脈沖閥的應(yīng)用淺析

吳冬玲

(上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

上海石油化工股份有限公司1號高壓聚乙烯聚合反應(yīng)裝置(1PE)始建于1976年，采用三菱油化-BASF超高壓管式E法高壓聚乙烯技術(shù)，聚合壓力為280 MPa，聚合溫度為310～340 ℃，是該公司壓力等級最高、工藝設(shè)備要求最苛刻、安全危險性最大的工藝裝置之一，其原始設(shè)計產(chǎn)能為30 kt/a，合計產(chǎn)能達(dá)60 kt/a；后在1985年增能改造后，合計生產(chǎn)能力提高到了73 kt/a。截至目前，該裝置仍在運行，但部分設(shè)備存在一定的故障隱患，為有效降低故障風(fēng)險、保護(hù)環(huán)境，需要加強預(yù)防性檢維修，從而不斷增強裝置的產(chǎn)能和市場競爭力。

1 工藝流程

該裝置工藝流程分為壓縮、聚合、造粒、風(fēng)送、包裝5個生產(chǎn)工序，分為2條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線上各有1臺脈沖控制閥(RZV閥)，位于裝置內(nèi)聚合反應(yīng)區(qū)。由于管式反應(yīng)器長達(dá)1 172 m，乙烯的聚合反應(yīng)是在內(nèi)徑為φ27 mm和φ34 mm的狹長管道中進(jìn)行，隨著反應(yīng)的連續(xù)不間斷進(jìn)行，聚乙烯的粘壁現(xiàn)象逐漸增加，尤其是在長時間運轉(zhuǎn)以后或生產(chǎn)低指數(shù)牌號時，粘壁現(xiàn)象會更加嚴(yán)重，在管式反應(yīng)器夾套中采用0.6～1.0 MPa的加壓過熱水冷卻除熱。為了防止堵塞反應(yīng)管路等事故的發(fā)生，采用了脈沖排料的方式，即在反應(yīng)器的出口設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)的壓力RZV閥，控制了聚合反應(yīng)壓力，減少了設(shè)備的疲勞損壞，也提高了反應(yīng)器的傳熱效果。

2 脈沖閥簡介

以該裝置其中1臺RZV閥為例，其控制回路主要由調(diào)節(jié)器、伺服放大器、伺服閥(MOGO閥)、油壓裝置、RZV閥、RZV閥差動線圈組成。RZV閥的工作原理： 向閥門內(nèi)線圈輸入正向脈沖信號，線圈產(chǎn)生磁通驅(qū)使動芯吸合而使閥門打開，當(dāng)停止正向脈沖信號的輸入時，動芯就釋放，在彈簧力的作用下就回復(fù)到初始狀態(tài)，這樣，閥門就能在短時間內(nèi)產(chǎn)生巨大沖力[1]，快速開關(guān)。

RZV閥主要通過獨立安裝在中心控制室機柜間的伺服放大器與現(xiàn)場伺服閥、RZV閥差動線圈組成一套伺服系統(tǒng)來控制與操作閥門的開關(guān)。伺服閥能把微小的電信號轉(zhuǎn)換成大功率的液壓能輸出，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、控制精度高、靈敏度高且響應(yīng)速度快等特點，現(xiàn)場配套有獨立閥門單元的油路系統(tǒng)，對油品的質(zhì)量和清潔度要求較高[2]。伺服放大器則是高精度定位系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，可以通過位置、速度和力矩的三種方式進(jìn)行控制，特別是速度控制發(fā)揮起到了關(guān)鍵作用[3]。

3 常見故障解析

該裝置2條生產(chǎn)線涉及的2臺RZV閥自投用以來，主要出現(xiàn)過的故障包括： 油壓電磁閥動作不到位、線路腐蝕及伺服閥密封圈硬化開裂引起的閥門動作波動大，從而導(dǎo)致工藝生產(chǎn)控制不穩(wěn)定而減產(chǎn)或停產(chǎn)。

3.1 油路電磁閥故障

在一次由于壓縮機故障觸發(fā)的停車中，手動觸發(fā)SDA程序停動作，檢查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的RZV閥顯示為全開狀態(tài)，正常SDA程序觸發(fā)后RZV閥應(yīng)為全關(guān)位置。測量現(xiàn)場油路系統(tǒng)電磁閥的電壓值，SOV1電磁閥無電壓顯示，SOV2電磁閥有電壓值，強制推動電磁閥推桿后才聽到了油路切換的聲音，判斷該次故障即為電磁閥卡塞引起。將電磁閥推桿還原到位之后，故障消失。

3.2 伺服閥密封圈故障

伺服閥油口的密封圈因長時間使用造成了變形硬化及開裂，從而引起了進(jìn)出油的壓力異常，致使裝置生產(chǎn)發(fā)生了波動，甚至非計劃停車事故，更換相應(yīng)密封圈備件后投用正常，油壓裝置開啟運行后檢查無滲漏現(xiàn)象。

