變壓吸附系統程控閥故障原因分析及對策

楊 明^１ ，許志紅^２ ，劉紅星^１

摘 要：新鄉中新化工有限責任公司乙二醇裝置配套變壓吸附 （ＰＳＡ）系統試生産階段，程控閥故障頻發，而程控閥的運行狀況在很大程度上直接決定瞭 ＰＳＡ系統的運行狀況，爲此 ＰＳＡ系統先後進行瞭２次 技術改造，但第二次技改後生産階段程控閥仍然出現瞭不少故障。經分析與梳理，試生産階段程控閥故障主要是吸附劑洩漏所緻，２０１８年二次技改後運行過程中出現的故障則主要是對程控閥缺乏維護保養造成的，在原因分析的基礎上，中新化工對 ＰＳＡ系統程控閥進行優化改造，消除瞭不少問題。同時，通過總結多年來的運行維護經驗提出瞭 ＰＳＡ系統程控閥日常運行維護管控的關鍵點。

關鍵詞：變壓吸附系統；程控閥；故障現象；原因分析；應對措施；優化改造；運行維護經驗

0 引言

         新鄉中新化工有限責任公司 （簡稱中新化工）ＰＳＡ系統是乙二醇裝置的外圍配套裝置， 其主要任務是向下遊乙二醇裝置提供合格的原料 氣—ＣＯ和 Ｈ２。該 ＰＳＡ系統由北京北大先鋒科 技有限公司設計，２０１１年 ３月開始施工，２０１２ 年 ３月首次試車。由於(yú)試生産過程中出現 ＣＯ産 品氣中甲烷含量高和吸附劑洩漏的問題，影響系 統自身及下遊系統的安全、穩定運行，ＰＳＡ系統先後進行瞭(le)２次技術改造，２０１８年３月第二次技改完成後投運。以下對有關情況作一簡介。

1 ＰＳＡ系統運行概況

         ＰＳＡ系統是高度自動化的氣體分離裝置，每個運行周期吸附塔都必須經曆多個工藝步驟，而這些工藝步驟是按照設定好的自控程序通過程控閥穩定、有序啓閉(bì)實現切換的，ＰＳＡ系統程控閥運行狀況良好與否直接決定瞭(le)ＰＳＡ系統能否安全、穩定運行，而中新化工 ＰＳＡ系統自２０１２年３月份試車以來，因程控閥故障多次造成 ＰＳＡ系統和下遊乙二醇裝置停車，具體如下。

1.1 第一階段—試生産階段

         工程建設階段，由於在設備監制及進廠檢驗 環節把關不嚴，ＰＳＡ吸附塔下分布器存在間隙大、絲網破損、絲網未壓實、螺栓未把緊等一系列問題，設計院現場代表建議将存在的問題處理 後再進行吸附劑裝填和試車工作，以免出現吸附劑洩漏問題並(bìng)損壞程控閥，但當時由於工程進度節點要求在 ２０１２年初開車産氫，ＰＳＡ系統存在的問題沒有徹底處理就進行瞭(le)吸附劑裝填、試車，結果試生産階段出現瞭(le)吸附劑大量洩漏緻程控閥閥芯沖刷内漏的問題；尤其是 ２０１３年 ３月首次技改時将原設計均壓調節閥去掉後，系統出現瞭(le)嚴重的吸附劑粉化問題；２０１３年 ５月 ＰＳＡ 系統重啓後，２０１３年 ７—９月期間，ＰＳＡ系統連續運行時間沒有超過１個月的，每次 ＰＳＡ系統停車，在程控閥 （含密封面、密封殼———程控閥密封殼即平衡缸，其通過平衡管與閥體通道相 連）和管道内均能發現大量的吸附劑顆粒及粉塵，並(bìng)伴随大量程控閥出現内漏的迹象。

         分析認爲，此階段造成程控閥故障的原因有二：一是吸附劑洩漏造成閥芯及密封面受到沖刷，密封面損傷後密封失效；二是吸附劑粉塵(chén)通過平衡管進入密封組件，造成密封組件摩擦力加大，閥杆上附著(zhe)大量粉末而緻閥門卡澀，甚至造成密封Ｏ型圈幹磨，平衡缸外壁出現斷裂。

