S Zorb閉鎖料斗程控球閥故障分析及對策

劉志凱

（中國石化石油化工管理干部學院，北京 100012）

S Zorb裝置是煉油廠生產(chǎn)合格汽油的脫硫關(guān)鍵單元，含硫汽油在吸附劑的作用下，與氫氣發(fā)生脫硫反應，吸附“硫”之后的吸附劑進行循環(huán)再生，保持脫硫活性，閉鎖料斗的設置，實現(xiàn)了吸附劑在反應器和再生器之間的轉(zhuǎn)移。閉鎖料斗隔離了高壓含氫氣的反應器和低壓含氧氣的再生器，通過設定的程序控制管線上相應閥門的開關(guān)，其中程序控制的球閥有31臺。

1 閉鎖料斗程控球閥運行狀態(tài)

閉鎖料斗每20~30 min完成1次吸附劑的循環(huán)，每次循環(huán)程控球閥要在規(guī)定的時間內(nèi)完成開關(guān)動作，在吸附劑輸送主管線上的10臺球閥在承受溫度、壓力變化和吸附劑顆粒（0~150μm）磨損沖蝕的同時，還要在關(guān)閉狀態(tài)時達到Class VI級密封狀態(tài)。隨著使用時間的增加，程控球閥故障率增多，導致閉鎖料斗停運，影響裝置的正常生產(chǎn)。

2 閉鎖料斗程控球閥故障分析

以某煉化公司S Zorb裝置為例，閉鎖料斗程控球閥共31臺，位于吸附劑輸送主管線的球閥有10臺，分 別 為XV01、XV02、XV03、XV05、XV06、XV08、XV09、XV10、XV13、XV14，位置見圖1。

圖1 閉鎖料斗程控閥門位置

XV01-XV15均采用MOGAS品牌，可實現(xiàn)對快速角行程轉(zhuǎn)動及絕對關(guān)閉的迅速操作，閥門主要由閥體、執(zhí)行機構(gòu)、回訊器等組成［1］，結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 MOGAS球閥結(jié)構(gòu)

在停工大修時，對15臺閥門進行高壓水試驗，有13臺存在不同程度的泄漏，閥門經(jīng)過維修處理后繼續(xù)投入使用。

在大修后的第4 a，閉鎖料斗程控球閥故障率明顯增加，因閥門故障導致閉鎖料斗停運169次，經(jīng)統(tǒng)計，故障主要來自閥體本身開關(guān)慢、外漏、內(nèi)漏和閥門執(zhí)行機構(gòu)中的電磁閥門、氣缸等，其中閥體本身故障占比70%以上，見圖3。

圖3 閉鎖料斗程控球閥故障占比

經(jīng)過對故障閥門的拆解，發(fā)現(xiàn)閥門球體在使用中會發(fā)生密封面的磨損，個別閥球在吸附劑的長期沖蝕下，甚至發(fā)生了破損。廣州、金陵等煉油廠的S Zorb裝置的程控球閥也存在同樣的密封面磨損、內(nèi)漏或開關(guān)超時等問題［2］。

目前，對于因執(zhí)行機構(gòu)、電磁閥、回訊器導致的故障，均能在線通過更換或采用其它手段來解決，例如：有些單位通過提高執(zhí)行機構(gòu)的儀表風壓，或者在執(zhí)行機構(gòu)彈簧1側(cè)氣缸增加儀表風驅(qū)動，緩解閥門動作時速度慢的問題［3］，但是閥體本身磨損帶來的故障問題難以解決。

球閥開關(guān)慢的問題，絕大多數(shù)是由于閥球與閥座之間的摩擦力變大，使閥門打開或關(guān)閉時，執(zhí)行機構(gòu)儀表風壓或彈簧彈力不變，開關(guān)動作時間變長。新購或維修后的球閥在投入使用時，閥球與閥座之間的摩擦力取決于在零件組裝時的預緊力，預緊力過大，會使閥球和閥座間隙過于緊密，再加上使用時產(chǎn)生熱膨脹，導致摩擦力變大；使用一段時間后，閥球與閥座之間的摩擦力取決于閥球與閥座接觸面的磨損程度，一旦出現(xiàn)磨損，細小的吸附劑顆粒就會進入閥球和閥座之間的間隙，加速球閥的快速磨損，造成閥門開關(guān)不暢、閥門卡澀等問題。

