空分設(shè)備氣動(dòng)式閥門與入口導(dǎo)葉的技改與維護(hù)檢修

周金城（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山　243000）

空分設(shè)備氣動(dòng)式閥門與入口導(dǎo)葉的技改與維護(hù)檢修

周金城
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山243000）

【摘要】介紹了空壓機(jī)防喘振閥與入口導(dǎo)葉、氧氣輸送閥與放空閥、分子篩吸附器切換閥存在問題及改造措施，闡述了空分設(shè)備低溫與常溫氣動(dòng)閥門、氮壓機(jī)入口導(dǎo)葉存在問題及維護(hù)檢修措施。

【關(guān)鍵詞】空分設(shè)備；閥門；入口導(dǎo)葉；卡阻；調(diào)節(jié)性能；壓力

Technical Modification and Maintenance of the Pneumatic Valve and Inlet Guide Vane in Air Separating Plant

ZHOU Jincheng
(The Gases Sale Co. of Maanshan Iron and Steel Co., Ltd., Maanshan, Anhui 243000, China)

【Abstract】Existing problems in the anti- surge valve and inlet guide vane, oxygen transfer valve and vent valve and switch valve of molecular sieve absorber of air separating plant and modification measures are introduced. Existing problems in the low- temperature and room temperature pneumatic valves and the inlet guide vane of nitrogen compressor and maintenance measures are also discussed.

【Key words】air separating plant; valve; inlet guide vane; jamming; adjusting function; pressure

1　引言

氣動(dòng)式閥門與入口導(dǎo)葉是空分設(shè)備配備常用終端控制元件。馬鞍山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱馬鋼）20000 m3/h與35000 m3/h空分設(shè)備配備控制閥與入口導(dǎo)葉均為氣動(dòng)式。

20000m3/h空分設(shè)備由杭氧設(shè)計(jì)制造，采用雙層臥式分子篩吸附器吸附凈化、膨脹空氣進(jìn)下塔、氧氣內(nèi)壓縮與氮?dú)馔鈮嚎s流程。

35000m3/h空分設(shè)備由法液空設(shè)計(jì)制造，采用雙層立式徑向流分子篩吸附器吸附凈化、膨脹空氣進(jìn)上塔、氧氣與氮?dú)饩鶠橥鈮嚎s流程。

20000m3/h與35000 m3/h空分設(shè)備自投產(chǎn)后，馬鋼針對(duì)配備氣動(dòng)式閥門與入口導(dǎo)葉運(yùn)行中存在問題，采用針對(duì)性技術(shù)改造方法與有效維護(hù)檢修措施，使氣動(dòng)式閥門與入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)性能正常，保證空分設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2　技術(shù)改造

2.1空壓機(jī)防喘振閥

20000m3/h空分設(shè)備空壓機(jī)配備1只氣閉式防喘振閥。在空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通過逐步關(guān)小防喘振閥，提高出口壓力。在空壓機(jī)停機(jī)、跳機(jī)時(shí)，通過開啟防喘振閥，降低出口壓力，避免空壓機(jī)喘振。

2.1.1存在問題及原因分析

20000m3/h空分設(shè)備自投產(chǎn)，空壓機(jī)防喘振閥調(diào)節(jié)性能低，未能滿足空壓機(jī)啟動(dòng)升壓、停機(jī)降壓、跳機(jī)卸壓需要。防喘振閥故障時(shí)空壓機(jī)狀況見表1。

表1　防喘振閥故障時(shí)空壓機(jī)狀況

經(jīng)過多次對(duì)防喘振閥檢查，發(fā)現(xiàn)連接閥瓣處閥桿銹跡現(xiàn)象嚴(yán)重，閥瓣O形密封件變形且密封件被灰褐色固體結(jié)垢物覆蓋，使防喘振閥動(dòng)作緩慢或閥門卡阻。

2.1.2改造措施及效果

在2004~2007年，為防止防喘振閥閥桿生銹、閥瓣O形密封件變形或結(jié)垢，對(duì)防喘振閥連接閥瓣處閥桿鍍鉻，避免銹跡產(chǎn)生。實(shí)際效果不佳，仍無法避免空壓機(jī)帶載停機(jī)、跳機(jī)。

