大型催化裂化裝置煙機(jī)入口蝶閥故障分析

袁培剛，穆向宇，李鵬博，張 琦

（1.中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086；2.洛陽三隆惠州項(xiàng)目部，廣東 惠州 516086）

大型催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)組采用電機(jī)和煙機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的三機(jī)組配置形式，煙機(jī)在裝置節(jié)能降耗和能量回收方面發(fā)揮著舉足輕重的作用，煙機(jī)入口高溫蝶閥是催化裂化裝置能量回收機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)再生器壓力控制、保護(hù)煙機(jī)發(fā)揮著至關(guān)重要作用，因而，煙機(jī)入口高溫蝶閥在正常工況下要求具備靈敏、可靠，事故狀態(tài)下快速關(guān)斷的特點(diǎn)。

1 煙機(jī)入口蝶閥介紹

煙機(jī)入口蝶閥由液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)HA、三偏心蝶閥、液壓動(dòng)力單元HPU、液壓控制單元HCU和電氣控制單元ECU組成，具有調(diào)節(jié)、速關(guān)、鎖位和手動(dòng)操作功能。煙機(jī)蝶閥液壓油路按照功能可分為以下5部分：

系統(tǒng)油路：主要由液壓油泵、雙聯(lián)過濾器、卸荷閥（395A/474B）和多組蓄能器組成，其功能主要建立工作油壓并保障液壓系統(tǒng)工作油壓壓力穩(wěn)定在140bar～180bar之間，本液壓系統(tǒng)液壓油泵設(shè)定為單泵連續(xù)運(yùn)行工作模式，可手動(dòng)或自動(dòng)切換。

調(diào)節(jié)油路：電氣控制單元ECU接收控制室發(fā)出的控制信號(hào)和閥位反饋信號(hào)，發(fā)出PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)比例閥（584），比例閥可按輸入信號(hào)連續(xù)地、按比例地對(duì)液壓油壓力、流量或方向進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制[1]，從而控制液壓油進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)油缸的方向和壓力，調(diào)節(jié)蝶閥的開度。

圖1 煙機(jī)蝶閥油路圖[3]Fig.1 Smoke machine butterfly valve road map[3]

速關(guān)油路：主要由速關(guān)電磁閥（424A/B）和插裝閥（537）組成，緊急情況下速關(guān)電磁閥（424A/B）失電通過插裝閥（537）快速釋放執(zhí)行機(jī)構(gòu)油缸油壓，蝶閥在彈簧作用下快速關(guān)閉，為避免速關(guān)電磁閥在失電情況下不動(dòng)作，采用兩個(gè)冗余速關(guān)電磁閥配置，油路設(shè)計(jì)成任一個(gè)速關(guān)電磁閥失電動(dòng)作均可快速泄放執(zhí)行機(jī)構(gòu)油缸油壓。

鎖位油路：主要由鎖位電磁閥（474A/399）和液控?fù)Q向閥（412）組成，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)電氣控制單元ECU檢測(cè)到故障的情況下，切斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)油缸進(jìn)油和出油通道，使閥門保持當(dāng)前閥位。

手動(dòng)液壓油路：主要由手動(dòng)泵組成，在調(diào)節(jié)油路故障的情況下手動(dòng)開、關(guān)閥門，可通過手動(dòng)換向閥460A選擇手動(dòng)和自動(dòng)液壓油路控制。

2 故障現(xiàn)象

裝置正常生產(chǎn)中，煙機(jī)入口高溫切斷蝶閥突然出現(xiàn)一個(gè)綜合報(bào)警，隨后煙機(jī)蝶閥閥位在3min左右時(shí)間由全開變換到全關(guān)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)：閥門全關(guān)，系統(tǒng)油壓降至0bar；蓄能器油壓完全泄放到大油箱，油箱液位上漲；系統(tǒng)油壓低報(bào)警燈亮；油泵電源指示正常，兩臺(tái)油泵均停運(yùn)，油泵運(yùn)行選擇開關(guān)指向PUMP1，且PUMP2故障燈亮，PUMP1故障燈不亮。

