LPG气化器电气故障监测器的研制及应用

1、问题的提出及研制的意义

   电加热式气化炉式一种用电能将液态液化石油气加热成气态液化石油气的设备。气化炉式供气站的核心，能否保证它正常稳定工作直接关系到供气的安全和稳定。美国RANSOME（RE系列）电加热式气化炉以其结构简单、性能稳定、操作方便等优点，广泛的应用在深圳及全国各小区液化石油气管道供气中。迄今我公司投入使用的该系列气化炉就有9台。但实际运行中，该气化炉常受各种因素如供电电压、电器元件的质量、环境温度的变化、气化量的变化及运作操作人员的水平等干扰和影响，导致电器元件的失控，一旦电气控制元件失效可能会引起：①、加热温度超高、炉内气体压力超高甚至发生烧穿炉膛等事故，这式非常危险的，深圳某以单位用户的自备气化炉就曾发生过类似事故；②、引起自行停炉，无法稳定供气。因此如何安全准确、快速高效地诊断气化炉的电气控制元件正常与否对维修工作是非常必要的，RAN-SOME电加热式气化炉电气故障多功能检测器正是基于上述原因而研制开发的，它的研制及应用为安全稳定供气提供了保障。

2、原理及其主要功能

2.1 RE系列气化炉的电器工作原理

   图1和图2分别为RE系列气化炉的结构图电原理图。主回路由三相380V交流电源经断路器QF提供，通过水银接触器控制3相加热器的运行。控制回路由单相220V交流电源经220/110V变压器提供110V的工作电压。当电源总开关QF合闸时，主回路加热器受水银接触器控制而处于断开状态。控制回路变压器T1次级即有110V的工作电压。因继电器KA2处于释放状态，所以停止批示灯能电工作。当操作者按下启动按钮SB2时，110V电源即通过高温限制开关及继电器KA1的常闭触点使继电器KA2得电吸合，并由其常开触点闭合而实现自保，与此同时温控器T/C启动批示灯通电工作，继电器KA3通电吸合，电磁阀亦因KA3触点才合而投入运行，停止批示灯亦同时熄灭。气化炉运行时液相控制系统由炉体内的液位（浮球）并关及继电器KA3组成，当炉内液相超高时，液位开关动作（断开），使断电器KA3失电释放，电磁阀失电而关闭，切断液相的入口，从面使用权炉体内的液位控制在一定的范围之内。气化炉的测温与加温控制系统由设于炉体内气相部位的温变传感器RTD与温控器T/C组成。其PYZ4型温控器是日本FUJI电气公司产品，它是以芯片为TK7C9936P1单片微机组成的智能温控部件，可通过设于面板上的简易键盘向单片机的存贮单元输入各种设定的的运行参数，并与温度传感器RTD测得的炉内温度参数共同输入到微处理器中进行系列的比较和运算，通过输出电路在其LED显示屏中显示气化炉运行时的温度并驱动工作继电器（4、5触点），控制主回路中水银接触器的控制线圈C，从而控制台气化炉准确地按参数运行。气化炉的超高温保护系统是由设于炉体内的液相部位的双金属型限温开头及温控器中由超高（低）温报警7、8触点驱动的继电器KAI常闭触点采用串联的方式组成。运行时只要RTD测到气相的温度高于或低于设定的报警温度则温控制器内的7、8触点闭合，驱动继电器KAI吸合，就会切断KA2的工作回路。同样，当炉体内液相温度超过限温开关的静态极限时KA2亦因限温开关断开而切断整个控制电路的电源起“双重保护“作用。若上述各控制系统都正常，则气化炉将运行在自动控制的状态之中。

2.2 多功能电气故障检测器的原理

   图3为本检测器的电原理图，其工作原理在模拟气化炉电气控制原理的基础上，增设了声光显示电路，使其工作及故障的状态更加直观。其110VAC电源由变压器T1次级提供，6VDC电源则由变压器T2次级经D1-D4桥式整流再通过电解电容C1滤波扣提供给声光显示电路。其中发光二极管LED1作加热器的运行显示；LED2作进液电磁阀的运行显示；LED4作超液位（浮球）限制开关动作显示，此开关一蛙动作（断开）则电磁阀停止运行；LED3作炉内超高温限制开关动作显示，高温开关一旦动作，在声光报警的同时亦切断控制回路的电源；LED5为温控器T/C城温度传感器RTD在运行过程中出现超高温167℃和超低温33℃时的报警与保护显示。根据RTD属于正温度系数热敏电阻温度传感器的这一特点，本装置采用微调电位器模拟RTD的输出信号（电阻值）由温控器T/C转换为相应的温度值，并在显示屏中显示。这样，通过调节电位器的阻值，就可得到任一模拟的介质温度。由于在校验中，证实RTD热敏电阻的阻值与温度的变化呈线性关系（如图4），只要根据装置中标准温控器所显示的模拟温度值与电位器所对应的刻度值，便可参照检测温控器的测温性能，本装置还设置了外接RTD的检测接口，测试时，必须首先接入标准的温控器，再以标准的数字温度计配合，将RTD测温探头与数字温度计的测温探头在专用的同温槽中进行加温测试和参考比较，判别被测RTD性能。

2.3 多功能电气故障检测器的主要功能

   由于该检测器的控制电路与气化炉完全一致，且有直观的状态显示，所以它具有以下几种实用功能：

（1）、能将气化炉在运行中发生的故障现象在该检测器上进行安全可靠地模拟，为维修人员提供分析和判断故障的科学依据，达到迅速准确地查出引致故障的原因及损坏的元件的目的。

