電磁閥在乙烯裝置應(yīng)用中存在的問題與改進(jìn)措施

杜勇

(中國(guó)石油蘭州石化公司 電儀事業(yè)部，甘肅 蘭州 730060)

蘭州石化公司有1套460 kt/a大乙烯裝置和1套240 kt/a小乙烯裝置。乙烯裝置的關(guān)鍵設(shè)備為裂解爐和壓縮機(jī)，其中以裂解爐工況最為復(fù)雜。為保證裂解爐正常運(yùn)行，調(diào)節(jié)閥、切斷閥能快速、有效動(dòng)作，配置了大量電磁閥。電磁閥的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，對(duì)實(shí)現(xiàn)裝置平穩(wěn)運(yùn)行，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，起到至關(guān)重要作用。

1 裂解爐工藝原理及SIS執(zhí)行單元配置要求

乙烯裝置多采用管式裂解爐，工藝流程可分為原料供給和預(yù)熱、對(duì)流段、輻射段、高溫裂解氣急冷和熱量回收幾部分。該裝置主要加工、處理大量石腦油、液化石油氣(LPG)和輕烴等物料，均具有易燃易爆的特性，其中大部分物料的閃點(diǎn)低、爆炸范圍廣。若物料處理不當(dāng)，易發(fā)生重大火災(zāi)和爆炸事故，危害性較大。裂解爐需在安全條件下穩(wěn)定運(yùn)行，在燃料、原料和預(yù)熱等各個(gè)環(huán)節(jié)安裝大量調(diào)節(jié)閥、切斷閥。當(dāng)遇到非正常工況和突發(fā)事件，不能保證裂解爐安全操作條件時(shí)，則需要緊急停車，以確保裂解爐設(shè)備和人員安全。

為確保在非正常工況和突發(fā)事件下及時(shí)安全停車，需配置相應(yīng)的安全儀表系統(tǒng)(SIS)。SIS中的執(zhí)行單元就是電磁閥依據(jù)邏輯程序，進(jìn)行失電操作，進(jìn)而控制調(diào)節(jié)閥、切斷閥的打開或關(guān)閉動(dòng)作。該乙烯裝置共有11臺(tái)各式裂解爐，用于燃料、原料、稀釋蒸汽和汽包等單元的各類型調(diào)節(jié)閥、切斷閥共計(jì)213臺(tái)，對(duì)應(yīng)配置兩位三通電磁閥213臺(tái)。

2 電磁閥工作原理

兩位三通電磁閥利用電磁線圈通電時(shí)，靜鐵芯對(duì)于動(dòng)鐵芯產(chǎn)生電磁吸力使閥切換以改變氣流方向。該類電磁閥分為常閉型和常開型。常閉型兩位三通電磁閥給線圈通電時(shí)，氣路接通，線圈一旦斷電，氣路就會(huì)斷開。常開型兩位三通電磁閥給線圈通電時(shí)，氣路斷開，線圈一旦斷電，氣路就會(huì)接通。該公司2套乙烯裝置使用電磁閥全部為常閉型兩位三通電磁閥，該類型電磁閥是2個(gè)位置3個(gè)通氣口切換聯(lián)通，3個(gè)通氣口分別為進(jìn)氣口、工作口、排氣口。當(dāng)電磁閥帶電時(shí)，進(jìn)氣口和工作口聯(lián)通，排氣口與大氣相通；當(dāng)電磁閥失電時(shí)，工作口和排氣口聯(lián)通，進(jìn)氣口關(guān)閉切斷儀表氣源供給，排氣口將工作口內(nèi)部氣體釋放至大氣。兩位三通電磁閥原理如圖1所示，氣路配置如圖2所示。

圖1 兩位三通電磁閥原理示意

圖2 兩位三通單電磁閥氣路配置示意

3 調(diào)節(jié)閥和切斷閥單電磁閥配置

該裝置裂解爐調(diào)節(jié)閥、切斷閥配置的兩位三通電磁閥原設(shè)計(jì)為單電磁閥。調(diào)節(jié)閥根據(jù)操作人員要求或DCS計(jì)算結(jié)果，通過(guò)DCS模擬量輸出卡輸出4～20 mA AO信號(hào)至閥門定位器，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥0～100%開度調(diào)節(jié)。單電磁閥安裝于閥門定位器輸出氣路與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，儀表氣路通道位置。SIS依據(jù)相關(guān)檢測(cè)儀表輸入數(shù)據(jù)和聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算，輸出邏輯動(dòng)作結(jié)果，控制電磁閥的得失電。單電磁閥選用常閉型，通過(guò)得失電實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的儀表氣路與大氣排放口聯(lián)通和關(guān)閉動(dòng)作，進(jìn)而保證聯(lián)鎖動(dòng)作的目的。

裂解爐調(diào)節(jié)閥、切斷閥單電磁閥配置存在的問題：因SIS輸出DO信號(hào)線路故障，例如線路斷路、短路或接地，端子接線松動(dòng)等，單電磁閥失電誤動(dòng)作，造成裂解爐裝置停車；因單電磁閥線圈斷路、短路或接地等，單電磁閥失電誤動(dòng)作，造成裂解爐裝置停車。

