甲醇制烯烴裝置滑閥故障分析及解決措施

王 浩，白曉寧

（聯(lián)泓新材料科技股份有限公司烯烴部，山東滕州 277500）

聯(lián)泓新材料科技股份有限公司的甲醇制烯烴（DMTO）裝置采用的是中科院大連化物所的DMTO 工藝，由中石化洛陽工程公司設(shè)計，2014年年底投產(chǎn)，設(shè)計甲醇加工能力1.0 Mt/a。該裝置內(nèi)共有4 臺滑閥，分別為1 臺DN500 mm 待生滑閥、1 臺DN500 mm 再生滑閥和2 臺DN 1 000 mm雙動滑閥，采用的是荊門煉化機械廠生產(chǎn)的冷壁滑閥?；y主要應(yīng)用于DMTO 裝置的反應(yīng)-再生系統(tǒng)，用于控制催化劑循環(huán)量和兩器催化劑藏量，其運行狀態(tài)直接影響裝置長周期平穩(wěn)運行。

滑閥閥體的故障屬于機械原因，主要表現(xiàn)為閥桿和閥蓋密封泄漏、導軌軌道結(jié)垢致閥板卡死及閥體閥板襯里脫落等。通過大檢修時嚴格把控閥體各主要部件更換、盤根和墊片更換安裝、各吹掃蒸汽口疏通及閥體襯里檢查等環(huán)節(jié)［1-2］，該裝置投產(chǎn)以來滑閥閥體較少發(fā)生故障，但控制系統(tǒng)故障頻發(fā)。筆者根據(jù)滑閥結(jié)構(gòu)特點，重點對滑閥控制系統(tǒng)常見故障進行排查分析并提出解決措施。

1 滑閥基本結(jié)構(gòu)

1.1 滑閥閥體

滑閥閥體主要由閥桿、節(jié)流錐、閥蓋、耐磨襯里、導軌、閥座圈及閥板等組成［3］，見圖1。

圖1 滑閥閥體結(jié)構(gòu)示圖

滑閥殼體材質(zhì)為Q345R，內(nèi)壁襯有100～150 mm厚的龜甲網(wǎng)耐磨隔熱雙層襯里，使閥體外壁工作溫度不超過200 ℃。閥體和管道采用焊接連接，閥體與閥蓋采用標準圓形法蘭結(jié)構(gòu)連接，密封面配用不銹鋼內(nèi)加強環(huán)纏繞墊，確保密封可靠。導軌和閥板均采用高溫合金鋼鍛件，閥板表面襯有龜甲網(wǎng)耐磨隔熱襯里，導軌和閥板的軌道堆焊司太立6#及司太立1#硬質(zhì)合金。

滑閥閥蓋上的填料函采用串聯(lián)填料密封結(jié)構(gòu)，為了防止催化劑細粉進入填料函磨損填料使其失效，在填料函上設(shè)有吹掃蒸汽口。另外填料函內(nèi)注入了工作和備用2 種不同的填料，當工作填料失效發(fā)生泄漏時，可向備用填料加注口注入油脂二硫化鉬及石墨料的稠狀混合物，擠緊內(nèi)側(cè)的備用填料，使該填料起密封作用，這樣可及時更換外側(cè)的工作填料，保證滑閥的正常運行［4］。

1.2 控制系統(tǒng)

滑閥控制采用電液控制、電機驅(qū)動控制模式?；y電液執(zhí)行機構(gòu)是由電氣控制系統(tǒng)、伺服比例閥、伺服油缸、油泵以及作為反饋元件的位移傳感器等組成的典型的電液伺服比例位置自動控制系統(tǒng)。電液執(zhí)行機構(gòu)接受4～20 mA 輸入信號，通過伺服放大器、伺服比例閥及高精度位移傳感器組成電液位置控制系統(tǒng)，使伺服油缸活塞桿按指令信號作直線位移，通過機械連桿傳動，實現(xiàn)輸入信號和被控制設(shè)備的線性位移關(guān)系［5］。

2 滑閥典型故障及解決措施

2.1 滑閥通徑小易發(fā)生架橋現(xiàn)象

DMTO 裝置的工藝特點和催化裂化裝置有所不同，反應(yīng)的生焦量很小而且是不完全再生（再生劑需定碳），催化劑的循環(huán)量相對于催化裂化裝置極大減少，所以宜采用小口徑的滑閥。本DMTO 裝置的待生滑閥和再生滑閥的全面面積只有90 cm2，閥桿的行程只有160 cm，正常生產(chǎn)時待生滑閥和再生滑閥的閥位一般控制在50%以下，所以催化劑在滑閥閥板處截面積收縮率較大，流動性變差，容易產(chǎn)生催化劑噎塞，即架橋現(xiàn)象［6］。

