案例分享-AMETEK 5000水分析仪故障判断及处理

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某国企连续重整循环氢微量水分析仪专业故障报告

一.微量水分析仪在循环氢系统中的作用：

     连续重整装置以低辛烷值石脑油为原料，生产高辛烷值汽油、C6组分，并副产氢气，生成带油氢气经产物分离罐V3201进行气液分离，分离出的氢气进循 环氢压缩机C3201输出并参与反应。故要求氢气中水分在10-25ppm内变动，以控制催化剂在反应系统中的水氯平衡。

二.工艺参数：

三.微量水分析仪测量原理：

    石英晶体用一层吸湿材料制成的薄膜敏感化的，并封闭在一个小室内。由于石英晶体暴露在样品中，吸湿涂层吸附或解吸水分。涂层质量的变化改变了石英 晶体的振荡频率。水分浓度是以晶体振荡频率前后的变化来测量的。（δ频率是基于正确的流速，60℃的干燥气体，在样品和参比期结束时所确定的检测池频率差）。检测池如图 1：

核心部件-检测器

四.故障处理过程：
       该表自 2021 年 06 月 28 日出现“CELL TEMP ALERT”报警，厂家在场维修，更换 S1 温度开关后，仪表恢复正常。2022 年 03 月 12 日凌晨，再次出现“CELL TEMP ALERT”报警， DCS 趋势直线下降至 0。拆机检查并未发现异常现象，回装后显示正常。2022 年 03 月 13 日早上，稳定一晚上后再次出现检测池温度报警，拆机检查，最后更换热敏电阻后正常。
1. 电子控制 PC 板 LED 灯检查：
拆下水分发生器电缆 J2， CR14 将继续闪。短接电子控制 PC 板 J2 上的引脚 2和 3， CR14 将熄灭，否则，更换电子控制 PC 板。控制板上指示灯注释如下：

经检查， 当断开 J2 电缆时， CR14 闪烁正常。接通 J2 时， CR14 将处于常亮状态（加热时 CR14 应处于常亮状态），确认电路板正常。

核心部件-检测器

2.显示器温度显示检查：
      进入菜单：System Tests Menu → Test Analog Inpts → 检查数据（如图 3）确认来自 CELL 和水分发生器的报警电压信号是否存在并持续跟踪状态。读数 32767 表示信号中断。无论读数在 32767 内多少， CELL 和水分发生器的两个读数均应显示一致。而在 17 日检查过程中， 出现 CELL 温度信号 32767 中断的现象（如图 3）。故拆机进行检查。

显示器上温度参数

3.温度电路检查：

     此表有两个相同的+24 伏热控制电路：分别是 CELL 和水分发生器。每个都有一个加热器、 一个反相放大器（U1 或 U2） 、 一个热敏电阻（RT1 或 RT2） 、 一个三端双向晶闸管（Q1 或 Q2）、一个 LED（CR1 或 CR14）、一个温度调节电位器（R17 或 R26） 以及其他电阻器和电容器。 二极管 CR2 和 CR3 为 CELL 提供不受调节的+24 伏电压。 CR15 和 CR16 为水分发生器提供不受调节的+24 伏电压。

温控系统一般包括：加热元件、测温元件、电子控制回路组成。其中：

箱体 40℃环境温度检查：

加热片 R1 +加热片 R2 +保险 F1 + 40℃温度开关 S1 +72℃ 热截止 S2（R1：紫橙 396Ω ， R2：白黑 398Ω ， S1:0Ω 常闭， S2:0.9Ω 常闭）

①检查控制板上 CR1 是否闪烁， 可能因外壳或环境温度太热或太冷导致电子控制放大器无法控制水分发生器温度。经检查， CR1 闪烁正常。

②在打开箱体时， 箱内温度经触摸远远大于 40℃， 但温度开关 S1 并没有断开且停止加热。拆机检查确认 S1 处于正常状态。

③S2 是 72℃的热截止。箱体温度通常控制在 40℃，当温度开关 S1 检测到温度＞40℃时，应断开加热。如 S1 温度开关故障未断开，那么现场装置内部热将失控。当温度＞72℃时， S2 发挥温度保护作用自动断开。经检查 S2 正常。