從S Zorb裝置閉鎖料斗程控球閥的工況來看，球閥開關(guān)48~72次/d，需要承受壓力、溫度周期變化，閥球與吸附劑顆粒接觸，密封等級要求又高，很難保證長時間服役不發(fā)生故障。

程控球閥作為1臺設備，其自然壽命應該根據(jù)磨損壽命來確定，其故障率符合設備的浴盆曲線［4］見圖4。

圖4 設備故障率浴盆曲線

程控球閥的初始故障期多為初裝后，閥體本身裝配預緊力、閥體溫度、執(zhí)行機構(gòu)與閥體裝配問題等均易引發(fā)閥門故障，運行一段時間后大都可以適應或線上維修來解決，然后就進入穩(wěn)定的低故障率時期（偶發(fā)故障期），隨著使用時間增長，磨損增多，故障率又開始升高，進入耗損故障期。

3 閉鎖料斗程控球閥預知維修策略

之前的設備管理中，對于磨損類故障的設備問題，往往通過大修或者是技術(shù)革新來解決，例如某單位通過改進閉鎖料斗程控球閥結(jié)構(gòu)，在閥門安裝管線上增加氮氣反吹流程等措施，使閉鎖料斗程控閥的動作時間達到了規(guī)定時間，閥球、閥座磨損現(xiàn)象得到改善［5］。但是在苛刻的運行工況下，閉鎖料斗程控球閥往往無法支撐到大修，便因為故障頻發(fā)而更換，而在更換閥門時，閉鎖料斗需要停運并吹掃，裝置被迫進料循環(huán)，嚴重影響正常生產(chǎn)，假如更換閥門作業(yè)的時間在晚上，設備、人員很難短時間召集到位，同時夜間作業(yè)安全風險較高。所以對于閉鎖料斗程控球閥，不適合采取故障后被動維修的管理方式，必須采用預知維修的管理理念與方法。

預知維修是在設備發(fā)生功能性故障之前，有計劃有目的地提前準備備件、工具和人員，并擇機進行維修的管理模式，可以有效降低設備故障率，減少因設備故障停機帶來的生產(chǎn)損失。何時對設備進行預知維修？應由設備實際運行狀態(tài)、性能劣化概率、實際使用經(jīng)驗維修費用等多因素決定。隨著時間的增長，設備性能逐漸下降，曲線上的P點為潛在故障發(fā)生點，F(xiàn)點為功能故障發(fā)生點，預知維修就是要在潛在故障P點之后，功能故障F點之前進行，橫軸上的P′到F′之間的時間間隔是進行預知維修的關(guān)鍵窗口，所以尋找和確定P-F間隔是預知維修的重點。設備性能劣化曲線見圖5。

圖5 設備性能劣化曲線

3.1 建立程控球閥臺賬

對購置的閉鎖料斗程控球閥實施“1閥1碼1賬”，編碼鋼印在閥體上，便于識別跟蹤，詳細記錄閥門品牌、型號、驗收、使用、故障、維修等情況，示例見表1。進行精細的動態(tài)數(shù)據(jù)收集和管理，結(jié)合不同閥門型號、不同安裝位置，摸索出閥門壽命及報廢的合理時間，提高閥門利用率。

表1 閉鎖料斗程控球閥臺賬（示例）

3.2 排除初始故障期干擾

對于新購置的程控球閥，一般需要查驗閥門合格證，對相關(guān)附件進行檢查，并進行打壓密封試驗，對于經(jīng)過維修再次備用的程控球閥，由于維修技術(shù)差異，性能難以達到標準的可能性增大，建議在有條件的情況下，除了進行打壓密封試驗，還要進行離線開關(guān)測試，利用風壓驅(qū)動，使閥門反復開關(guān)，既能發(fā)現(xiàn)動作不暢的問題，又能使閥球和閥座配對磨合，最好能夠在模擬使用工況下進行，增加升溫設備，將整個閥體升至操作溫度（300℃左右），并增加閥門力矩測試，有效避免閥門在安裝后因熱膨脹發(fā)生閥球“抱死”、卡澀的故障。