3 初步故障分析

大型催化裂化裝置煙機(jī)入口高溫切斷閥在裝置異常狀態(tài)下要確?？焖訇P(guān)閉，因而切斷閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用單作用彈簧復(fù)位工作方式，從現(xiàn)場(chǎng)情況分析，切斷閥關(guān)閉因油壓下降回零引起，但以下幾點(diǎn)存在疑問：

1）系統(tǒng)動(dòng)力油壓下降、回零原因。

圖2 煙蝶故障記錄Fig.2 Smoke butterfly fault record

圖3 煙蝶報(bào)警記錄Fig.3 Smoke butterfly alarm record

2）切斷閥鎖位功能失效原因。

3）導(dǎo)致兩臺(tái)液壓油泵停運(yùn)原因。

4）油泵選擇開關(guān)指向PUMP1、PUMP1故障燈不亮，而PUMP2故障燈亮。

5）現(xiàn)場(chǎng)重新啟油泵建立油壓，油壓為何建立一切正常。

6）引起這一系列現(xiàn)象的主導(dǎo)原因。

4 思路及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

對(duì)于上述疑問需要確定主導(dǎo)原因，現(xiàn)象中最引人注意的是兩臺(tái)動(dòng)力油泵均停運(yùn)，若油泵無法持續(xù)運(yùn)行建立油壓，是極可能引起油壓下降，從而導(dǎo)致切斷閥動(dòng)作，首先從油泵停運(yùn)尋找突破。

經(jīng)查閱煙機(jī)切斷閥電氣控制單元ECU報(bào)警和歷史事件記錄如圖2、圖3。

上述故障和報(bào)警記錄依據(jù)時(shí)間順序可得到以下信息：PUMP1因“MAX TIME”報(bào)警停運(yùn)后切換至PUMP2，51min后PUMP2也因“MAX TIME”停運(yùn)，當(dāng)系統(tǒng)油壓出現(xiàn)“LOW OIL PRESSURE”報(bào)警后鎖位功能觸發(fā)。

鎖位功能觸發(fā)后蝶閥應(yīng)保持當(dāng)前閥位，但閥門仍然在3min多的時(shí)間全關(guān)，由此可得出造成油泵停運(yùn)的直接原因?yàn)椤癕AX TIME”報(bào)警。

兩臺(tái)油泵均出現(xiàn)“MAX TIME”報(bào)警時(shí)，則兩臺(tái)油泵均停止運(yùn)行[2]，控制系統(tǒng)油泵組態(tài)參數(shù)“MAX TIME TO PRESSURE”中組態(tài)時(shí)間為4min，即油泵在4min內(nèi)油壓未能升壓至180bar，則該油泵停運(yùn)，切換到備用泵運(yùn)行，同時(shí)該油泵對(duì)于故障指示燈亮；現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)模擬測(cè)試，可驗(yàn)證得出：

1）故障當(dāng)天PUMP1運(yùn)行，16:55分系統(tǒng)油壓不滿足升壓要求，控制器發(fā)出信號(hào)切換至PUMP2運(yùn)行，此時(shí)PUMP1故障燈亮。

2）切換后，PUMP2運(yùn)行系統(tǒng)升壓正常至180bar以上，則PUMP1故障燈滅；PUMP2正常運(yùn)行51min后，系統(tǒng)油壓再次不滿足要求，PUMP2停運(yùn)，PUMP2故障燈亮；控制系統(tǒng)并不再切換回PUMP1，兩臺(tái)泵均停運(yùn)。

由此，可確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)油泵停運(yùn)原因及油泵故障燈狀態(tài)，同時(shí)也確定油泵停運(yùn)并不是煙機(jī)入口切斷閥一系列現(xiàn)象的主導(dǎo)原因，導(dǎo)致油泵出現(xiàn)“MAX TIME”，報(bào)警方為主導(dǎo)原因。

隨后將工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)向查找引起油壓無法升到正常值的原因上。經(jīng)對(duì)油路和組態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析，系統(tǒng)油路油壓穩(wěn)定是通過油泵、壓力檢測(cè)變送器267A和卸荷閥474B來實(shí)現(xiàn)的，與閥門的鎖位和速關(guān)狀態(tài)無關(guān)，由于該系統(tǒng)油泵設(shè)定為連續(xù)運(yùn)行，三者動(dòng)作邏輯為：

