分體閥桿式程控閥故障原因探究及改進

周偉

摘要：通過對分體閥桿式液壓程控截止閥故障分析，發(fā)現(xiàn)影響程控閥回訊不到位和開關(guān)卡澀等問題的原因是閥桿連接塊松動。本質(zhì)上是閥桿連接塊結(jié)構(gòu)存在內(nèi)在缺陷。通過增加相關(guān)鎖緊及限位結(jié)構(gòu)，使閥桿可靠連接，成功消除程控閥故障，并對該形式閥門后需改進提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：程控閥;電磁閥;閥桿;回訊

一、引言

某C2回收裝置采用PSA變壓吸附技術(shù)，對經(jīng)過干氣加氫反應系統(tǒng)處理的干氣進行提濃回收，送至下游裝置處理回收。該裝置采用兩段變壓吸附流程，一段10塔、二段6塔，設計處理能力30000Nm3/h。該裝置共采用了141臺液壓驅(qū)動的程控閥。由于變壓吸附系統(tǒng)的特性決定了程控閥需要頻繁開關(guān)，要求閥門開關(guān)迅速、靈敏，無滯緩，密封好。

該套程控閥為截止閥，采用液壓油驅(qū)動，液壓油壓力5.2–6.2MPa運行，通過電磁閥進行電液信號轉(zhuǎn)換，達到控制閥門的目的。設計初期考慮到液壓系統(tǒng)檢修的便利性，閥桿采用了分體式設計，通過一對連接塊連接上下閥桿，因此可以便捷的拆卸上閥桿和油缸。自投產(chǎn)以來，頻繁出現(xiàn)程控閥回訊不到位、閥門卡閥等問題。一旦程控閥回訊不到位或卡閥故障，變壓吸附系統(tǒng)即發(fā)生壓力保護，導致整個PSA系統(tǒng)出現(xiàn)雙塔切出運行序列，極大地影響了裝置的平穩(wěn)運行。

二、故障初步分析

該PSA裝置開工后頻繁出現(xiàn)開關(guān)回訊不到位，回訊探頭與閥桿連接塊上的感應盤上下錯位;同時，程控閥頻繁卡閥，導致吸附塔壓力保護聯(lián)鎖觸發(fā)，致使吸附塔雙塔切出運行序列。最初判斷有可能回訊開關(guān)故障，更換回訊開關(guān)后問題仍然存在。為此采取了臨時措施在閥桿連接塊上增加了金屬環(huán)或探頭調(diào)整板，以增加探頭的感應面積。處理后閥門工作正常，但隨著時間的推移發(fā)現(xiàn)越來越多的閥門再次出現(xiàn)同樣的問題。

通常來說，導致卡閥的原因極有可能是電磁閥故障，或內(nèi)部傳動機構(gòu)出現(xiàn)卡澀，以及液壓油雜質(zhì)導致的卡澀所致[1]，同時回訊探頭的質(zhì)量也極大地影響到回訊的正常與否。

1.液壓油較臟有雜質(zhì)。由于開工調(diào)試過程中油系統(tǒng)出現(xiàn)過雜質(zhì)、程控閥的電磁閥本身出現(xiàn)過燒毀、保險絲斷等故障，因此初步認為可能是油系統(tǒng)臟及電磁閥本身故障引起。于是更換液壓油系統(tǒng)濾芯，后檢查油濾器干凈正常。該油濾器濾芯為SFAX–400×10，過濾精度10μm。該電磁閥閥芯加工精度8–10μm。液壓油當中小于10μm的雜質(zhì)有可能引起電磁閥卡閥，進而導致程控閥卡澀。但經(jīng)供應商確認，該型號電磁閥在10μm油濾芯精度下尚未出現(xiàn)過由于10μm精度過濾而發(fā)生的卡閥現(xiàn)象，因此排除這一原因。

2.液壓油粘度大。該套PSA程控閥采用了L–HM68抗磨液壓油，技術(shù)交流初期經(jīng)過詳細討論認為該油可以滿足使用，為驗證黏度的問題，采取停用液壓油冷卻器的循環(huán)水，將液壓油溫度提高到50℃以上，以在一定程度上降低液壓油粘度，但通過試驗，未發(fā)現(xiàn)該操作對閥門的卡閥現(xiàn)象有實質(zhì)性改進。

3.回訊開關(guān)質(zhì)量或者安裝位置問題。在運行過程中發(fā)現(xiàn)卡閥后，對電磁閥進行手動開關(guān)，閥門開關(guān)正常。檢查電磁閥線圈正常。為此，排除電磁閥故障原因。

三、故障深層次原因查找

該程控閥采用了分體式閥桿設計，這是與絕大多數(shù)程控閥閥桿部位最大的區(qū)別。國內(nèi)同行業(yè)曾出現(xiàn)過類似結(jié)構(gòu)的回訊檢測器與閥桿松脫斷裂導致的閥門故障[2，3]。于是對閥桿連接塊進行重點檢查，發(fā)現(xiàn)閥桿連接塊上下偏移，分析認為這是由于閥桿上下快速運動產(chǎn)生的振動導致連接塊松脫，為此分批次對閥桿連接塊進行了緊固。但隨著運行時間增加，原有出現(xiàn)問題的閥門再次陸續(xù)陷入故障狀態(tài)。

