标志；TS3000系统通过程序计算阀门开关命令发出与相应反馈到达时间的差值，并通过INTOUCH监控软件予以记录、图形化显示；通过分析比较当前时间趋势与正常状态下的历史趋势，判断出在线运行的开关阀门的性能及运行状态，找出其故障趋势特征，并据此发出预警。

一是通过分析开关阀门的各种参数信息（阀门的规格信号、执行机构、气源压力、保温情况、适用位置、到货时间、上线时间、下线时间、维修周期等参数），进行阀门的平均无故障时间（MTBF）计算，然后按MTBF时间与阀门故障对生产装置的影响后果大小结合，进行阀门风险等级评价，将阀门直观的分为故障危险程度高、中、低三类。

二是通过PLC（可编程逻辑控制器）、一入两出安全栅、继电器、直流电源、监控操作站等硬件设备，和上位监控软件组成监测系统，编制逻辑程序精确计算出阀门开关时间（毫秒级）并做出历史趋势记录，通过阀门开关时间的变化趋势分析出阀门的故障特征，并与阀门风险等级评价相结合，就可以直观反映出阀门的运行状况，做出较为精确的阀门故障判断和预测，结合计划检修，提前将存在故障先兆的阀门进行超前的检修、维护、更换，保障生产系统长周期、安全稳定运行。

本发明的有益效果：

1、本发明壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，可实现对生产装置重要开关阀门运行状态的预测和判断，极大的降低关键开关阀门的故障率，有效保证生产装置的长周期运行，能够有效减少系统降负荷、停车检修次数，提高壳牌气化炉运行质量。在日常运行过程中采用先进的控制器及可靠的监控软件对关键开关阀的备件存量、在线状态、可修复性、最大运行周期等进行实时分析、预警，及时检修维护。

2、本发明壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法的使用，能够产生明显的经济效益，可以提高生产效率，降低设备维护维修工作量。以每年减少壳牌炉因关键阀门故障降负荷、停车检修2次，每次开停车及检修费用300万计算，该预测系统的投运每年可节约运行成本近600万元。使用PLC系统（含安全栅、继电器等部件）和组态软件、监控软件结合，通过逻辑组态及硬件耦合，可以很方便的建立该开关阀综合故障预测系统。

附图说明

图1：阀门开关信号的获取方式示意图；

图2：阀门开关动作时间计算程序截图；

图3：阀门的开关动作历史趋势截图；

图4：阀门开关时间的记录截图。

具体实施方式

参见图1～图4，本发明种壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，采用控制系统对壳牌煤气化装置各单元开关阀门的运行状态进行实时监控和数据采集，首先，通过逻辑程序精确计算出阀门开关时间，并记录、形成阀门开关时间的趋势图，核算出阀门平均无故障运行时间，对阀门风险等级进行评价、分类，将阀门直观的分为故障危险程度高、中、低三类；

其中阀门平均无故障运行时间的核算方法如下：

统计一个阀门在使用过程中发生的N0次故障，每次故障修复后又重新投入使用，测得其每次工作持续时间为

，则其平均无故障运行时间为：

，其中，T为阀门总的工作时间；

其观测值是修复时间t的总和与修复次数之比：

式中：ti——第i次修复时间；n——修复次数。

如图1所示，气化装置如煤粉输送单元、渣处理单元、飞灰处理单元的重要开关阀门，每个阀门都有三个离散量信号：一个DO（Discrete Output），两个DI（Discrete Input），DO信号由DCS发出，通过电磁阀控制执行机构的气路，驱动阀门开、闭；两个DI信号由装在执行机构上的阀门回信器，传递回DCS阀门的开、关到位信号。

当顺控程序、联锁控制或工艺操作人员通过DCS发出阀门开、关命令后，阀门动作到位，有一个阀门从关到开位或者有个阀门从开位到关位的过程，其中阀门从全关位置到全开位置的时间，叫做开动作时间，简称T1；那么阀门从全开位置运行到全关位置的时间，叫做关动作时间，简称T2。通过记录T1和T2的时间，加以记录和分析，就可以直观反应出阀门的运行状态。

由于阀门开、关时间通常在10秒之内，为了精确的检测并记录阀门的动作时间，要采用扫描周期较快的PLC系统，通常不建议采用DCS（DCS扫描周期一般为1秒），例如我公司采用了TRICON的TS3000系统，扫描时间为200毫秒，可以满足阀门开关的需要。