在2008年5月，為防喘振閥旁通1只設(shè)有電磁閥的氣閉式快速放散閥，該閥門為兩位閥。在空壓機(jī)停機(jī)、跳機(jī)時(shí)，快速放散閥的電磁閥失電，快速放散閥在5 s內(nèi)全開，空壓機(jī)完全卸載，避免空壓機(jī)出現(xiàn)“喘振”現(xiàn)象。

在2009年4月，針對(duì)空壓機(jī)啟動(dòng)升壓時(shí)，防喘振閥調(diào)節(jié)性能低，閥門動(dòng)作緩慢現(xiàn)象，將原配備防喘振閥整體更換。新防喘振閥更換后，對(duì)防喘振閥進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)定，使防喘振閥1%開度調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間不大于4 s，以此提高閥門調(diào)節(jié)性能，滿足空壓機(jī)啟動(dòng)升壓需要。

空壓機(jī)增設(shè)的快速放散閥與更換的防喘振閥構(gòu)成空壓機(jī)防喘振閥門系統(tǒng)運(yùn)行至今，達(dá)到空壓機(jī)啟動(dòng)升壓、停機(jī)降壓、跳機(jī)卸壓要求，有效避免空壓機(jī)喘振，效果顯著。

2.2空壓機(jī)入口導(dǎo)葉

20000m3/h空分設(shè)備空壓機(jī)配備1套氣動(dòng)式入口導(dǎo)葉，入口導(dǎo)葉由定位器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)葉片組成。

2.2.1存在問題及原因分析

20000m3/h空分設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，空壓機(jī)出口壓力與流量出現(xiàn)間斷、無規(guī)則波動(dòng)現(xiàn)象，造成在分子篩吸附器升壓階段發(fā)生多起粗氬塔氮塞、下塔液泛故障。對(duì)空壓機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，安裝在入口導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)支架上定位器因振動(dòng)大發(fā)生故障，使入口導(dǎo)葉無規(guī)則波動(dòng)，空壓機(jī)出口壓力與流量波動(dòng)。

空壓機(jī)入口導(dǎo)葉安裝在緊鄰一級(jí)工作輪的進(jìn)氣管道上，在空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)氣管道高頻振動(dòng)大，導(dǎo)致安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)支架上定位器因振動(dòng)大而發(fā)生故障。

2.2.2改造措施及效果

為消除空壓機(jī)進(jìn)氣管道高頻振動(dòng)對(duì)入口導(dǎo)葉定位器影響，使定位器正常工作，對(duì)入口導(dǎo)葉定位器進(jìn)行移位技術(shù)改造。

采用入口導(dǎo)葉定位器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)分開安裝方法。將入口導(dǎo)葉原配備定位器更換為分體式閥門定位器，分體式閥門定位器由內(nèi)置閥位變送器與分體式閥位傳感器組成。將內(nèi)置閥位變送器移至空壓機(jī)機(jī)架外側(cè)，安裝在輕微振動(dòng)的固定支架上，僅將抗振性能好的分體式閥位傳感器安裝在入口導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。

入口導(dǎo)葉閥位信號(hào)由分體式閥位傳感器輸出，通過增設(shè)儀表電纜送至內(nèi)置閥位變送器，內(nèi)置閥位變送器將輸出氣源信號(hào)由增設(shè)外接氣路信號(hào)管傳至入口導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)葉片角度。

2012年1月，入口導(dǎo)葉定位器移位改造完成，定位器在微振動(dòng)環(huán)境中運(yùn)行至今，未發(fā)生故障，空壓機(jī)出口壓力與流量穩(wěn)定，效果明顯。

2.3氧氣輸送閥與放空閥

20000m3/h空分設(shè)備氧氣輸送閥與放空閥均為氣動(dòng)薄膜閥，閥門類型為蝶閥。在管網(wǎng)氧氣壓力波動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)氧氣輸送閥與放空閥，使出主換熱器熱端氧氣流量與壓力穩(wěn)定。

2.3.1存在問題及原因分析

在20000 m3/h空分設(shè)備運(yùn)行，氧氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)大時(shí)，氧氣流量因氧氣輸送閥與放空閥調(diào)節(jié)性能低波動(dòng)幅度大，嚴(yán)重影響空分工況。