① 當(dāng)系統(tǒng)油壓P油＜140bar時(shí)，474B失電，油泵給切斷閥油路升壓。

② 當(dāng)系統(tǒng)油壓P油＞180bar時(shí)，474B得電，油泵出口全部回流。

③ 當(dāng)系統(tǒng)油壓140bar＜P油＜180bar時(shí)，474B得失電狀態(tài)保持。

④ 當(dāng)油泵切換時(shí)，474B會(huì)先強(qiáng)制帶電5s，之后恢復(fù)正常得失電狀態(tài)。

根據(jù)上述三者動(dòng)作邏輯及系統(tǒng)報(bào)警和事件記錄提出一種假設(shè)：當(dāng)系統(tǒng)油壓由于正常泄漏量造成P油＜140bar時(shí)，卸荷閥474B失電，油泵出口液壓油回油通道應(yīng)關(guān)斷，但由于卸荷閥回油通道或其他液壓元件存在較嚴(yán)重的泄露量，油泵無法給切斷閥油路正常升壓，在規(guī)定的4min內(nèi)油壓沒有達(dá)到180bar，于是出現(xiàn)了“MAX TIME PUMP1”報(bào)警，切換到PUMP2；PUMP2正常運(yùn)行51min后，因類似的原因，PUMP2出現(xiàn)“MAX TIME PUMP2”報(bào)警。

按照上述假設(shè)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)逐個(gè)油路元件進(jìn)行拆解，臨時(shí)改造油路管線對(duì)油路分段進(jìn)行沖洗，發(fā)現(xiàn)下列情況：

◇ 系統(tǒng)油路中差壓開關(guān)523拆除后，發(fā)現(xiàn)密封圈破碎，金屬過濾網(wǎng)損壞嚴(yán)重，且碎屑無法還原成整體，有部分碎屑進(jìn)入油路。

◇ 控制油路鎖位功能的液壓電磁閥474A存在卡澀現(xiàn)象，不能有效控制液控?fù)Q向閥412切斷油路。

◇ 油箱中發(fā)現(xiàn)明顯橡膠和金屬碎屑，與差壓開關(guān)523損壞部分材質(zhì)一致。

5 結(jié)論

通過以上情況可以得出，切斷閥兩臺(tái)油泵升壓故障并停泵及蝶閥觸發(fā)鎖位，但沒有鎖住閥位原因?yàn)椋?/p>

切斷閥壓差開關(guān)523密封圈及金屬濾網(wǎng)破損，破損的碎屑進(jìn)入油路后導(dǎo)致474B卸荷電磁閥在失電情況下不能正常關(guān)閉回油油路，首先引起油PUMP1“MAX TIME PUMP1”報(bào)警，停PUMP1且PUMP1故障燈亮，切換到PUMP 2；在PUMP 2啟動(dòng)前，474B卸荷電磁閥在電氣控制單元ECU控制下先強(qiáng)制帶電5s，此期間PUMP 2啟動(dòng)運(yùn)行，在卸荷閥474B帶電時(shí)，碎屑通過卸荷閥被液壓油帶回到油箱，系統(tǒng)油壓在建立正常，PUMP1故障燈滅；PUMP2運(yùn)行51min后，474B卸荷電磁閥又出現(xiàn)不能正常關(guān)閉狀況，導(dǎo)致PUMP2升壓故障，出現(xiàn)“MAX TIME PUMP2”報(bào)警，停PUMP2且PUMP2故障燈亮，此時(shí)兩臺(tái)油泵均處于停止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)油壓下降到130 bar時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出鎖位指令，引起鎖位閥474A和399失電動(dòng)作，由于474A不能有效切換油路，導(dǎo)致液控?fù)Q向閥412不能正常切斷油路。

在此狀況下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸內(nèi)液壓油在彈簧壓迫下，在大約3min時(shí)間從比例閥通道和差壓開關(guān)密封破損處回到油缸，引起了閥門不能鎖位，切斷閥關(guān)閉。