滑閥發(fā)生架橋現(xiàn)象以后如果不及時開大滑閥使催化劑盡快恢復(fù)流化，會使再生器溫度迅速下降至定碳燃點（500 ℃）以下，再生器無法恢復(fù)燃燒，造成反應(yīng)溫度低低聯(lián)鎖觸發(fā)切斷反應(yīng)進料。

針對催化劑在滑閥處流動不暢易產(chǎn)生架橋現(xiàn)象的問題，可以采取每天將滑閥閥位大范圍活動一次（29%～34%），并適當增加滑閥上部的松動蒸汽量（根據(jù)催化劑密度調(diào)整）等措施，盡量改善催化劑的流化狀態(tài)［7］。

2.2 滑閥控制系統(tǒng)故障

2.2.1 液壓系統(tǒng)壓力波動

液壓系統(tǒng)壓力不穩(wěn)、波動較大是滑閥的一種常見故障。該DMTO 裝置運行至2019年，待生滑閥和再生滑閥的油壓維持時間極大縮減，經(jīng)過現(xiàn)場測試，再生滑閥的油壓能夠維持15 min，而待生滑閥的油壓只能維持約5 min，導致油泵頻繁啟動，嚴重影響滑閥的平穩(wěn)運行。

根據(jù)筆者經(jīng)驗，造成滑閥液壓系統(tǒng)保壓時間短最可能的原因是蓄能器內(nèi)皮囊老化。經(jīng)過測量，蓄能器壓力遠低于廠家規(guī)定的4.5～5.0 MPa，使用專用充裝工具進行氮氣充壓后，系統(tǒng)保壓時間由5 min 延長至13 min，驗證了筆者的判斷。

2019-08 更換了再生滑閥和待生滑閥的皮囊，滑閥的液壓系統(tǒng)保壓時間全部超過1 h。蓄能器的皮囊材質(zhì)為橡膠，長期浸潤在液壓油中，運行5 a 通常會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，需要定期更換以保證液壓系統(tǒng)油壓的穩(wěn)定。

需要注意的是，滑閥蓄能器的壓力并不是充得越高越好，一般要求充到液壓系統(tǒng)正常壓力的60%～80%即可?；y油泵啟動時設(shè)置為卸荷電磁閥打開2 s 再關(guān)閉，如果蓄能器充壓過高失去穩(wěn)壓作用可能造成系統(tǒng)壓力突降［8］。

2.2.2 油泵故障

滑閥油泵運行設(shè)有間歇、卸荷和自適應(yīng)3 種模式，3 種模式各有優(yōu)劣。間歇模式節(jié)能，但電機會頻繁啟停。卸荷模式可以明顯減少電機啟停次數(shù)（一般設(shè)置為8 h 切換），但電耗會增大，油溫也會升高。自適應(yīng)模式是系統(tǒng)根據(jù)油溫、油壓等參數(shù)適時切換機泵運行模式，但對各繼電器觸點的壽命影響較大。因此，需要從氣候、能耗和設(shè)備運行壽命等方面來綜合判斷選擇油泵運行模式［9］。

油泵電機發(fā)生故障會造成液壓控制系統(tǒng)油壓快速下降，不但無法調(diào)節(jié)閥位，而且可能導致控制系統(tǒng)油壓不足，閥位自動關(guān)閉。2019-03，發(fā)生數(shù)次待生滑閥油泵電機故障，且備用泵無法自啟。按照滑閥系統(tǒng)設(shè)定，油泵運行模式為間歇運行，在油壓降至6.0 MPa 時油泵自啟，油壓高于8.0 MPa時油泵停止?，F(xiàn)場將滑閥改成手動控制后，反復(fù)手動啟停，油泵均能正常啟動，可以排除油泵自身機械故障的可能性。斷開再打開儀表電源后，電機故障狀態(tài)消除，電機自啟自停正常，但一段時間后電機又會發(fā)生故障報警。