氧氣管網(wǎng)壓力升幅過快時(shí)，氧氣輸送閥與放空閥無法及時(shí)調(diào)節(jié)，氧氣流量降幅大，造成液氧泵出口壓力高聯(lián)鎖跳機(jī)。

氧氣管網(wǎng)壓力過低時(shí)，氧氣輸送閥與放空閥調(diào)節(jié)效果不佳，氧氣流量高，造成粗氬塔“氮塞”。

通過對(duì)氧氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)與空分設(shè)備氧氣流量變化分析，認(rèn)為上述現(xiàn)象是由于氧氣輸送閥與放空閥為蝶閥所致，此類閥門調(diào)節(jié)性能低，不適應(yīng)馬鋼氧氣管網(wǎng)頻繁波動(dòng)的特點(diǎn)，閥門選型不佳。

2.3.2改造措施及效果

將氧氣輸送閥與放空閥整體更換，閥門仍選擇氣動(dòng)薄膜閥，閥門類型改為套筒閥，同時(shí)對(duì)閥門加裝增速器，提高閥門調(diào)節(jié)性能。并且對(duì)兩只閥門響應(yīng)速度與控制重新進(jìn)行匹配。

2004年10月，氧氣輸送閥與放空閥改造后，閥門調(diào)節(jié)靈敏，20000 m3/h空分設(shè)備氧氣流量穩(wěn)定。

2.4分子篩吸附器切換閥KV1202

35000m3/h空分設(shè)備分子篩吸附器配備切換閥KV1202為國外廠家制造氣動(dòng)式三桿閥。該氣動(dòng)式三桿閥由主閥部分閥桿、主動(dòng)桿、從動(dòng)桿、固定桿與執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸、活塞、活塞桿、推桿組成。

2.4.1存在問題及原因分析

35000m3/h空分設(shè)備自投產(chǎn)，B#分子篩吸附器空氣進(jìn)氣閥KV1202在閥門開啟時(shí)，閥門逐漸出現(xiàn)動(dòng)作緩慢、卡阻、未開啟現(xiàn)象。

為使分子篩吸附器正常運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)切換閥KV1202執(zhí)行機(jī)構(gòu)力臂與氣缸儀表氣源壓力，使切換閥KV1202正常開啟，但實(shí)際效果不佳。

為保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，增設(shè)1臺(tái)小型手動(dòng)葫蘆吊，在切換閥KV1202未能開啟，DCS控制畫面出現(xiàn)切換閥門反饋信號(hào)報(bào)警時(shí)，人為使用手動(dòng)葫蘆吊沿三桿閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸活塞桿開啟方向拉動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，使切換閥KV1202開啟。

為查明切換閥未能開啟原因，在空分設(shè)備停機(jī)時(shí)，在切換閥KV1202進(jìn)氣連接管道上制作一只“人孔”，從管道內(nèi)部檢查閥門主動(dòng)桿、從動(dòng)桿與閥板狀況，閥門連桿機(jī)構(gòu)無損壞現(xiàn)象，動(dòng)作正常。在管道外部檢查閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)活塞運(yùn)動(dòng)有卡澀現(xiàn)象。經(jīng)向閥門制造廠咨詢得知，該三桿閥氣缸配備活塞桿長度設(shè)計(jì)不佳，執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩偏小，執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法推動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，造成切換閥KV1202未能開啟。

2.4.2改造措施及效果

利用手動(dòng)葫蘆吊使切換閥KV1202氣缸內(nèi)活塞運(yùn)動(dòng)，開啟閥門，造成切換閥KV1202氣缸、活塞桿已嚴(yán)重變形，無法修復(fù)，為此更換切換閥KV1202。

因訂購該進(jìn)口原型號(hào)三桿閥時(shí)間長、價(jià)格高，遂對(duì)切換閥KV1202進(jìn)行國產(chǎn)化技術(shù)改造，專門訂購1只適合B#分子篩吸附器運(yùn)行的國產(chǎn)三桿閥KV1202。

根據(jù)B#分子篩吸附器實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，切換閥KV1202開啟時(shí)所承受最大壓差數(shù)值，尤其氣缸配備活塞桿長度，專門設(shè)計(jì)制造1只國產(chǎn)三桿閥，使之在有效動(dòng)作時(shí)間內(nèi)能完全正常開啟、關(guān)閉。

