交流借鉴：水泥余热发电机组除尘控制系统故障原因分析探查
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第1期
水泥余热发电机组除尘控制系统故障原因分析探查
张海彬，高玉朋，柴斌，陈晨
［摘 要］本文探讨了营海集团水泥余热发电机组布袋除尘工艺系统的运行状况，科学验证了在布袋除尘器运行过程中故障率较高的问题，分析了问题出现的重要原因，为技术改进实现提供了重要的基础。在讨论中发现，该发电系统除尘系统随着运行时间的增加，除尘控制系统出现的缺陷日益增多，故障多发影响了清灰和输灰顺控的正常进行，严重影响了发电运行效果。在此背景下，通过深入一线运行岗位，排列历史运行数据，通过技术摸索论证，找到了关键技术恶化点，形成了技术改进方案。
［关键词］布袋除尘器；故障率；顺控执行；末端因素；PLC控制系统
0 引言
营海集团水泥发电除尘系统采用布袋除尘工艺，配备型号LXMC(1344)-14的布袋除尘器1台。本套袋式除尘器系统出口排放烟尘浓度30mg/Nm
袋式除尘器采用旋转式低压脉冲袋式除尘技术，整台除尘器共有7个通道，每个通道内设2个除尘单元，共计14个除尘单元，每个单元安装滤袋1344条，每条滤袋过滤面积3.362m，整台除尘器共安装滤袋18816条，总过滤面积为63259m。除尘控制系统见图1。
袋式除尘器脉冲清灰压缩空气由罗茨风机提供。配套安装3台清灰罗茨风机和2台灰斗气化风机，分别两用一备及一用一备，采用江苏鼎泽环境工程有限公司生产的DZ200G型两叶罗茨风机，是容积式风机的一种。
营海集团该发电除尘系统采用的布袋除尘器除尘效率高、净化效果好。运行至今，随着时间的增加，除尘控制系统出现的缺陷日益增多，故障多发影响了清灰和输灰顺控的正常进行，为了保证除尘功能的正常运行，运行人员需要对比系统多个参数来判断故障设备实际工况，费时费力，大大降低了除尘系统运行的有效性，严重时可能造成堵管、堵灰等现象，影响发电运行。
2022年7～12月除尘控制系统故障率（故障率=除尘控制系统顺控停运时间÷机组运行时间）情况，见表1和图2。
通过统计得知：该发电除尘控制系统故障率为9%。
从图2中可以看到，除尘控制系统故障率明显偏高。如何有效地降低除尘控制系统的故障率，成了目前急需解决的重点。在此背景下，营海技术部门按照分步走的策略，首先确定了“除尘控制系统故障率原因探讨”课题。
1 课题调查研究过程
1.1 影响除尘控制系统故障率的因素调查
统计了2022年7～12月本除尘控制系统缺陷情况，见表2。
2022年7～12月机组运行期间，发生的影响除尘控制系统运行的缺陷次数进行了统计，共77项（见图3）。
通过调查可知，2022年7～12月运行期间除尘控制系统缺陷较投产时增加了8次/月，不但增加了故障检修处理成本，也会给除尘器的安全稳定运行带来严重隐患，比如会导致烟气达不到排放标准，灰斗的紧急排放也会导致严重的环境污染和对工厂造成不利影响。
1.2 对影响因素进行分类
除尘控制系统主要由现场各处的测点、执行器，DCS硬件，组态逻辑等构成，其主要体现在顺控系统的正常投入运行。图4为DCS系统烟尘参数监测画面。
针对除尘控制系统存在的缺陷、不足进行分析。对除尘控制系统2022年7～12月的缺陷进行分类统计，计算各影响因素所占百分比，如表3和图5。
结论：从统计表和排列图中可以看出，造成除尘控制系统故障率低的主要症结是测点显示不准和顺控执行中断；两项的问题占比为73%。
1.3 原因分析探讨
营海技术部门通过“头脑风暴法”进行研究讨论、分析，归纳出导致除尘控制顺控执行中断以及测点数据变化异常的影响因素，并绘制出影响因素关联图，见图6。根据图6分析，得到了9项末端因素，具体列表如表4。
1.4 确定主要因素
通过现场试验、调研以及检查等方法，分别对9条末端因素进行验证确认。
（1）要因确认1：运行人员清灰时间设置不合理，详见表5。
清灰周期及清灰时间的调整设置是影响捕尘性能和运转状况的重要因素。清灰时间过长，将使附着粉尘层被清落掉，成为滤袋泄漏和破损的原因；如果清灰时间过短，滤袋上的粉尘尚未清落掉就恢复过滤作业，将使阻力很快地恢复并逐渐增高起来，最终影响其使用效果。