4 調(diào)節(jié)閥和切斷閥雙電磁閥配置

為解決單電磁閥配置中存在的問題，減少裂解爐裝置非計(jì)劃停車，利用裝置大檢修期間，對(duì)裂解爐調(diào)節(jié)閥、切斷閥單電磁閥進(jìn)行雙電磁閥改造。配置雙兩位三通電磁閥，是在原單電磁閥位置再增加1臺(tái)電磁閥，通過(guò)氣路連接為雙電磁閥。SIS依據(jù)相關(guān)檢測(cè)儀表輸入數(shù)據(jù)和聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算結(jié)果，控制雙電磁閥同時(shí)得失電。雙電磁閥選用常閉型，1號(hào)電磁閥的進(jìn)氣口與儀表氣源入口連接，排氣口與大氣相通，工作口與2號(hào)電磁閥的排氣口連接；2號(hào)電磁閥的進(jìn)氣口與儀表氣源入口連接，排氣口與1號(hào)電磁閥的工作口連接，工作口與調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或切斷閥的氣缸聯(lián)通。兩位三通雙電磁閥氣路配置如圖3所示。通過(guò)雙電磁閥得失電及控制閥的動(dòng)作，進(jìn)而保證聯(lián)鎖動(dòng)作的目的。在正常運(yùn)行期間，若雙電磁閥中一個(gè)電磁閥因誤動(dòng)作失電，而另外一個(gè)電磁閥正常得電工作時(shí)，被雙電磁閥氣路判斷為其中一個(gè)信號(hào)線路或電磁閥線圈故障誤動(dòng)作，調(diào)節(jié)閥、切斷閥仍正常工作，避免了裂解爐裝置誤動(dòng)作停車。若雙電磁閥都失電，被雙電磁閥氣路判斷為聯(lián)鎖動(dòng)作，調(diào)節(jié)閥、切斷閥緊急動(dòng)作，及時(shí)反應(yīng)聯(lián)鎖邏輯輸出結(jié)果，確保裂解爐裝置安全停車。

圖3 兩位三通雙電磁閥氣路配置示意

裂解爐調(diào)節(jié)閥、切斷閥雙電磁閥配置存在的問題：雙電磁閥改造后運(yùn)行期間，發(fā)現(xiàn)雙電磁閥存在多次聯(lián)鎖拒動(dòng)作現(xiàn)象，造成裂解爐裝置不能安全停車，存在較大隱患。通過(guò)拆卸電磁閥和分析數(shù)據(jù)，得出電磁閥拒動(dòng)作原因?yàn)閮x表氣源空氣管線傳輸較長(zhǎng)，氣源質(zhì)量較差。雙電磁閥改造后運(yùn)行期間，因長(zhǎng)時(shí)間處于得電狀態(tài)，2號(hào)電磁閥排氣口與1號(hào)電磁閥的工作口連接，儀表氣源雜質(zhì)通過(guò)1號(hào)電磁閥工作口進(jìn)入2號(hào)電磁閥排氣口，致使2號(hào)電磁主閥芯與動(dòng)鐵芯卡死概率增大，2號(hào)電磁閥不能失電關(guān)閉，雙電磁閥功能失效。雙電磁閥在正常生產(chǎn)期間，無(wú)法對(duì)故障電磁閥進(jìn)行在線維護(hù)和處理，故障電磁閥更換必須在裂解爐裝置停車情況下進(jìn)行，增加了維護(hù)難度，易引發(fā)生產(chǎn)安全隱患。

5 調(diào)節(jié)閥和切斷閥獨(dú)立、冗余型雙電磁閥配置

為解決雙電磁閥配置中存在的拒動(dòng)作問題，避免裂解爐不能安全停車隱患，實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)故障電磁閥的維護(hù)和更換。該公司利用2020年裝置大檢修時(shí)間，對(duì)裂解爐調(diào)節(jié)閥、切斷閥單電磁閥進(jìn)行獨(dú)立、冗余型雙電磁閥改造。

獨(dú)立、冗余型雙電磁閥分別安裝于調(diào)節(jié)閥儀表氣源入口與調(diào)節(jié)閥定位器輸入氣路之間位置，或切斷閥儀表氣源入口與切斷閥氣缸儀表氣路之間位置。SIS依據(jù)相關(guān)檢測(cè)儀表輸入數(shù)據(jù)和聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算結(jié)果，控制雙電磁閥同時(shí)得失電。獨(dú)立、冗余型雙電磁閥也選用常閉型，1號(hào)電磁閥的進(jìn)氣口與儀表氣源入口連接，排氣口與大氣相通，工作口與梭閥T1進(jìn)氣口連接；2號(hào)電磁閥的進(jìn)氣口與儀表氣源入口連接，排氣口與大氣相通，工作口與梭閥T2進(jìn)氣口連接；梭閥T3排氣口與調(diào)節(jié)閥的定位器輸入氣路或切斷閥的氣缸聯(lián)通。通過(guò)獨(dú)立、冗余型雙電磁閥得失電，實(shí)現(xiàn)控制閥門動(dòng)作，進(jìn)而保證聯(lián)鎖動(dòng)作的目的，兩位三通獨(dú)立、冗余型雙電磁閥氣路配置如圖4所示。

圖4 兩位三通獨(dú)立、冗余型雙電磁閥氣路配置示意

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該裂解爐裝置2019—2021年運(yùn)行周期考驗(yàn)，獨(dú)立、冗余型雙電磁閥動(dòng)作可靠，解決了單電磁閥配置中誤動(dòng)作的問題，減少了裂解爐裝置非計(jì)劃停車，也杜絕了雙電磁閥配置中存在的拒動(dòng)作問題，消除了該裝置不能安全停車隱患，實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)故障電磁閥的維護(hù)和更換，確保了裂解爐長(zhǎng)周期、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。