供水装置冷却塔风机三参数探头故障分析及对策

彭浩

中韩（武汉）石油化工有限公司 湖北 武汉 430000

摘要 中韩石化化工公用工程部供水装置一、二循冷却塔风机三参数探头故障现象频发，导致相应风机停机，使得循环水给水的温度上升，引起配套装置工艺参数波动。本文深入分析了三参数探头故障的原因，并针对性的提出改进措施，从根本上解决三参数探头故障，确保装置长周期稳定运行。

关键词：冷却塔；三参数探头；本特利探头；微差压变送器

1引言

第一、二循环水场采用敞开式循环冷却水系统，提供循环冷却水为相关配套装置换热器降温，收集换热器热量的回水，经循环水管道回到循环水场。利用逆流式机械通风冷却塔，设置风机强制通风冷却回水。当冷却塔风机三参数探头故障时，联锁相应风机停机，使得冷却塔降温效率降低，导致循环水给水温度上升，进而影响装置换热器性能，引起各配套装置工艺参数波动。本文从三参数探头故障的现象着手，深入分析故障产生的原因，并提出相应改进措施，消除三参数探头故障隐患，为装置安全平稳运行夯实基础。

2第一、二循环水场及风机联锁保护简介

2.1第一、二循环水场简介

第一循环水场共设置13台冷却塔及9台电动循环泵、2台透平循环泵等主要设备，其主要满足乙烯装置、裂解汽油加氢装置、火炬系统所需循环冷去水用水需求，给水压力为0.45—0.55Mpa,给水温度为33℃，回水温度为43℃。

第二循环水场共设置10台冷却塔及11台电动循环水泵等主要设备，其主要满足热电联产、空分装置、冷凝水回收、中间罐区、乙烯低温罐和空压站所需循环冷去水用水需求，给水压力为0.30—0.35Mpa,给水温度为33℃，回水温度为43℃。

2.2冷却塔降温原理

冷却水回水经回水总管回至冷却水塔顶，进入装有多组喷头的分支管，靠循环水回水背压，将水由各个喷头雾化后喷流而下，与上升空气之间发生蒸发传热和接触传热。

在冷却塔风机高速旋转过程中，将冷却塔塔内空气由下往上抽吸，使得冷却塔内局部产生负压，压力降低、沸点降低。塔内部分水变成水蒸气，从冷却塔顶部蒸发出去，水汽化蒸发将吸收水中热量从塔顶被风机抽吸排走，这样连续不断地气化、蒸发、传热地过程，使得循环水回水温度降低。

2.3三参数探头工作原理

三参数探头主要为风机齿轮箱提供温度、油位、振动三个参数集中测量。其中温度测量采用热电阻Pt1000传感器；油位测量采用电容式传感器原理；振动测量采用磁电式传感器可以直接获取机械振动的速度信号，经放大器、带通滤波器、真有效值（RMS）变换器，将有效带宽内的复杂振动波形进行真有效值转换，最终由电压/电流驱动电路产生4-20MA电流信号输出。

图1、风机齿轮箱三参数探头安装位置

2.4风机联锁保护简介

第一、二循共23台冷却塔，风机普遍采用SEW品牌减速机，减速机上设置1个三参数探头和1个油压开关。三参数探头包含齿轮箱油位、振动、温度的3个参数的综合测量监测，3个参数采取内部电路集成分别通过4-20MA电流信号进DCS系统显示。油位、振动、温度、油压共4个测量信号进DCS系统一取一联锁停风机。

3故障记录及检查

3.1故障记录

第一、二循环水场冷却塔风机三参数探头多次出现故障现象，导致相应风机停机，探头使用情况部分列表如下：

一、二循三参数探头使用情况登记表
序号	装置	风机位号	更换时间	使用时间	故障现象	备注	寿命
1	二循	F-101I	2019.6.25	2019.7.2	油位测量故障,无油位时，液位无下将趋势		1周
2	一循	F-101I	2019.6.27	至今			1年
3	二循	F-101I	2019.7.2	2020.6.10	开机时振动、温度跳变导致风机联锁停机		1年
4	二循	F-101I	2020.6.10	至今			14个月
5	一循	F-101C	2019.7.9	2019.12.3	拆除后振动电流10mA,液位电流44mA，温度电流39mA		5个月
6	一循	F-101E	2019.7.9	2019.11.18	振动显示NAN，测量电流低于4mA		4个月
7	二循	F-101A	2019.7.26	至今			11个月
8	一循	F-101A	2019.7.26	至今			11个月
9	二循	F-101G	2019.8.22	2020.4.24	温度，液位，振动无显示，测量电流低于4mA		8个月
10	一循	F-101E	2019.11.18	至今			9个月
11	一循	F-101C	2019.12.3	2020.1.10	振动，油位，温度跳变,不稳定	返修	1个月
12	一循	F-101C	2020.1.10	至今		返修	7个月

图2、一、二循三参数探头使用情况登记表

图3、一循E风机油位趋势异常波动图

3.2故障检查

（1）当三参数数探头发生故障时，对相应风机现场接线箱开盖检查，未发现端子有腐蚀或者松脱迹象，脱开现场三参数探头，直接用信号发生器利用温度、油位、振动回路分别向DCS送4MA、8MA、12MA、16MA、20MA电流信号，DCS系统显示正常。