從表面上看該部分程控閥出現(xiàn)的回訊不到位和卡閥現(xiàn)象并無本質(zhì)性的聯(lián)系。但通過對回訊不到位的閥門進行檢查，發(fā)現(xiàn)分體閥桿與閥桿連接塊之間出現(xiàn)了不同程度的軸向偏移，見圖1所示。由于連接塊與閥桿通過螺紋連接，一旦出現(xiàn)軸向的上下偏移，也必然產(chǎn)生連接塊環(huán)向轉(zhuǎn)動。為此對現(xiàn)場的所有故障閥門進行了檢查，發(fā)現(xiàn)閥桿連接塊上的4顆緊固螺釘均出現(xiàn)不同程度的松動，同時偏離閥門支架，部分閥門僅有一側(cè)的2顆螺栓正常，為此也驗證了閥桿出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)位移的情況，圖2為正常狀態(tài)時緊固螺釘未出現(xiàn)偏移的位置示意。

經(jīng)分析，我們認為當閥桿連接塊的螺釘出現(xiàn)松動后，導致兩個結(jié)果，其一，閥桿偏轉(zhuǎn)致使回訊探頭脫離檢測區(qū)，其二，閥桿單側(cè)受力不均與填料發(fā)生不均勻摩擦致使閥桿卡澀。如圖3所示，上下閥桿密封處均與填料及密封O型圈發(fā)生直接摩擦，以上閥桿為例分析其受力狀態(tài)，正常無故障的上閥桿在開閥時受力所示：液壓油施加在上閥桿的壓力N，介質(zhì)壓力通過閥芯和連接塊傳遞到上閥桿的壓力T，上閥桿上段所受摩擦力F1、F2，上閥桿下段所受填料摩擦力F3、F4。在正常開閥狀態(tài)下：

當閥桿連接塊出現(xiàn)松動后，導致閥桿出現(xiàn)環(huán)向和軸向的不均勻錯位，導致閥桿兩側(cè)所受摩擦力不均勻，受力狀況如下。

當閥桿側(cè)向存在不均勻的摩擦力時，閥桿運行距離約60mm，運行時間0.05s，此時速度約1.2m/s，加速度達到了24m/s2，在如此大的加速的情況下，瞬時的巨大的靜摩擦力將導致閥桿運行受阻，這才是導致閥桿卡澀的本質(zhì)原因。

四、改進措施

經(jīng)分析，閥門同時出現(xiàn)回訊不到位和卡閥問題的本質(zhì)原因為閥桿連接塊旋轉(zhuǎn)和松脫所致。原閥桿連接塊采用了螺紋連接，通過4顆螺釘緊固。當閥門快速上下移動到位時，瞬間速度變?yōu)榱?，存在較大沖擊，這一沖擊將不可避免的產(chǎn)生較大振動，長時間運行將使閥桿連接塊出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和松動。

針對出現(xiàn)的問題，最初認為在閥桿上增加開口銷來解決這一問題，但通過分析發(fā)現(xiàn)，使用開口銷后將會降低閥桿的強度，同時使開口銷承受巨大的剪切扭矩，因此開口銷需要較大的直徑，但這樣又間接的降低了閥桿的強度。

經(jīng)過反復論證，對閥桿連接塊改進如圖4所示，連接塊上下部分各增加一顆緊定螺釘，以防止連接塊與閥桿間出現(xiàn)松動偏轉(zhuǎn)。為防止連接塊4顆緊固螺釘松動，采用了加長型螺釘并安裝彈簧墊，并采用與閥桿連接螺紋反向的螺紋，防止隨著振動4顆固定螺釘出現(xiàn)松動。為防止萬一閥桿運動過程中仍不可避免的出現(xiàn)位移誤差，將連接塊的感應區(qū)加厚以增加感應面積，提高回訊探頭的感應能力。

五、結(jié)論及建議

經(jīng)過多方面原因查找分析，最終得出閥門故障的原因及改進：

（1）閥桿連接塊松脫是導致卡閥和回訊不到位的根本原因;通過增加防松裝置，閥桿連接塊可以可靠運行，對同類結(jié)構(gòu)閥門的改進具有積極意義。

（2）應在開工前期全面優(yōu)化油系統(tǒng)沖洗方案，干凈后方可投入系統(tǒng)運行;

（3）應定期檢查油濾器濾芯，確保油系統(tǒng)的干凈;

參考文獻

王敬濤.變壓吸附液動程控閥故障的分析與維護[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2013，（6）.

戴新.變壓吸附程控閥典型故障剖析[J].化肥工業(yè)，2001，28（3）.

申毅.液動程控閥指示桿與活塞桿連接處銷子斷裂分析[J].城市建設理論研究，2014.（9）.