一起分子篩吸附器閥門故障的分析與處理

王軍成

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

20 世紀(jì)90 年代以來，常溫分子篩前端吸附凈化已成為制氧機(jī)的標(biāo)配流程。分子篩純化器已在大中型全低壓制氧機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。全低壓分子篩純化流程具有操作簡便、流程簡化、產(chǎn)品提取率高、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長、運(yùn)行安全可靠、裝置投資少等優(yōu)點(diǎn)［1］。

江銅集團(tuán)貴溪冶煉廠動力車間現(xiàn)運(yùn)行有5 套制氧機(jī)組，均為分子篩吸附凈化流程。在運(yùn)行中，分子篩曾發(fā)生多起故障，甚至引發(fā)設(shè)備事故［2］。現(xiàn)對其中一臺10000m3/h 制氧機(jī)（簡稱2#制氧機(jī)），在2016 年9 月份發(fā)生過的一起分子篩閥門引起的故障進(jìn)行分析，對將來分子篩點(diǎn)檢與維護(hù)進(jìn)行探討。

2#制氧機(jī)分子篩純化器流程圖見圖1。

圖1 2#制氧機(jī)分子篩純化器流程圖

2 故障現(xiàn)象

2016 年9 月26 日11:39，2#制氧機(jī)出現(xiàn)“分子篩吸附時(shí)分子篩前后壓差高”報(bào)警。此時(shí)2#制氧機(jī)分子篩程序?yàn)?#分子篩再生、2#分子篩吸附。壓差正常運(yùn)行值一般為9kPa 左右，高報(bào)警設(shè)定值為11kPa，若壓差上升到18kPa 空壓機(jī)就會連鎖放空。當(dāng)時(shí)實(shí)際測量數(shù)值達(dá)到12.5kPa，并在每次2#分子篩吸附時(shí)均有上升趨勢，最高上升近18kPa。1#分子篩吸附時(shí)壓差顯示正常，

查看DCS 操作記錄無誤操作情況，現(xiàn)場檢查無明顯泄露，閥門動作指示正常。故障報(bào)警開始以后到23:29 檢修完畢，25 日中午11 點(diǎn)以后的分子篩前后壓差趨勢如圖2。其中分子篩壓差出現(xiàn)的3 個(gè)異常矩形波，起止時(shí)間為9 月25 日11:39-14:00，16:20-18:40，21:00-23:20，都處于2#分子篩吸附1#分子篩再生狀態(tài)。

圖2 2#制氧機(jī)分子篩壓差趨勢圖

3 原因分析

檢查發(fā)現(xiàn)1#、2#分子篩升壓正常都能正常切換，在2#分子篩升壓完成開始吸附后，壓差就開始報(bào)警，保持2#分子篩吸附的整個(gè)周期，并且壓差隨著2#分子篩每次吸附變得越來越大。查明原因解決問題刻不容緩。

3.1 現(xiàn)場閥門狀態(tài)分析

2#制氧機(jī)分子篩閥門因結(jié)構(gòu)緊湊，難以通過觀察閥門閥桿確定閥門動作情況，閥門開關(guān)是否到位不好判斷。但從2 臺分子篩都能正常切換、吸附再生，且無明顯異音來看，閥門對外泄露的可能性可以排除［3］。

3.2 阻力上升的規(guī)律性分析

分子篩壓差測量取值為空氣進(jìn)出分子篩的總管道上，在1#、2#分子篩工作時(shí)連續(xù)監(jiān)測。壓差顯示趨勢上升和報(bào)警僅限于2#分子篩吸附時(shí)，說明2#分子篩吸附時(shí)有阻力增大可能。

3.3 相關(guān)運(yùn)行參數(shù)分析

空壓機(jī)后出口壓力穩(wěn)定、空冷塔冷凍水及冷卻水壓力流量穩(wěn)定，分子篩出口二氧化碳含量正常穩(wěn)定，分子篩進(jìn)口溫度曲線趨勢正常，排除因帶水造成的分子篩壓差高。

3.4 DCS 中閥門狀態(tài)分析

查看V02、V04 閥門動作趨勢，發(fā)現(xiàn)V02 閥門出現(xiàn)異常，在9 月26 日中午11:39，2#分子篩開始吸附時(shí)，V02 閥MV 值是2（閥位輸出指示），PV 值卻是1（閥位反饋指示），持續(xù)2#分子篩整個(gè)吸附時(shí)間。這個(gè)狀況隨后再次出現(xiàn)于2#分子篩16:20 吸附、21:00 吸附時(shí)。查看詳細(xì)的報(bào)警記錄，在2#分子篩開始吸附時(shí)，V02 有ANS+（閥位反饋異常）報(bào)警，這是設(shè)備運(yùn)行以來V02 第一次出現(xiàn)的異常趨勢與報(bào)警，閥門打開不到位可能性極大。

V02 閥門開關(guān)信號趨勢如圖3 所示。

3.5 從1#、2#分子篩運(yùn)行狀況對比分析

由表1 數(shù)據(jù)對比后可看出，自從報(bào)警出現(xiàn)后，每當(dāng)2#分子篩吸附時(shí)，空冷塔出口壓力都會略有上升，分子篩及總管壓力同步下降。證明空氣在2#分子篩吸附時(shí)流通阻力增加，進(jìn)一步說明V02閥動作異常開啟時(shí)不到位。

表1 兩分子篩吸附時(shí)相關(guān)參數(shù)對比（21：00） MPa

4 故障處理

隨著壓差的不斷增大，故障惡化愈發(fā)明顯。為了保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，滿足生產(chǎn)用氧需求，經(jīng)過對分子篩運(yùn)行過程分析，決定不停機(jī)在線處理［4］。