1.2 第二階段—二次技改後生産階段

         ２０１３年底，中新化工委托維保公司對 ＰＳＡ 系統所有程控閥進行瞭(le)加油保養，但因各種各樣的原因，ＰＳＡ系統第二次技改一直拖延至 ２０１７ 年底才艱難結束，此期間程控閥在現場(chǎng)經受各種自然環境考驗，未進行過任何維護保養。

分析認爲，此階段程控閥(fá)故障大多由維護保養不善引起，同時 ＰＳＡ系統長(zhǎng)周期、高負荷運行也暴露出程控閥(fá)設計制造方面的缺陷。

2 程控閥故障原因分析及應對措施

2.1 維護保養不善引起的故障

2.1.1 程控閥(fá)反饋(kuì)故障

故障現象：程控閥在運行過程中出現開、關故障報(bào)警，但吸附塔壓力正常，程控閥現場(chǎng)動作與程序要求一緻，隻是反饋不正常。

         原因分析：受閥門開關震動(dòng)的影響，程控閥開關檢測(cè)頭與霍爾開關出現松動(dòng)，霍爾開關與檢測(cè)頭間隙超出設計要求，出現反饋故障。

         應對(duì)措施：每周定期檢查閥檢霍爾開關緊固情況，有松動(dòng)時及時消除。

2.1.2 程控閥(fá)打開(kāi)故障

  故障現象：程控閥在運行過程中出現開故障報(bào)警，吸附塔壓力未按程序要求升高或降低，出現異常，程控閥現場(chǎng)動作與程序要求不一緻。

         原因分析：① 電(diàn)磁閥卡澀—兩位五通電(diàn)磁閥缺乏維護保養，滑塊不動作或有異物卡住；② 電(diàn)磁閥線圈損壞—電(diàn)磁閥線圈露天安裝， 日曬高溫下老化損壞；③ 閥門接線端子卡接線松動，開關信号傳(chuán)輸不良；④ ＤＣＳ機櫃安全栅損壞，無輸出信号。

         應對措施：① 嚴格控制程控閥儀表空氣質量，不得含有微量粉塵(chén)和水分，且定期更換電磁閥並(bìng)進行維護保養；② 電磁閥線圈增設防曬設施；③ 定期檢查接線端子接線情況；④ 更換損壞的ＤＣＳ機櫃安全栅。

2.1.3 程控閥(fá)開關(guān)延時故障

         故障現象：程控閥在運行過程中出現開、關延時故障報(bào)警，但吸附塔壓力正常，程控閥現場(chǎng)動作與程序要求一緻，隻是未在程序設定時間内開、關到位，出現延時報(bào)警。

原因分析：程控閥開關平衡活塞在氣缸内上下運動的過程中缺乏潤滑而卡澀，閥門開、關遲(chí) 緩；或儀表氣缸竄(cuàn)氣造成閥門開、關遲(chí)緩。

         應對措施：平衡缸活塞卡澀引起的閥門開、關延時故障，可能是吸附劑粉塵進入平衡缸導緻瞭(le)活塞潤滑不良，有停車機會要打開檢查及處理；對於(yú)儀表氣缸竄氣引起的閥門開、關延時故障，要定期檢查，發現有潤滑不良的情況時要及時加油，以免發展到竄氣的階段。

2.1.4 程控閥(fá)關閉(bì)故障

         故障現象：程控閥在運行過程中出現關故障 報(bào)警，吸附塔壓力出現異常，程控閥現場(chǎng)動作與 程序要求不一緻。

原因分析：兩位五通電(diàn)磁閥缺乏維護保養， 滑塊不動(dòng)作或有異物而緻卡澀。

應對措施：嚴格控制程控閥儀表空氣質量，不得含有微量粉塵(chén)和水分，定期更換電磁閥並(bìng)進行維護保養。

2.1.5 程控閥内漏

         故障現象：均壓步驟 ２台吸附塔壓力一緻 時，程控閥有内漏的吸附塔壓力緩慢降低；抽真 空步驟時，ＣＯ産品氣中 Ｈ_２含量上升。

         原因分析：一方面，吸附劑粉化或洩漏，程控閥開關時粉塵(chén)随氣流進入而對程控閥密封面形成沖(chōng)刷，密封失效而緻内漏；另一方面，粉塵(chén)積聚在平衡缸和平衡盤下部空間，和潤滑脂形成油泥，造成平衡缸内密封Ｏ型圈磨損，密封失效而引起内漏。

