PSA程控閥氣缸松動原因分析與處理

(河南能源化工集團 濮陽永金化工有限公司 ， 河南 濮陽 457000)

0 前言

隨著變壓吸附技術(shù)的發(fā)展，對程控閥自動程度要求越來越高，程控閥的作用越來越明顯，如何做到長周期運行，需要對程控閥的故障原因進行分析，處理維護，使程控閥故障率下降，讓變壓吸附生產(chǎn)能夠穩(wěn)定運行，不再因為程控閥故障導(dǎo)致裝置減量停車。

1 變壓吸附裝置程控閥概況

濮陽永金公司變壓吸附裝置，采用變壓吸附技術(shù)(簡稱PSA)，使用甲醇工段過來的合成氣，分離去雜質(zhì)，制得提純CO和H2產(chǎn)品氣。吸附塔里面裝有吸附劑，當氣體經(jīng)過時，對氣體分子進行物理吸附。在相同的壓力下，易吸附高沸點成分，就不易吸附低沸點成分；壓力不同的話，高壓吸附量就增加，降壓就會減小。變壓吸附工藝包括一區(qū)脫碳工序、二區(qū)提純一氧化碳工序和三區(qū)提純氫氣工序。一區(qū)有132臺程序控制閥，二區(qū)有204臺程序控制閥，三區(qū)有104臺程序控制閥。程控閥數(shù)量很多，工藝自動化程度很高，主要是靠程控閥來完成步驟切換，且要求自動開關(guān)運行，有時間限制，到時間自動開，在一定時間內(nèi)又自動關(guān)閉。主控電腦屏幕上可以看到程控閥的開關(guān)情況，現(xiàn)場也可以看到程控閥啟動和關(guān)閉時的狀態(tài)。本裝置的程控閥是一種靠氣動方式驅(qū)動的切斷閥，該閥門與DCS系統(tǒng)相連，實現(xiàn)計算機運控控制，在變壓吸附氣體分離工藝上應(yīng)用很廣泛。變壓吸附主要工藝有吸附、均降或均升、順放、置換、逆放等步驟，每一步工序的完成都是靠程控閥在設(shè)置好的時間內(nèi)來實現(xiàn)操作。變壓PSA工藝主要是靠周期性切換閥門，為了工藝過程能連續(xù)進行, 要求自動化控制系統(tǒng)具有較高水平。本裝置程控閥比較多，動作很頻繁，裝置操作對自動化水平要求較高，對于程控閥來說，操作要求和性能都高于普通的閥門。按照PSA裝置工藝和操作，采用DCS控制系統(tǒng)，本裝置將程控閥重要參數(shù)在電腦屏幕上記錄、指示、調(diào)節(jié)和控制，查看歷史趨勢和實時趨勢記錄，包括程控閥關(guān)鍵參數(shù)能夠在計算機上，有問題的話，會實現(xiàn)聲光自動報警。

2 程控閥結(jié)構(gòu)特點和原理

2.1 程控閥結(jié)構(gòu)特點

程控閥氣缸中的密封圈采用耐油橡膠O形圈，密封性能好，容易更換維修。程控閥具備雙向耐壓性，還有抗高速氣流沖刷性，具有較高硬度和機械強度，常常進行周期頻繁動作而保持不泄漏。閥門開關(guān)速度很快，可以實現(xiàn)遠程控制和自動控制；根據(jù)不同的使用條件，可以選配不同內(nèi)徑和行程的氣缸，適用范圍非常廣泛。在化工生產(chǎn)過程中，程控閥是變壓吸附裝置的重要閥，為保證變異性吸附每個工序順利完成，要求周期性切換閥門，閥門數(shù)量多，動作非常頻繁，人工操作無法進行。根據(jù)變壓吸附裝置的特殊性，為保證裝置長周期運行，必須要程控閥的質(zhì)量可靠。