两次清灰时间间隔称清灰周期。一般希望清灰周期尽可能得长一些，使除尘器能在经济的阻力条件下运转。因此，必须对粉尘性质、含尘浓度等进行慎重地研究，并根据不同的清灰方法来决定清灰周期和时间，并在试运转中进行调整达到较佳的清灰参数。除尘系统运行中多根据料位数值进行进料时间的设置调整。
验证过程：小组成员通过调取多个顺控发生故障时的时间设置参数，制作清灰顺控时间参数设置的统计表（表6）。
从表6可以看出，在不同工况下，顺控故障时的时间参数设置不一，不具有明显特征。
结论：清灰时间设置不合理不是造成除尘控制故障的主要原因。
（2）要因确认2：控制系统日常维护不到位，详见表7。
验证过程：作为系统运行的神经网络，DCS系统的正常状态极为重要，一旦发生故障，将会造成系统运行紊乱，影响机组运行。笔者统计了2022年除尘控制系统故障分类，发现2022年共计发生控制系统维护不到位1次（见表8）。
分析：
1）新华控制器不在冗余状态时，控制器内部组态和参数不同步，易发生故障和报警，严重时甚至会出现逻辑紊乱，影响安全生产。
2）日常维护需要登录ENG（管理员）权限进行系统维护、逻辑及参数的修改。完成后再退出ENG权限，若没有退出，将使运行人员存在误操作系统组态及参数的可能。
结论：控制系统日常维护不到位情况极少，并不是造成除尘控制故障的主要原因。
（3）要因确认3：PLC控制系统异常，详见表9。
机组布袋除尘PLC采用施耐德厂家的140系列PLC，操作界面过于死板，数据检索复杂、顺控和联锁逻辑执行过程中出现问题时人工干预困难、设备出现异常情况时历史数据无法查询、没有操作记录、与现有新华DCS系统存在兼容性差、多次出现设备误动现象等问题。随着主机多年运行已进入老化维修期，主机耗能高、维修工作量大，给机组安全稳定运行带来一定不安全因素。同时PLC系统与新华DCS是单网通讯，没有采用双网冗余设置，可靠性大大降低。
验证过程：小组统计了2022年7～12月份除尘系统中故障环节处于PLC系统中的缺陷次数，制作了统计表，见表10。
小组进一步统计了PLC相关缺陷的处理时间，并制作了统计表，见表11。
从表11得知，PLC系统检查并处理问题的实际用时明显偏长，若除尘系统运行中故障环节的产生原因由PLC导致，维护人员还需要从主控室赶到除尘控制室来查询PLC上位机内逻辑，路程平均用时5分钟，更增加了耗时。
综上，处理一次相同问题，在PLC内上位机查询并处理的时间将比新华DCS内查询时间多用20+60+5=85分钟。
对22年PLC系统异常的故障率进行统计，结果见表12。
分析：PLC控制系统异常的缺陷2022年7～12月份共发生6次，缺陷占比为8.5%。更严重的是，作为控制网络的中间环节，其异常工况可能影响除尘系统中批量设备的正常监控和操作。
结论：PLC控制系统异常是造成除尘控制系统故障的主要原因。
（4）要因确认4：控制系统电源设置不当，详见表13。
只有可靠的供电系统，才能在根本上保证DCS的功能正常实现，分散控制系统宜采用双路UPS冗余方式供电，进线分别接在不同供电母线上，对于未设冗余UPS的电源系统，当UPS故障时，允许短时直接取自保安电源作为备用电源。
验证过程：控制系统交流电源容量应按控制系统中所有用电设备额定用电总和的1.2～1.5倍进行选择。我们对供电电源线径和空开规格进行检查，发现满足使用要求，但同时发现，电源采用单母线供电，没有配备UPS电源，此配置不满足控制系统两路供电的使用要求。对电源异常的缺陷统计见表14。
分析：系统单母线供电不满足双路供电要求。
结论：控制系统电源设置不当是造成除尘控制系统故障率低的主要原因。
（5）要因确认5：信号线屏蔽接地不规范，详见表15。
验证过程：经检查（表16），除尘系统清灰系统屏蔽线统一接于柜子下端，但检查发现接地母排没有出线，这意味着PLC控制柜的信号缆屏蔽悬空（图7），这导致了每月会出现3～5次感应电导致数据波动的情况。
PLC机柜主要负责除尘系统中清灰功能，所辖设备数量约为整个除尘系统的一半。
分析：信号线屏蔽接地不规范，将影响信号尤其是模拟量I/O点的稳定性进而影响除尘控制系统顺控运行。
结论：信号线屏蔽接地不规范也是造成除尘控制系统故障的主要原因。
（6）要因确认6：控制系统管理不严，详见表17。
验证过程：小组对新华辅网DCS系统所有站点，对各节点控制器、操作员站点、网络状态进行了检查并记录。