3.3 閥門行程故障

在事故檢修過程中，拆除更換RZV閥油缸后，儀表技術(shù)人員在拆裝復(fù)位現(xiàn)場閥門頭部的差動線圈及純鐵棒時，存在的位置偏差影響了閥門關(guān)不死及行程范圍不符的故障。通過調(diào)試數(shù)據(jù)記錄顯示信號為4 mA時脈沖閥仍存在3.5%左右的開度，信號從4 mA降低至零時，記錄閥門動作行程變化為9.47～11.44 mm，仍存在2 mm左右的行程偏差，該閥信號范圍在4～20 mA，對應(yīng)的行程應(yīng)為0～9 mm。重新拆卸線圈外部固定殼體，對閥桿后的反饋鐵棒旋進(jìn)2.5 mm左右的距離，并調(diào)整差動線圈的距離，重新找出零位，再通過反復(fù)調(diào)試，信號和行程數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，維持在正常范圍內(nèi)即判定閥門的運行狀態(tài)良好，可正常投用。

4 檢修維護(hù)

4.1 日常維護(hù)

為使RZV閥一直運行良好且有效降低因設(shè)備硬件故障或回路信號波動引起的生產(chǎn)意外波動或非計劃停車的風(fēng)險，保障工藝生產(chǎn)的安穩(wěn)運行，在日常工作中，做好更加全面的檢修維護(hù)顯得更加重要[4]。

由于RZV閥行程非常短小，必須確保其動作的快速與準(zhǔn)確[5]，因此要加強在日常運行過程中進(jìn)行必要的預(yù)防性維護(hù)，包括現(xiàn)場閥門及中心控制室內(nèi)控制器的巡檢記錄。當(dāng)RZV閥備品備件更換后，或RZV閥的油缸活塞桿和閥芯連接的接頭部分被拆除復(fù)位過后，以及一個檢修周期后，都必須進(jìn)行閥門的動作調(diào)試確認(rèn)。同時還需檢查內(nèi)部伺服放大器指針的變化范圍及信號接線是否牢固，調(diào)節(jié)器內(nèi)嵌于輔操臺面板，其接線在柜內(nèi)，為不影響工藝生產(chǎn)操作，僅在停機狀態(tài)下可進(jìn)行接線的緊固檢查及信號測試。

4.2 電磁閥及密封圈的檢修

為消除電磁閥的故障隱患，必須加強有針對性的周期性預(yù)防維護(hù)，如紅外測溫并做好記錄，檢查接頭接口及管線電纜的腐蝕和緊固情況，鑒于伺服閥密封圈已出現(xiàn)過開裂和變形故障，根據(jù)裝置運行停機情況，制定了周期性的更換計劃，運行周期一般為六個月以上。日常結(jié)合現(xiàn)場巡檢，檢查閥門外殼的密封漏油情況并記錄2個進(jìn)出油口壓力表的數(shù)據(jù)變化以判斷油路系統(tǒng)內(nèi)部是否出現(xiàn)泄漏問題。同時，因為閥門安裝位置較隱蔽，附近正好設(shè)置有熱水排放口，會有蒸汽滲入RZV閥頭部接線盒的風(fēng)險，故針對運行環(huán)境的檢查也必不可少。

4.3 差動線圈的檢修調(diào)試

針對閥門行程動作出現(xiàn)故障時，差動線圈存在的位置偏差影響了閥門關(guān)不死及行程范圍不符的故障。檢修過程中，在拆除閥門的油缸本體，復(fù)位閥門油缸本體，復(fù)位鐵芯、差動線圈時，要嚴(yán)格執(zhí)行檢修規(guī)程的規(guī)定，需注意儀表電源，同時注意現(xiàn)場油路系統(tǒng)開路及閉路的油壓表數(shù)值，確保油路運作正常。

4.4 回路測試

檢查閥門在行程內(nèi)(9 mm±0.2 mm)的動作位置是否與伺服放大器輸出的4～20 mA信號一一對應(yīng)，同時檢查記錄閥門開度記錄表的指針變化是否對應(yīng)在0～100%?；芈窚y試是對現(xiàn)場儀表回路組成的完整合理性、運行可靠性及信號傳遞滿足實際需求并處理、調(diào)整及校正存在問題的一個過程，是將現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)信號連接聯(lián)校測試的重要過程[6]。通常，該閥所在回路的測試包括五個點，即量程的0，25%，50%，75%，100%[7]，因RZV閥的特殊性，以0.5 mA或1 mA為變化區(qū)間，進(jìn)行全量程的小幅變化測試，分別記錄閥門上行、下行兩次動作過程中相應(yīng)的變化數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

因為該RZV閥自裝置投運使用至今，不可避免會存在設(shè)備或輔件的老化直至無可替代，從而就要求必須做好對閥門日常運行的嚴(yán)格管控及監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，逐步進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測、隱患跟蹤和故障經(jīng)驗的總結(jié)與教訓(xùn)，更加完善檢修維護(hù)計劃，確保滿足裝置日常生產(chǎn)的動作要求，保障工藝“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運行。