2002年，國產(chǎn)氣動(dòng)三桿閥KV1202運(yùn)行至今，閥門開啟、關(guān)閉均正常，效果較好。

3　維護(hù)檢修措施

3.120000 m3/h空分設(shè)備常溫氣動(dòng)閥返廠維修

3.1.1存在問題

馬鋼20000 m3/h空分設(shè)備配備常溫氣動(dòng)閥由無錫工裝設(shè)計(jì)制造。20000 m3/h空分設(shè)備運(yùn)行至2009年，氣動(dòng)閥門發(fā)生多起故障，影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。常溫氣動(dòng)閥門故障狀況見表2。

表2　20000 m3/h空分設(shè)備常溫氣動(dòng)閥門故障狀況

3.1.2維護(hù)檢修措施

利用20000 m3/h空分設(shè)備2009年熱備用時(shí)間長，將8只分子篩吸附器切換閥、空冷塔進(jìn)氣閥、氮?dú)夥派㈤y、污氮?dú)鈮毫φ{(diào)節(jié)閥拆卸，運(yùn)至閥門制造廠維修。制造廠對(duì)返廠維修閥門，根據(jù)故障狀況分別更換執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成、氣缸、O形密封墊片、軸承、彈簧，消除氣動(dòng)閥門故障。

20000m3/h空分設(shè)備自2010年3月啟動(dòng)運(yùn)行至今，常溫氣動(dòng)閥門調(diào)節(jié)性能較好，效果明顯。

3.214500 m3/h與20000 m3/h氮壓機(jī)入口導(dǎo)葉卡阻處理

20000m3/h空分設(shè)備配備14500 m3/h氮壓機(jī)與35000 m3/h空分設(shè)備配備2#20000 m3/h氮壓機(jī)均為英格索蘭設(shè)計(jì)制造。2臺(tái)氮壓機(jī)入口導(dǎo)葉均選用1只同類型氣動(dòng)蝶閥作為入口導(dǎo)葉。

14500m3/h氮壓機(jī)設(shè)置在密閉廠房內(nèi)，20000 m3/h氮壓機(jī)露天設(shè)置，僅建有半封閉式防雨棚。

3.2.1存在問題

14500m3/h與20000 m3/h氮壓機(jī)投產(chǎn)后，入口導(dǎo)葉均出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。造成運(yùn)行氮壓機(jī)停機(jī)或跳機(jī)時(shí)無法卸載、啟動(dòng)后無法加載、啟動(dòng)時(shí)負(fù)載大電流高啟動(dòng)失敗。

14500m3/h氮壓機(jī)入口導(dǎo)葉卡阻均發(fā)生在氮壓機(jī)長期備用后啟動(dòng)時(shí)，20000 m3/h氮壓機(jī)入口導(dǎo)葉卡阻均發(fā)生冬季低溫狀態(tài)。

經(jīng)對(duì)14500 m3/h氮壓機(jī)入口導(dǎo)葉檢查發(fā)現(xiàn)，長期處于備用狀態(tài)氮壓機(jī)入口導(dǎo)葉即氣動(dòng)蝶閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部件銹蝕嚴(yán)重，造成入口導(dǎo)葉卡阻。

經(jīng)對(duì)20000 m3/h氮壓機(jī)入口導(dǎo)葉冬季低溫、夏季高溫對(duì)比檢查發(fā)現(xiàn)，因20000 m3/h氮壓機(jī)露天設(shè)置，在冬季低溫環(huán)境下，入口導(dǎo)葉即氣動(dòng)蝶閥閥板變形，造成入口導(dǎo)葉卡阻。

3.2.2維護(hù)檢修措施

定期對(duì)備用狀態(tài)14500 m3/h入口導(dǎo)葉即氣動(dòng)蝶閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部件添加潤滑油，避免轉(zhuǎn)動(dòng)部件銹蝕。

對(duì)20000 m3/h氮壓機(jī)入口導(dǎo)葉即氣動(dòng)蝶閥增設(shè)電伴熱帶，同時(shí)對(duì)入口導(dǎo)葉增設(shè)保溫材料，避免閥板在低溫環(huán)境變形。