DCS通过继电器动作发出阀门的控制命令，因此，通过继电器的触点可以多引出一路控制信号到PLC系统，阀门回信器返回的信号则通过TURCK的一入两出安全栅（型号为IM11系列），进入PLC系统，通过图2所示的程序计算出开、关动作时间。而上位机的INTOUCH监控系统可将此开关动作时间进行记录，并以历史趋势图的方式，将阀门的开关动作予以直观的展示，如图3所示。在趋势画面的右侧标明了曲线所对应的阀门位号，左右两条可移动的时间标尺可以查出任何一次阀门动作所记录的时间，历史趋势可以保存半年以上，对于阀门数据的查询和分析非常方便。

当阀门的执行机构由于内部润滑度降低，造成活塞划伤气缸，或者阀球与阀腔之间由于物料进入，而产生较大阻力摩擦或物料划伤阀球表面，甚至阀门回信器出现了故障等等，各种从阀门附件到执行机构，再到阀门本身出现的故障都能通过其开、关时间表现出来。

例如2011年10月17日气化装置12单元12XV0122阀门突然出现了卡死情况，经过5个小时连续不断的抢修，才将该阀门从中间位置恢复全关位置，导致气化减负荷50%达3个小时左右，虽然阀门关闭后气化仍可继续运行，没有导致停车，但是12XV0122阀门的旁路给气化装置的运行埋下了隐患。而在12XV0122阀门故障前，阀门开关时间的记录如图4所示。

从趋势上分析：很显然从2011年10月13日开始（本阀门故障预测分析系统在当日刚刚运行），阀门在每天凌晨都出现了异常：阀门关闭时间从1.5秒左右上升到3.0秒左右，直至10月17日阀门不堪重负，直接出现卡死故障。

事后通过对该阀门进行拆检，发现阀门内部出现了严重故障，主要有以下几个方面：1.阀门执行机构内部润滑油不足，导致了气缸壁出现严重划伤；2.执行机构的拨叉装置断裂；3.阀球的碳化钨涂层损坏，煤粉进入阀球与阀腔之间，造成阀门卡死。经过综合评价分析，上述第三点是造成12XV0122阀门故障的根本原因。

本发明壳牌气化炉开关阀故障综合预测方法，一是由TS3000控制系统、TPS控制系统、安全栅、继电器、控制电缆、监控站等硬件设备，与上位监控软件组成监测系统，通过逻辑程序精确计算出阀门开关时间，并记录、形成阀门开关时间的趋势图的数据采集、分析系统；二是通过分析开关阀门的各种参数、信息，核算出阀门平均无故障运行时间（MTBF），结合阀门重要性，对阀门风险等级进行评价、分类，结合第一方面所采集数据，对阀门故障进行精确判断和预警。所述的监控软件为TPS系统的NATIVE WINDOWS组态界面、DISPLAY BUIDER流程图监控软件、INTOUCH监控软件、TRICON 1131监控程序。

Claims

1.一种壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，采用控制系统对壳牌煤气化装置各单元开关阀门的运行状态进行实时监控和数据采集，其特征是：

2.根据权利要求1所述的壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，其特征是：阀门平均无故障运行时间的核算方法如下：

，则其平均无故障运行时间为：

，

其中，T为阀门总的工作时间；对于完全修复的阀门，因修复后的状态与新阀门一样，一个阀门发生了N0次故障相当于N0个新阀门工作到首次故障，因此，其平均修复时间为：

其观测值是修复时间t的总和与修复次数之比：

式中：ti——第i次修复时间；n——修复次数。

3.根据权利要求2所述的壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，其特征是：通过对阀门的各种参数信息，阀门的规格信号、执行机构、气源压力、保温情况、适用位置、到货时间、上线时间、下线时间、维修周期进行记录，经过平均无故障运行时间计算，按阀门平均无故障运行时间与阀门故障对生产装置的影响，进行阀门风险等级评价。

4.根据权利要求1、2或3所述的壳牌气化炉开关阀综合故障预测方法，其特征是： TPS控制系统驱动现场电磁阀的继电器采用2CO型，其中一路输出去现场驱动电磁阀，控制阀门开关，另一路输出作为干接点送TS3000系统，作为阀门关命令发出的标志；TS3000系统通过程序计算阀门开关命令发出与相应反馈到达时间的差值，并通过INTOUCH监控软件予以记录、图形化显示；通过分析比较当前时间趋势与正常状态下的历史趋势，判断出在线运行的开关阀门的性能及运行状态，找出其故障趋势特征，并据此发出预警。