經(jīng)與廠家溝通并反復(fù)排查，最終確定是油泵A 和油泵B 的電機綜合保護器KM-1D 和KM-2D（圖2）均發(fā)生故障，綜合保護器的常閉觸點斷開，接 觸 器 KM-1B/KM-2B 失 電 ，常 開 觸 點KM-1B/KM-2B 斷開，交流接觸器KM-1A/KM-2A 失電，主觸點KM-1A/KM-2A 斷開，造成電機停運。更換了油泵A 和油泵B 的綜合保護器后，油泵電機故障報警現(xiàn)象徹底消除［10］。圖2 中，F(xiàn)1、F2 為熔斷器，KA（1）、KA（2）為繼電器，SB-A、SB-1B、SB-2A、SB-2B 為電機啟停開關(guān)。

圖2 滑閥油泵A/B 電原理圖

2.2.3 閥位間歇性波動

滑閥在反應(yīng)-再生系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用，閥位波動很易導致生產(chǎn)操作波動?；y閥位間歇性波動故障具有偶發(fā)特性，排查難度大，信號傳輸處理系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障都有可能造成閥位波動。處理此類故障的關(guān)鍵是看滑閥是否發(fā)生跟蹤失調(diào)鎖位，并和現(xiàn)場控制柜上的輸入反饋信號進行參照和對比。按照系統(tǒng)設(shè)定，跟蹤帶寬為3%并延時10 s，即當系統(tǒng)在10 s 內(nèi)連續(xù)檢測到偏差大于3%或小于-3%，將發(fā)生跟蹤失調(diào)報警并鎖位。

如果滑閥閥位波動后發(fā)生鎖位，故障很有可能出現(xiàn)在后部液壓系統(tǒng)，比如系統(tǒng)油壓過低、比例伺服閥及伺服放大板故障等［11-12］。系統(tǒng)油壓低的原因有可能是伺服油缸內(nèi)漏或者液壓系統(tǒng)內(nèi)各電磁閥及單向閥內(nèi)漏。此時可以嘗試更換位移傳感器，鎖定電磁閥DF1，液控單向閥DC1、DC3、DC4，手動液動切換閥SF2，比例伺服閥及放大板來解決（圖3）。

圖3 滑閥液壓系統(tǒng)原理圖

圖3 中D1～D4 為單向閥，J1～J8 為截止閥，L1～L3 為過濾器，P1～P2 為油泵，M1～M2 為電機，X1～X2 為蓄能器，KP1～KP2 為壓力變送器，YR 為安全閥，KY 為油箱液位高低報警，TG 為油溫傳感器，H 為熱交換器，G 為就地壓力表。

如果滑閥閥位波動大于3%但一直不鎖位，說明閥位波動時間不足10 s，或者現(xiàn)場控制柜的輸入反饋信號并沒有偏差而是與DCS 控制系統(tǒng)上的給定信號發(fā)生了偏差。通過捕捉現(xiàn)場控制柜畫面，如果現(xiàn)場有偏差但波動時間不足10 s，則故障排除手段與上述滑閥閥位波動后發(fā)生鎖位的排除手段相同。如果現(xiàn)場無偏差，則要考慮信號傳輸和處理系統(tǒng)是否產(chǎn)生干擾或發(fā)生故障，可嘗試采用信號干擾排除，更換信號調(diào)理板、中央數(shù)字控制板等措施［13］。

該DMTO 裝置待生滑閥自2019年以來頻繁出現(xiàn)自動關(guān)小的故障。2019-02-18，待生滑閥閥位自動關(guān)小19%并鎖位，更換了比例伺服閥和伺服放大板后故障消除。自2019-07 開始，待生滑閥閥位開始頻繁小范圍內(nèi)波動（表1），但此期間滑閥一直未鎖位。在2019-08-09 的一次待生滑閥閥位波動中，捕捉到了現(xiàn)場控制柜畫面，證實現(xiàn)場的輸入反饋信號是一致的，因此確定待生滑閥閥位波動的原因是DCS 控制系統(tǒng)輸入信號與現(xiàn)場控制柜給定信號發(fā)生了偏差。排除信號干擾原因后，將中央數(shù)字控制板進行了更換，待生滑閥自動關(guān)小故障消除［14-15］。

表1 2019-07—2019-08 待生滑閥閥位故障統(tǒng)計

3 結(jié)束語

滑閥對DMTO 裝置的長周期平穩(wěn)運行起著重要作用。要保證滑閥的穩(wěn)定運行，除了在大檢修中正常更換備件外，還要做好滑閥的日常維護和保養(yǎng)，注意油品清潔度、蓄能器保壓時間及機泵是否運行平穩(wěn)等環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。