（2）检查接线回路对地绝缘良好，屏蔽层单点接地。

（3）将新润滑油倒进一干净桶内，在外面接上三参数探头插入桶内，敲击铁桶，振动信号有变化，停止敲击振动信号显示为0；将探头上下浮动，液位跟随灵敏变化，探头静止时，液位保持稳定；油温显示为当时环境温度。

（4）将减速机内润滑油取样分析含水率，化验分析反馈含水率正常。

（5）对故障探头采用清洗剂清洗，故障探头未发生好转。

（6）用钢尺深入齿轮箱标记油位，显示油位正常。

（7）更换新探头后开机正常。

4故障分析

针对三参数探头本体故障，结合现场使用环境，以及探头返厂维修报告综合分析原因如下：

（1）三参数探头底部的进油小孔比较小，齿轮箱长期运行加剧机械磨损，容易导致油泥进入小孔堵塞，影响探头油位测量；

（2）三参数探头油位测量元器件为钨丝材料，放置空气中易氧化，降低了三参数探头使用寿命；

（3）返修拆解发现三参数探头电路板元器件存在腐蚀现象。三参数探头所处环境水汽弥漫，可能水汽随着电缆接口进入电路板腐蚀元器件，造成三参数探头故障。

5对策

为避免因三参数测量误报导致风机频繁停机而造成生产装置波动，选取一循E风机对现有三参数探头进行改造，取消现有三参数探头，将集中测量改为三个参数独立测量。采用化工行业内运用成熟的本特利振动传感器测量振动参数、微差压变送器测量油位参数、PT100热电阻加温变测量温度参数。

1、振动测量：拆除原三参数探头，在原安装位置旁安装一振动探头，测量减速机机壳振动。针对冷却塔风机的特点，结合经济适用的原则，振动测量元件选用本特利设备监测器1900/65A及加速度传感器3304^[1]。安装方式采用焊接胶将固定模块粘接在减速机机壳上，加速度传感器安装在固定模块上。

2、油位测量：用微差压变送器测量油位，利用减速箱预留螺纹孔作为取压点，用不锈钢引压管顺工艺油管引至风机外，微差压变送器固定在风机外的仪表支架上。因液位变送器在风筒外，引压管较长，零点校验存在一定困难。积极发挥个人主观能动性，秉承办法总比困难多的思想，提出用软管灌水，采用联通器原理，实现了对微差压变送器的零点校对

3、温度测量：使用铠装热电阻测温，利用原三参数探头安装孔进行安装。

油位取压点

温度测点

振动探头

图4、一循E风机三参数探头改造后效果图

振动

油位

温度

图5、一循E风机三参数探头改造后趋势图

一循E风机油位、温度、振动三个参数由集中测量改为分别独立测量后，效果显著，三个参数显示稳定见图5，未出现因三个参数测量误报导致风机停机事件，可从根本上解决了长期困扰供水装置一、二循冷却塔风机平稳运行的痛点。

一循E风机三参数探头改造后三个参数测量稳定，受到装置一致认可。为充分利用本特利设备检测器（1900/65A）多通道的配置，结合一循冷却塔风机布局，降低改造成本，在后续风机三参数探头改造中，本特利设备检测器可一拖三，即相邻三台冷却塔风机振动探头共用一台本特利设备检测器（1900/65A）。

由于三参数探头故障率较高，在中韩石化三参数探头仪表备件沦为耗材，第一、二循环水场共23台冷却塔风机，每年提报12支左右备件，三参数探头单价为7000余元，共花费8.4万余元。探头故障时只能被动停风机更换，严重影响到供水装置向配套装置提供循环水给水温度的稳定，制约了各相关装置高负荷平稳运行。

三参数改造采取本特利设备检测器一拖三的思路，单台风机三参数改造成本可控制在2.4万元左右。虽然一次花费相较于三参数探头偏多，但从测量可靠性、稳定性和长远角度来看，三参数探头改造能节省不少储备备件成本开销，保障循环供水温度稳定，为配套装置高负荷运行夯实基础。

6结束语

采用分段分析法，逐段检查出冷却塔风机三个参数测量误报的故障点在三参数探头本身。三参数探头返厂拆解后发现探头电路板元器件有腐蚀现象。三参数探头所处风机风筒内部，水汽弥漫环境恶劣，水汽会随着电缆接口进入电路板腐蚀元器件，造成三参数探头故障。

通过将三参数集中测量改为独立测量后，三个参数显示稳定，提高了仪表监测的可靠性和稳定性。将一循E风机三参数探头改造的成熟经验逐步推广，可使风机平稳运行，极大程度上降低三参数探头仪表储备备件的成本，确保各装置循环冷却水给水温度稳定，为各配套装置高负荷运行和生产高品质产品提供有力保障。三参数组合探头成功改造将取得“小改造，大创效”的良好效果。

参考文献

[1] 2300-20振动监测器快速使用指南-V1.3 [ M ],北京：bently company，2015.