分析：专业维护人员严格遵守DCS系统软件、硬件管理规定，日常逻辑修改后及时做好组态备份并做好主备控制器同步工作，完成后退出ENG（管理员）用户切到OPU（操作员）用户，避免运行人员误动。除此之外我们还将现场有操作员站Windows系统中的Shell hardware detection properties（自动播放）服务关闭，禁用U盘等外部介质并将主机USB接口进行了封堵。从表17中可以看出，控制系统管理执行情况较好。
结论：控制系统管理不严不是造成除尘控制系统故障的主要原因。
（7）要因确认7：料位计测量不准，详见表18。
除尘系统料位计测量的是灰斗中灰分的物位值，是输灰顺控程序中下灰时间的重要参考，同时，也是齿索输灰装置投自动运行时的重要依据。
料位计缺陷统计结果见表19。
分析：从统计表中可以看到，料位计测量不准的缺陷较多，料位不准的直接影响是可能导致灰斗满溢，另外料位不准将严重影响除尘控制系统顺控运行，引发堵管或者堵灰现象，造成环保事故，也影响着机组的正常发电运行。
结论：料位计测量不准是造成除尘控制故障的主要原因。
（8）要因确认8：电加热温度设置不当，详见表20。
验证过程：除尘系统输灰系统配备两台气化风机，电加热的作用是将输出的风加热，避免压缩空气导入灰斗后，冷热相遇致使灰分板结进而导致执行器卡涩，执行器将出现动作不到位或超时现象，此时DCS画面中执行器会有故障报警，并闭锁指令输出。
因此技术人员分别对电加热设定值为120℃、130℃、140℃、150℃做了对比试验，每个温度设定值试验5次。详见表21。
分析：电加热温度设置不当对气动执行器缺陷发生次数影响较小、较少。
结论：电加热温度设置不当不是造成除尘控制系统故障的主要原因。
（9）要因确认9：控制柜电缆布置不规范，详见表22。
验证过程：强电周围有磁场，如果强电弱电布线距离过近就会对弱电的信号产生影响，尤其是系统中的动力电缆，属于干扰信号的最主要来源。布线时，不同的电缆组间须保持必要的间距（一般最小间距为20cm）。技术人员对除尘控制室下方电缆槽盒进行检查，确认有无信号电缆、动力交错布置情况。
现场检查了除尘控制室四个控制柜数据，详见表23。
分析：信号电缆、动力电缆安放有序，无交叉布置的情况，信号电缆中不易对产生干扰。
结论：控制柜电缆布置不规范不是造成除尘控制系统故障的主要原因。
2 调查总结
通过上述原因查找及技术排查，分析出了造成机组故障的主要原因如下；
（1）PLC控制系统异常。
（2）控制系统电源设置不当。
（3）信号线屏蔽接地不规范。
（4）料位计测量不准。
上述主要原因的存在造成了机组除尘系统在运行过程中会阶段性出现除尘控制系统顺控执行中断、测点显示不准。
3 下一步打算
本次技术查找，成功查找到了机组除尘控制系统顺控故障率高的主要原因，为下一步有效解决除尘控制系统顺控执行的有效性和成功率，降低除尘控制系统的故障率，打好了坚实的基础。下一步，为提升机组设备的顺控水平，技术人员将科学制定周详的应对措施，实施大规模的技术改进和管理改进，争取将除尘控制系统故障率降至4%以内。
供稿人：张海彬，高玉朋等
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
【标准规范】
【会议培训】
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2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会
【咨询服务】
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课题研究
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[绿满庭院]《HJ建筑围护结构自保温技术体系》推广等
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【期刊著作】
《常见预拌混凝土质量事故分析百例》图书
《预拌混凝土企业标准化试验室建设指南》图书
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