另外可能引起初始故障的原因存在于安裝環(huán)節(jié)，MOGAS閥門在設計上標有承壓端，圖紙以PE作為標記，承壓端與非承壓端區(qū)別在于承壓端有碟簧，需要維修工人按照圖紙標識的方向，進行閥體法蘭的連接，如果安裝方向錯誤，在管道壓力差的作用下，含吸附劑顆粒的介質(zhì)很輕易地進入球閥的密封面，導致閥門密封不嚴和加速磨損。

避免和排除了初始故障期的干擾，才能清楚判斷球閥磨損故障期的到來，進而找到球閥性能下降過程中的P-F間隔，開展針對性預知維修。

3.3 監(jiān)測閥門運行狀態(tài)

在閉鎖料斗程控球閥的監(jiān)測過程中，應結(jié)合企業(yè)實際情況，是否增設振動監(jiān)測、力矩監(jiān)測、泄露監(jiān)測等設備及軟件系統(tǒng)。也可采用人工監(jiān)測與DCS數(shù)據(jù)采集相結(jié)合的辦法，即人工巡檢時用“聽、看、摸、測”方式，在裝置控制室DCS上讀取閥門所在管線溫度、壓力、開工用時等，并形成記錄表。監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集應定期定時進行，為程控球閥劣化趨勢分析和故障確定提供診斷決策的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，示例見表2。

表2 閉鎖料斗程控球閥開關(guān)用時記錄表（示例）

在數(shù)據(jù)分析后，對于判定故障需要更換的閥門，可以提前準備、測試好閥門備件，起重設備、人員統(tǒng)一協(xié)調(diào)到位，與生產(chǎn)調(diào)度協(xié)調(diào)好流程動改，安全隔離等措施提前下達班組人員，可有效縮短作業(yè)時間，保障作業(yè)質(zhì)量，將更換閥門對生產(chǎn)帶來的影響減少到最小，如果發(fā)現(xiàn)裝置上正在使用的多個閥門到達P-F間隔，可以有計劃地將閉鎖料斗停運一次，實現(xiàn)對這幾個閥門的同時更換，最大程度地保障了裝置生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

3.4 總結(jié)預知維修規(guī)律

目前，很多企業(yè)通過計算機輔助診斷系統(tǒng)實現(xiàn)了設備狀態(tài)信號采集及狀態(tài)判別，幫助技術(shù)人員判斷故障原因、部位和趨勢，提高處理效率。未購置診斷系統(tǒng)的企業(yè)，可以通過程控球閥臺賬、運行記錄表及DCS相關(guān)數(shù)據(jù)記錄進行分析和研判，合理制定閥門預知維修方案，將維修前置，避免因閥門嚴重故障導致的生產(chǎn)損失，發(fā)揮計劃性維修的優(yōu)勢。在探索中總結(jié)規(guī)律，科學地提出不同型號、不同安裝位置的閥門壽命周期，對新購和維修后的閥門分級動態(tài)管理，對實施技術(shù)改進后的閥門進行重點追蹤，例如閥球表面噴涂新型耐磨涂層、閥門盤根采用新型填料、通過增加氣控裝置加大執(zhí)行機構(gòu)中彈簧復位時的輸出扭矩等改造，對技術(shù)改造效果進行評估，使閥門性能劣化減緩，延長運行時間和服役壽命。

4 結(jié)束語

程控球閥作為S Zorb裝置閉鎖料斗關(guān)鍵設備，其運行情況和使用壽命直接關(guān)系到裝置的正常生產(chǎn)，在苛刻的運行工況和嚴格的密封要求下，隨著球閥使用時間的增長，因閥體本身磨損造成的故障是影響閥門使用壽命的主要因素。為降低故障率，延長使用壽命，應采用預知維修策略，在排除閥門初始故障期前提下，建立臺賬，對閥門購買、使用、維修、技改等情況進行跟蹤，對現(xiàn)場運行情況進行監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)的采集和分析，找到適合每臺閥門的P-F間隔，就能確定進行預知維修的時間窗口，有計劃地進行閥門更換，最大限度地降低閥門故障率，提高使用壽命，保障裝置的正常生產(chǎn)。