湿度发生器 40℃温度检查：

热敏电阻 RT1 + 加热丝 + 温度可调电位器 R26 + CR14 灯

（RT1：100K NTC 热敏， 40 度时 23.5k，常温 85.5K；加热丝：28Ω ）

CELL 60℃温控系统检查：
热敏电阻 RT2 + 加热丝 + 频率检测 + 温度可调电位器 R17 + CR1 灯
（ RT2：100K NTC 热敏， 60 度时 21.05k，加热丝：17.8Ω ，频率检测：4.2MΩ ）
加热元件：白、黑两根线，测量电阻为 17.8Ω ，确认正常。
测温元件：红、黑两根线，测量电阻为 95KΩ - 105KΩ 之间波动，不稳定。
此时，确认 CELL 温度测温元件热敏电阻波动，不稳定导致的测量回路默认开路现象，故拆机进行检查，且更换热敏电阻。如下图：

100K NTC 热敏电阻

五.回装投用过程：
       1.预处理系统检查：
        检测池对样品流速很敏感， 所有的检测池都受样品温度和压力的影响。通过预处理系统可以控制温度、 压力和样品流速， 从而实现更精确的水分测量。且有助于保护检测池免受诸如油和乙醇等污染物的侵害。
系统流量变化在 10%不会影响仪器精度， 样品压力应为 520 kPa （ 207 - 690kPa） 。样气温度不应超过分析仪检测池温 60℃， 现场单元的样品、 参比、 和水分发生器通过的流速应设置为 250mL/min（ 103kPa）。如下图：

控制器外部流量调节

       2.干燥器检查：
       参比气无论来自样品还是单独的来源， 在进入现场装置之前， 都要经过一个含有 3A 分子筛和一个脏污捕获器的标准烘干过程。使用与样品气体不同的参考气体可能导致背景干扰。
       投用时“Negative Delta Freq”报警故障。在δ 频率＜–1 Hz 时激活此报警。根据测量原理得知， 当参比气干燥效果较差时， 会导致样品和参比气频率相差较小时，也就是δ 频率，过低甚至出现负值。当测量频率＞2500hz 时，需考虑更换干燥剂或切换干燥器。如下图：

3A 分子筛

  3.电磁阀动作检查：

            四个电磁阀（L1-4） 由控制器切换， 以控制流入检测池的气体流量， 如下所述。通电阀处于常闭触         点（NC）位置，断电阀处于常开触点（NO）位置。见下图：

气路图

       ①正常状态：
       样品气流量：L1 通电， L4 断电， 样品流经检测池。L2 和 L3 断电， 因此参比气和水分发生器流量排放。
        参比气流量：L3 和 L4 保持断电状态。L1 和 L2 切换使参考气体流过检测池，并排出样品气体。
        ②校准状态：
        水分发生器流量：L3 和 L4 通电， 因此样品绕过 L1 进入排气口， 校准气体流向L1。L1 通电，使湿气            发生器气体流向检测池。L2 失电，排出参考气体。
        参比气流量：L3 和 L4 保持通电。L1 和 L2 切换，使参考气体流过 CELL 和水分发生器气体排出。
        4.校准：
            上电投用后， 进行标定。标定前仪表示值 19ppm。初次标定时， 要先调整流量， 确保控制器在显

         示Sample、 Ref 和 Cal 三个不同周期状态时， 流量计的流量均稳定在 250mL/min 时，均可再进行

         标定。经过 2 个小时的稳定（600 秒/周期）,数据稳定在 20.99ppm 处,在 Sample周期内按ENTER确认进行标定， 出现标定错误故障。反复标定两次后均出现标定失败， 故调整标定容错极限值（图 8），重新进行标定后正常， 平衡 3 个周期后，仪表显示 27ppm，工艺反应良好。

容错极限修改值

六.结论：
        经过更换3A 分子筛、100K热敏电阻， 进行标定后正常。投用后仪表显示 27ppm左右，且测量趋势正常，工艺反应良好。
     此次问题主要集中在：
1.仪表使用年限较长，长达 15 年，仪器老化出现温控系统相关元件故障，从而导致温度加热失控的问题。
2.预处理系统干燥系统性能较差，应注意应定期进行烘干处理或直接更换干燥剂。
3.前处理系统除油系统中，工况油含量较多，应注意每天及时排液，避免因油气进入测量系统导致检测器永久性失效。故巡检工作应重视。