具體方案是：在2#分子篩升壓即將完成時(shí)將程序由運(yùn)行切換至?xí)和顟B(tài)，此時(shí)1#、2#分子篩壓力相等，2#分子篩進(jìn)出口關(guān)閉。2#分子篩進(jìn)口閥V02 進(jìn)行檢修與測試時(shí)，其動作不會影響系統(tǒng)運(yùn)行。

通過DCS 手動給出V02 閥門開關(guān)信號，找出并處理閥門開啟不到位的原因。

9 月27 日1:42，DCS 手動操作V02 數(shù)次，檢修現(xiàn)場確認(rèn)閥門在開啟時(shí)有卡阻現(xiàn)象，且距全開有大約10%左右的偏差。更換V02 閥控制器，并調(diào)整閥門氣缸行程后確認(rèn)開關(guān)位置準(zhǔn)確、閥門動作正常［4］；分子篩切換回運(yùn)行狀態(tài)，觀察2#分子篩壓差顯示恢復(fù)正常，整個(gè)處理過程用時(shí)0.5h。

5 總結(jié)與改進(jìn)

經(jīng)過此次事故，總結(jié)以下分子篩點(diǎn)檢維護(hù)方面一些問題，并做相關(guān)處理辦法。

5.1 報(bào)警顯示方面優(yōu)化

因2#機(jī)設(shè)備運(yùn)行了二十多年，系統(tǒng)陳舊，多套機(jī)組報(bào)警聯(lián)網(wǎng)，DCS 上頻繁出現(xiàn)大量報(bào)警。處理此次故障時(shí)，花費(fèi)了大量時(shí)間與精力來查找歷史記錄。一定程度上影響了故障判斷分析速度。

由此梳理歷史報(bào)警，對頻繁出現(xiàn)的報(bào)警進(jìn)行逐條分析、跟蹤與整理，根據(jù)參數(shù)控制邏輯與報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，逐步減少報(bào)警，并且對儀表重要報(bào)警作中文說明，使其通俗易懂。通過降低報(bào)警率，使監(jiān)控人員能第一時(shí)間輕易發(fā)現(xiàn)重要報(bào)警并及時(shí)應(yīng)對［5］。

5.2 分子篩點(diǎn)檢方面優(yōu)化

為了提高分子篩點(diǎn)檢效率，簡易的檢查方式是對分子篩各參數(shù)趨勢定期查看確認(rèn)。趨勢的規(guī)律性波動被破壞，意味著某些異常發(fā)生，應(yīng)立即判斷與處理。這樣能避免大多數(shù)異常故障對設(shè)備穩(wěn)定生產(chǎn)的影響。

但是趨勢形成滯后，某些故障在趨勢形成就已經(jīng)對分子篩造成不利影響。例如2#機(jī)分子篩運(yùn)行周期短，蒸汽加熱器若發(fā)生故障造成加熱階段溫度不夠時(shí)，往往不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)。所以要求在點(diǎn)檢分子篩時(shí)，能根據(jù)當(dāng)前的分子篩運(yùn)行階段立即判斷與即時(shí)數(shù)據(jù)是否相符，尤其在沒有報(bào)警保護(hù)的部分——加熱與冷吹階段，加強(qiáng)各數(shù)據(jù)監(jiān)控。做到對分子篩當(dāng)前階段下各壓力、溫度、流量等參數(shù)具體數(shù)據(jù)都非常熟悉。這樣才能監(jiān)護(hù)分子篩在吸附與再生時(shí)確認(rèn)其順利進(jìn)行。

最后，及時(shí)發(fā)現(xiàn)重要報(bào)警與數(shù)據(jù)或趨勢異常，是即時(shí)處理故障降低損失的重要保證。

5.3 分子篩閥門維護(hù)方面優(yōu)化

對報(bào)警的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理后發(fā)現(xiàn)，在故障發(fā)生更早之前，V02 閥門已經(jīng)出現(xiàn)過ANS 報(bào)警。說明閥門經(jīng)過長周期運(yùn)行，早已經(jīng)出現(xiàn)劣化趨勢。

經(jīng)過溝通討論，閥門若出現(xiàn)重要報(bào)警，應(yīng)立即進(jìn)行處理，并做好專項(xiàng)記錄與統(tǒng)計(jì)。做到準(zhǔn)確掌握閥門的劣化趨勢，進(jìn)行及時(shí)處理與預(yù)先維護(hù)，避免故障影響停產(chǎn)。根據(jù)閥門現(xiàn)場實(shí)際與劣化趨勢記錄，做到閥門預(yù)先計(jì)劃檢修，必要時(shí)作為計(jì)劃停機(jī)處理閥門的數(shù)據(jù)依據(jù)［6］。

5.4 分子篩其他維護(hù)項(xiàng)目

對分子篩各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行備案，尤其對分子篩吸附余量心中有數(shù)。在分子篩運(yùn)行異常需要在線處理時(shí)，一定要參考分子篩滿負(fù)荷吸附的時(shí)間，避免因在線檢修時(shí)間過長、分子篩超負(fù)荷運(yùn)行而影響生產(chǎn)。

6 結(jié)束語

隨著設(shè)備的更新，設(shè)計(jì)更加合理、使用更佳高效的會陸續(xù)買入投運(yùn)。作為設(shè)備的使用與管理者，深刻認(rèn)識設(shè)備運(yùn)行機(jī)理、建設(shè)完善的設(shè)備點(diǎn)檢維護(hù)制度，是長周期安全生產(chǎn)的重要保證。