以上維護(hù)檢修措施實(shí)施后，14500 m3/h與20000 m3/h氮壓機(jī)運(yùn)行至今，氮壓機(jī)入口導(dǎo)葉未有卡阻現(xiàn)象，效果顯著。

3.335000 m3/h空分設(shè)備低溫氣動(dòng)薄膜閥更換

3.3.1存在問題

35000m3/h空分設(shè)備配備低溫氣動(dòng)薄膜閥均為法液空提供，空分設(shè)備自1998年投產(chǎn)，低溫氣動(dòng)薄膜閥故障率逐年增加。該類型氣動(dòng)薄膜閥均未設(shè)置手柄進(jìn)行手動(dòng)控制，在閥門故障時(shí)，對(duì)空分設(shè)備工況影響大。

因閥門備件采購時(shí)間長、價(jià)格高，閥門故障時(shí)無法及時(shí)處理，經(jīng)?！皫Р　边\(yùn)行，未能保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，因低溫氣動(dòng)薄膜閥調(diào)節(jié)性能逐年下降，35000 m3/h空分設(shè)備自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)改造無法實(shí)施。

3.3.2維護(hù)檢修措施

經(jīng)對(duì)35000 m3/h空分設(shè)備低溫氣動(dòng)薄膜閥故障歸類分析及閥門狀況排查，向原閥門設(shè)計(jì)、制造廠訂購一批同型號(hào)閥門及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2011年，在35000 m3/h空分設(shè)備改造性大修冷箱扒砂時(shí)，將10只氣動(dòng)薄膜閥整體更換、9只氣動(dòng)薄膜閥膜頭更換。

35000m3/h空分設(shè)備低溫氣動(dòng)薄膜閥及閥門膜頭更換后，設(shè)備運(yùn)行至今，閥門調(diào)節(jié)性能正常。同時(shí)，35000 m3/h空分設(shè)備自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)改造完成。

3.435000 m3/h空分設(shè)備常溫氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥修復(fù)

35000m3/h空分設(shè)備常溫氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥均為法液空提供，氧氣放空閥FIC1510B、空冷塔液位調(diào)節(jié)閥LIC1007、空氣短路循環(huán)調(diào)節(jié)閥HV1215配備氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均為同一型號(hào)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸安裝1只滾動(dòng)軸承，軸承水平不受力，僅起固定、滑動(dòng)作用。

3.4.1存在問題

2013年10月12日，35000 m3/h空分設(shè)備運(yùn)行時(shí)，氧氣放空閥FIC1510B在DCS控制畫面已全開，氧氣產(chǎn)量由32500 m3/h降至2800 m3/h，上塔與下塔壓力上升。

經(jīng)對(duì)氧氣放空閥FIC1510B檢查發(fā)現(xiàn)，該閥門現(xiàn)場(chǎng)處于全關(guān)狀態(tài)，閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承密封蓋銹蝕脫落，軸承內(nèi)套及部分滾珠脫落，軸承未脫落滾珠銹蝕嚴(yán)重。

同時(shí)對(duì)LIC1007、HV1215氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥檢查發(fā)現(xiàn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承滾珠均已嚴(yán)重銹蝕。

3.4.2維修檢修措施

因訂購該型號(hào)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)周期長，馬鋼自行加工3只耐磨性好的銅套代替滾動(dòng)軸承，同時(shí)，加工安裝新的密封蓋，避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部件故障。

上述3只氣動(dòng)常溫調(diào)節(jié)閥修復(fù)后，35000 m3/h空分設(shè)備運(yùn)行至今，閥門調(diào)節(jié)性能正常，效果較好。

4　結(jié)束語

針對(duì)20000 m3/h與35000 m3/h空分設(shè)備運(yùn)行中，氣動(dòng)閥門與入口導(dǎo)葉出現(xiàn)各種問題，采用針對(duì)性技術(shù)改造方法與有效維護(hù)檢修措施，使氣動(dòng)閥門調(diào)節(jié)性能正常，保證空分設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

熱電

作者簡介：周金城（1971－），男，1994年畢業(yè)于馬鋼職工大學(xué)制氧專業(yè)，制氧高級(jí)技師，現(xiàn)從事制氧生產(chǎn)技術(shù)工作。

收稿日期：2015－01－30

【中圖分類號(hào)】TB657.7

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764(2015)04-0024-03