         應對措施：首先加強源頭控制，加強設計、 制造、裝配等環節的過程監管，尤其是吸附塔底部分布器，在吸附劑裝填前不能有缺陷；其次要嚴格管控裝填、試壓、吹掃、生産(chǎn)等環節，盡量避免誤操作引起的竄壓事故，嚴禁超負荷生産(chǎn)； 再者要利用停車(chē)機會檢查吸附塔頂部格栅闆情況，如有傾斜和吸附劑下沉，立即進行糾正。

2.2 程控閥設計制造缺陷引起的故障

2.2.1 ＤＮ４００程控閥(fá)平衡缸閥(fá)杆斷(duàn)裂

         故障現象：２０１９年 ９月 ２８日 ＰＳＡ-ＣＯ系統 ＤＮ４００程控閥檢修時，吊裝過程中出現平衡缸閥杆斷裂；２０１９年 １２月 １５日的生産(chǎn)中，ＤＮ４００ 程控閥按照程序要求動(dòng)作，但吸附塔壓力未随工藝步驟降低，初步判斷 ＤＮ４００程控閥閥芯脫落， 打開檢修時發現平衡缸閥杆斷裂。

         原因分析：ＤＮ４００程控閥平衡缸閥杆爲兩段式結構，下段裝配結合部大頭部位設計厚度１０ｍｍ，對斷裂閥杆進行現場測(cè)量，實際結合部大頭部位隻有 ６～８ｍｍ，即存在加工制造缺陷， 存在薄弱環節，長期使用後出現瞭(le)疲勞斷裂。

         應對措施：聯系程控閥生産(chǎn)廠家，重新校核計算 ＤＮ４００程控閥閥杆強度並(bìng)重新設計制造，利用檢修機會予以更換。

2.2.2 ＤＮ４００程控閥(fá)平衡盤(pán)出現裂紋

故障現象：ＣＯ産品氣中 Ｈ_２ 含量周期性升高，産品氣純度下降緻下遊乙二醇裝置停車

         原因分析：通過與程控閥生産(chǎn)廠家交流，一方面認爲可能是該批次備(bèi)件本身存在缺陷；另一方面可能是第二次技改後系統設計溫度升高所緻 —ＰＳＡ系統原設計溫度 ４０℃，技改後設計溫度 （７０±５）℃，尤其是在吸附劑還原階段，最高溫度達１５０℃，ＤＮ４００程控閥平衡盤材質爲灰鑄鐵，高溫下灰鑄鐵強度下降導緻出現裂紋。

         應對措施：① 程控閥生産廠家校核計算 ＤＮ４００程控閥平衡盤強度，按照實際運行溫度重新設計制造 ＤＮ４００程控閥平衡盤；② 因ＰＳＡ—ＣＯ系統逆放和抽真空步驟 ＤＮ４００程控閥的工作 狀況直接影響 ＣＯ産品氣的質量，除瞭消缺外， 還将 ＰＳＡ—ＣＯ系統逆放和抽真空步驟的 ＤＮ４００程 控閥改爲單向閥門，将原閥門平衡管用堵頭封堵，原平衡管取消後，在平衡活塞中間鑽孔，以 免影響閥門開、關速度；③ 預處理系統和 ＰＳＡ—Ｈ_２系統的 ＤＮ４００程控閥，其工作狀況對系統的影響相對較小，故隻進行瞭消缺處理—更換爲重新設計制造的閥杆。

2.2.3 程控閥(fá)設計(jì)制造缺陷的優化改造

         （１）ＰＳＡ-ＣＯ系統 ＤＮ４００程控閥改造内容： ① ＤＮ４００程控閥平衡缸閥杆大頭部外徑增加 １０ｍｍ、長(zhǎng)度增加 ２０ｍｍ；② 平衡活塞盤中間凹陷處(chù)加工 φ４ｍｍ×１６ｍｍ的通氣孔；③ 閥杆長(zhǎng)度增加後，将閥檢墊高 ２０ｍｍ；④ 将原平衡管拆除，上閥體和下閥體接頭用堵頭封堵。