（2）、能对PYZ4型温控制器进行检测。在气化炉的电气故障中，温控器故障占有较高的比例。由于其核心部分是单片机，电路结构极其精密复杂，从安全和防爆的角度出发亦不允许在气化炉运行时进行各种测试及维修，因此对其检修相当困难。而该检测器则巧妙地利用内置的模拟RTD与温控器组合成一个完善的检测系统，解决了温控器检测与校验所遇到的难题。

（3）、能对RTD测温元件性能进行检测。本装置设有RTD检测接口，只需把待测的RTD接入检测接口，并将面板上的选择开关扳至外接RTD检测档，即可开机进行检测。为了提高测试的准确性，需配置一台标准的数字温度控测器配合检测，当反RTD测温探头与数字温度计测温探头同步加温时，根据其两者所显示的温度进行动态的参考比较，即可判别所测RTD性能的优劣。

（4）、能对气化炉电气控制板中各个继电器（KA1、KA2、KA3）性能进行动态测试。测试时只需把待测的继电器从气化炉电路板的插座中拔出，插入本装置继电器的插座中，开机并对其作动态测试，便可通过显示电路的反映，准确地判断所没继电器性能的优劣。

3、本气化炉多功能电气故障检测器的准确性校验

   本项目研制的气化炉多功能电气故障检测器属定性的检测手段，如何判断该检测器上的RTD探头、温控器及其它电气元件正常与否是校验的关键，为此，本装置设有校验的辅助设施，如标准温度计和电子显示式温度计。通过大量的试验对比和数据分析，证明该检测器的检测结果是准确的。附图4是通过该检测器测试的同状态下标准温度计温度标准温控器显示温度和RTD电阻值的对比曲线。

4、实际运用的效果

   通过对该项目的研制，使参与的公司领导、工程技术人员及技术工人加深了对RE系列气化炉这类关键设备的了解和重视，提高了维修人员对电气故障的分析和处理能力。该检测器研制成功后，经过几个月的实际应用，取得了以下几方面的效果。

（1）、由于检测器可在非防爆的场合，安全地模拟气化炉的种类电气故障，在实践中已初见成效。例如，月亮湾花园瓶组站2#（RE50）炉在例行轮换开炉时，发现电磁阀反复动作所致极大可能是炉体内残液超高造成液相波动使液本波动，限位（浮球）开关失常，经采用适当措施排放数公斤的残液后，重新开炉即恢复正常运行。又如，科技园瓶组二站2#（RE50）炉在运行时发生自动停炉故障，停止批示灯常亮，却无法启动。我们又根据此故障在检测器上进行模拟分析，经核对气化炉的电气控制电路，发现该炉的高温限制开关是串接于液位限制开关后，表面上似乎是高温开关失常，但其实又是液位限制开关作怪，经模拟后证实判断正确，排放炉内残液后，试炉运行，一切恢复正常。

（2）、科技园二站的1#（RE50）炉运行中发现运行指示正常，电磁阀导通，温控的加热指示绿灯常亮，但温控器显示炉温为常温46℃，手感炉体亦未加温，停电检查主加热器及水银接触器均属正常，故障证实来自温控器本身，经检测器检测显示该温控器已失效。我们果断地对该温控进行剖析，并在检测器中采用模拟RTD输入的方式，对其作全面的测试，得知微处理器对模拟温度信号的输入反映正常，即其显示的温度与标准温控器所对应的电位器调节刻度基本一致，按正温度系数的线性规律而变化。但输出电路明显失常，经查证实是输出直流继电器（24）性能劣化。当单片机输出24VDC工作电压时，该继电器拒动作，即4.5触点不能闭合，无法驱动水银接触的线圈，致使主加热器不能通电运行。经更换完好的继电器后通过检测器测试证实其功能已恢复正常。装上气化炉试支行，即一次试成功。但在实际中，我们还遇到温控器的输入电路失常及温度显示误差偏大等类型的故障。由于技术资料短缺及水平所限，在维修方面仍感困难。但事实说明，利用该检测器对温控器进行检测和维修是行之有效的。成功检修的先例亦为我们今后开展对温控制器故障的进一步维修树立了信心。

（3）、原科技园一站的1#（RE80）炉是采用数字集成电路作控制电路核心的。但该炉于今年初发生启动运行后，炉温显示尚未到设定的75℃时超高温保护开关便动作而自动停炉，手感炉温亦感异常超高，当时判断为RTD失效，由于缺乏有效的测试手段，该炉的维修工作一直未能完成，当检测器研制完成后，我们即拆下该炉的RTD，用标准的数字温度测试仪校验，发现RTD与数字温度计测温的误差在4℃-7℃之间，掌握了这些具体的校验数据后，为进一步的维修工作创造了条件，我们想念通过努力，这台炉子的故障一定能得到修复。

（4）、荟芳园瓶组站的1#（RE50）炉启动时，电磁阀噪音极大，起初怀疑与驱动电磁阀的继电器KA3性能不良有关，经拆下检测，证实其性能参数未见异常，动态测试功能完好。排除这相关的因素后，我们着重检查电磁阀的各个部件，发现了其励磁线圈与铁芯的间隙偏大，经适当的处理后，其运行噪音已显著降低。

5、结论

   该检测器研制的目的只是为气化炉日常电气维修提供一个定性的检测工具，因而亦会存在测量上的误差，只要配备一个标准的温控器和RTD作为前提并通过标准的数字温度计辅助，便可对相应的元件做定性的检测。实践证明，该检测器结构简单显示直观，使用方便且在我公司瓶组站气化炉的电气维修工作中取得了一定效果。由于该项目研制时间较仓促，加上技术水平的限制，在设计及安装上肯定存在着不少的总是这将有待我们在今年内后的实践中进一步改进，使其能成为RE毓气化炉电气维修方面的一个有用的工具，为特区燃气事业的发展发挥作用。