2.2 程控閥工作原理

本控制系統(tǒng)，是按照預(yù)先設(shè)定好的方式，步位-步驟的關(guān)系，輸出4～20 mA DC輸出的電流信號，并通過電磁先導(dǎo)閥，把電信號轉(zhuǎn)換成氣信號，經(jīng)過功率放大器放大之后，驅(qū)動程序控制閥，PSA工序能夠?qū)崿F(xiàn)切換。程序控制系統(tǒng)回路圖見圖1。

在PSA 過程中，所有程序控制閥由DCS系統(tǒng)控制的，本裝置DCS系統(tǒng)采用了定時控制吸附器工作步驟以及程序控制閥開和關(guān)狀態(tài)。在電腦屏幕上流程示意圖顯示程序控制閥開關(guān)狀態(tài)，并進行異?，F(xiàn)象診斷，能夠自動報警，對吸附塔運行方式自動切換。

圖1 程序控制系統(tǒng)回路圖

3 程控閥故障經(jīng)過

2018年4月30號中午，主控人員發(fā)現(xiàn)程控閥KV1203H閥門關(guān)閉報警閃動了一下，班組人員及時聯(lián)系儀表人員并快到現(xiàn)場檢查問題情況，在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)閥門氣缸固定螺絲斷裂，閥門儀表信號線松動。班組人員配合儀表人員現(xiàn)場檢修，在多次嘗試無效后，決定在線更換氣缸；14點17分，切塔更換氣缸，氣缸安裝完成后激光管調(diào)試；在線試漏等檢車后，17點35分，確認閥門具備切入條件；17點47分，閥門切入系統(tǒng)；18點02分，工況完全恢復(fù)正常。

4 原因分析

KV12203H閥門的作用是逆放閥，本閥門發(fā)生在本裝置二區(qū)工序中，本工序中變壓吸附系統(tǒng)由16臺吸附塔、2臺中間罐、1臺一氧化碳緩沖罐、2臺一氧化碳混合罐、1臺一氧化碳抽空罐、5臺真空泵、2臺鼓風機、1臺鼓風機后冷卻器、2臺真空泵后冷卻器、204臺程序控制閥以及調(diào)節(jié)閥通過管線連接構(gòu)成，每臺吸附塔與程控閥相連。由于程控閥開關(guān)頻繁，導(dǎo)致該隨機事件的發(fā)生，班組人員和儀表人員一起到現(xiàn)場，并檢查確認，該隨機事件直接原因是KV12203H程控閥氣缸固定螺絲斷裂，間接原因為固定螺絲質(zhì)量存在缺陷，閥門開關(guān)振動大，氣缸固定力度不夠。

程控閥故障原因如下：①由于長時間運行，程控閥頻繁開關(guān)，導(dǎo)致程控閥氣缸螺栓固定的程度不再結(jié)實，加上螺栓質(zhì)量以及承受力不足，導(dǎo)致程控閥氣缸固定螺絲斷裂，閥門儀表線經(jīng)過震動，導(dǎo)致松動。程控閥如果長周期運行，開關(guān)頻次太頻繁，將會出現(xiàn)問題，現(xiàn)場變壓吸附二區(qū)裝置程控閥很多都是靠計算機控制，自動開關(guān)。②程控閥都是在露天場所，由于灰塵，天氣下雨，生銹，加上吸附劑從吸附塔被磨成粉塵容易造成閥門堵塞，造成開關(guān)困難，必然會損壞程控閥，造成開關(guān)難度加大，震動大，固定螺絲有可能生銹。③人為忽視因素，對固定螺栓這方面不夠重視，程控閥在現(xiàn)場開關(guān)，常常能夠聽到氣體撞擊管線的聲音。④由于程控閥是開關(guān)閥門，控制氣體的開關(guān)，氣體壓力以及沖擊聲，難免造成對程控閥閥體的磨損，造成程控閥的震動。