         （２）ＰＳＡ-Ｈ_２系統和預處理系統 ＤＮ４００程控閥改造内容：① ＤＮ４００程控閥平衡缸閥杆平衡盤裝配部位外徑增加 １５ｍｍ，大頭部外徑增加 １０ｍｍ、長度增加 ２０ｍｍ；② 平衡活塞盤中間孔 孔徑改爲 φ８０ｍｍ，凹陷處一側填滿，另外一側 由 φ３２０ｍｍ改爲 φ１５０ｍｍ，深度由 ５０ｍｍ改爲３０ｍｍ；③ 閥杆長度增加後，需将閥檢墊高 ２０ｍｍ；④ 原平衡管保持不變。

3 運行維護經驗

         ２０１８年 ３月至今，因 ＰＳＡ系統程控閥故障造成乙二醇裝置停車共 １８次，其中，因電磁閥卡澀緻停車１０次，因程控閥現場接線端子松動、接線老化引起閥門開關失靈緻停車４次，因程控 閥打開故障造成的停車 ２次，ＤＣＳ機櫃程控閥保 險失電引起閥門開關失靈緻停車２次；程控閥設 計制造方面的缺陷僅限於(yú)２０１９年 ９月 ２８日和 １２ 月 １５日的平衡缸閥杆斷裂和ＤＮ４００平衡盤裂紋 這兩個方面。總結多年來 ＰＳＡ系統程控閥的運 行經驗，筆(bǐ)者認爲，日常運行維護中應加強以下 幾個方面的管控。

         （１）粉塵對程控閥的危害是緻命的，需加強源頭治理。第一，要做好吸附塔在設計、制造、裝配等環節中的過程監管，尤其是吸附塔底部分布器，在吸附劑裝填前不能有缺陷；第二，要加強吸附劑裝填的管控，應嚴格按照設計要求進行裝填，達不到設計要求時要暫停裝填，待問題解決後再繼續裝填，以免日後運行中出現因吸附劑下沉、浮動空間增大而緻吸附劑粉化等問題，後患無窮；第三，要加強工藝管控，系統試壓、氣密試驗、吹掃等手動操作環節要嚴格避免誤操作引起的竄壓事故；第四，要加強系統生産(chǎn)管控，嚴禁超負荷運行，據ＰＳＡ系統的運行經驗，超負荷運行必然要縮短步驟切換時間，要想達到均壓平衡必然要開大均壓調節閥，氣體流速增加引起的吸附劑粉化必然加劇；第五，要利用停車(chē)機會檢查吸附塔頂部格栅闆狀況，如有傾斜、吸附劑下沉較多的情況，應立即予以糾正。

         （２）逆放、抽空等特殊部位的程控閥(fá)，盡可能選擇沒有平衡缸的單(dān)向閥(fá)，如此一來，即使誤操作也打不開，不會造成嚴重的後果，且閥(fá)杆爲一體式結構，強度高，不易損壞。

         （３）加強儀表氣源管理，嚴禁不合格的儀 表氣用於(yú) ＰＳＡ系統，否則将對電(diàn)磁閥造成不可逆的損傷。

         （４）程控閥之電(diàn)磁閥、氣控閥、電(diàn)磁線圈 等儀表元件要有防塵(chén)、防日曬雨淋措施。

         （５）嚴格管控程控閥(fá)現場(chǎng)安裝質量以及 ＤＣＳ機櫃、現場(chǎng)接線元件及接線的質量。

4 節語

          綜上所述，中新化工 ＰＳＡ系統試生産(chǎn)階段程控閥故障主要是吸附劑洩漏所緻，２０１８年第 二次技改後生産(chǎn)中出現的程控閥故障則主要是缺乏維護保養造成的。通過兩次技改，消除瞭(le)不少問題，但仍有不少地方亟待完善，尤其是在程控閥的日常運行維護方面，應加強粉塵的源頭治理，逆放／抽空等步驟程控閥應盡可能選擇沒有平衡缸的單向閥，加強儀表氣源管理，程控閥之儀表元件要有防塵及防日曬雨淋措施，嚴格管控程控閥現場安裝質量，這樣才能提高程控閥運行的可靠性，保障 ＰＳＡ系統的安全、穩定運行。

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