對于固定螺栓來講，承受力隨著時間的推移，肯定會被震斷，導(dǎo)致程控閥氣缸松動，不能正常的開關(guān)，導(dǎo)致打不開或者關(guān)不住的情況發(fā)生，造成主控電腦程控閥KV12203H閥門關(guān)閉報警閃動和聲音報警系統(tǒng)啟動，如果不及時處理，則會導(dǎo)致該程控閥起不到逆放的作用，導(dǎo)致二區(qū)程序混亂，CO純度下降，甚至不合格，造成后續(xù)乙二醇系統(tǒng)停車的情況發(fā)生。

5 處理措施

儀表人員隨機在線處理，但是，無法在線更換螺栓，只能更換氣缸。在更換氣缸的過程中，發(fā)現(xiàn)無法在線更換，主控人員進行切塔，點擊切塔畫面，進行切塔操作。切塔操作盡量在壓力低的時候切塔，有16塔切換成14塔運行，對二區(qū)周期時間進行調(diào)整，操作人員對真空泵不工作的抽一工序，進行切換到抽二或者抽三狀態(tài)。防止鼓風機出口壓力高跳車，儀表人員進行更換氣缸后，閥門出現(xiàn)開關(guān)異?？D，多次調(diào)整以后正常開關(guān)，工藝對該吸附塔進行充壓試漏，閥門內(nèi)漏嚴重。儀表人員再次對該閥門進行調(diào)整，工藝再次充壓查漏試漏，確認無內(nèi)漏后閥門具備投入條件。17點47分，吸附塔切入系統(tǒng)，在吸附塔切入系統(tǒng)后CO純度短暫波動；18點02分，工況完全恢復(fù)正常。在此期間，CO純度大幅度波動，后續(xù)工段乙二醇調(diào)整工況，主控人員進行系統(tǒng)調(diào)整，降負荷運行，做到安全穩(wěn)定運行。

6 預(yù)防措施

針對程控閥故障，采取如下措施：①對同類型程控閥閥門相似問題進行全面排查，減少此類問題的發(fā)生。②對現(xiàn)場震動較大的閥門和關(guān)聯(lián)管線進行加固，減少振動。③點檢內(nèi)容列為重點項目，定期排查。④現(xiàn)場人員要對現(xiàn)場程控閥加強巡檢，增加巡檢次數(shù)，多聽閥門聲音是否正常，多看閥門是否正常，主控人員要及時注意報警系統(tǒng)，查看趨勢，做好記錄，注意一二三區(qū)程控閥監(jiān)控視頻，及時總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，操作人員對發(fā)現(xiàn)異常情況及時聯(lián)系儀表人員進行處理。⑤工藝班組進行突發(fā)事故專題培訓(xùn)，提高班組各個崗位處理隨機事件的能力。⑥對該類程控閥檢修不能在線處理，需要切塔操作，為了不影響CO純度，切塔操作要在降壓完成后和抽空工序進行前進行切塔，切塔操作完成后要及時增加真空泵，保證CO純度和產(chǎn)量穩(wěn)定。

7 程控閥維護

①對所有程控閥需要除去灰塵以及維護保養(yǎng)；②停車期間，定期對程控閥進行檢查和維修；③對閥門閥桿抹黃油保護；④做好易損件的備件工作；⑤檢查運行中的程控閥是否有雜音，閥門螺栓是否斷裂。

8 結(jié)語

程控閥在使用時出現(xiàn)很多的問題，需要生產(chǎn)操作人員多去關(guān)注，現(xiàn)場操作人員要注意按時巡檢，多聽多看，主控人員多注意電腦趨勢，發(fā)現(xiàn)報警和隱患，及時去處理維護，延長程控閥壽命，實現(xiàn)程控閥自動控制的實現(xiàn)，確保變壓吸附裝置長周期運行。程控閥要定期巡檢與維護保養(yǎng)，程控閥經(jīng)過長期頻繁啟閉，容易發(fā)生故障等隨機事件，要及時發(fā)現(xiàn)隱患，按時巡檢，及時處理，實現(xiàn)變壓吸附裝置安全和穩(wěn)定運行。