變壓吸附程控閥故障原因分析及解決辦法

張國義，崔曉錦，趙軍龍，張 成，施玉宏，金建芬

（銀光集團(tuán)聚銀化工有限公司氣體制造廠，甘肅白銀 730900）

變壓吸附是利用吸附劑對吸附質(zhì)在不同的分壓下對被分離的氣體混合物組成有選擇吸附的特性，加壓吸附脫除原料氣中的雜質(zhì)組分，減壓脫附這些雜質(zhì)而使吸附劑獲得再生。一套完整的變壓吸附裝置主要由吸附塔、程控閥、手閥、采樣閥、抽空系統(tǒng)、緩沖逆放系統(tǒng)、升壓提供動力系統(tǒng)組成。隨著變壓吸附工藝的不斷創(chuàng)新，變壓吸附從最初的從塔頂出產(chǎn)品、塔底為解析氣的工藝逐步發(fā)展到變壓吸附制一氧化碳工藝中的塔底出產(chǎn)品，塔頂出解析氣的工藝流程，致使最初變壓吸附工藝中程控閥故障原因的分析、判斷更加復(fù)雜且處理難度增大。不僅考慮程控閥的常見故障外漏、電磁閥、氣源等造成的故障，更要考慮程控閥的內(nèi)漏和每一個硬件的質(zhì)量，從而對程控閥技術(shù)質(zhì)量要求越來越高。但至目前，國內(nèi)外程控閥均無法達(dá)到“零故障、零泄露”，所以如何及時、準(zhǔn)確地分析判斷出程控閥的故障，尤其在不停車情況下及時、準(zhǔn)確地分析判斷出故障并及時處理，對企業(yè)的安全、穩(wěn)定、低耗生產(chǎn)尤為重要。

1 裝置介紹

分廠主要有三套生產(chǎn)裝置，六套變壓吸附，另由脫硫系統(tǒng)、氣體壓縮系統(tǒng)、氣體緩沖系統(tǒng)組成，變壓吸附是氣體凈化的核心單元。其中三套為變壓吸附制氫單元，塔頂出產(chǎn)品，塔底出解析氣；二套變壓吸附脫碳單元，塔頂產(chǎn)出純度在88%以上的半凈化氣，塔底利用真空泵抽空工藝除出廢氣；一套是一氧化碳和氫氣分離單元，從塔底采用真空泵抽空輸出產(chǎn)品CO，塔頂產(chǎn)出純度85%以上富氫氣供后段使用。六套變壓吸附共有190臺程控閥。

1.1 流程簡圖

變壓吸附流程見圖1。

圖1 變壓吸附流程圖

1.2 程控閥結(jié)構(gòu)特點

利用專用程控閥，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2。特點：閥芯結(jié)構(gòu)采用特殊材料沖刷設(shè)計，有效提高閥門的使用壽命。采用軟質(zhì)特殊材料密封，具有可靠的內(nèi)密封特性，填料承采用具有徑軸向自補償自緊式密封結(jié)構(gòu)，采用壓空作為動力，啟閉速度快。

圖2 程控閥結(jié)構(gòu)

2 程控閥故障所造成的影響和危害

因目前化工企業(yè)均為連續(xù)、高負(fù)荷運行，如何保證連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)是所有化工企業(yè)所研究的課題之一，也是增效降低成本的前提。分廠是公司全生產(chǎn)線的中間生產(chǎn)裝置，六套變壓吸附是核心工序，一旦出現(xiàn)故障將會導(dǎo)致前段工序降負(fù)荷，后段工序停車，造成原材料和能源動力損耗，使成本大大增加。在不計前后裝置因停車損失外，分廠造成一次程控閥故障停車，損失約20萬元，另外，如發(fā)生程控閥故障，易導(dǎo)致產(chǎn)品氣質(zhì)量不合格，存在更大的安全隱患。在2016-2019年曾多次發(fā)生因程控閥故障造成產(chǎn)品CO中H2超標(biāo)、后工序反應(yīng)床高溫而連鎖停車。即程控閥故障不但造成成本消耗大大增加，而且嚴(yán)重威脅后工序的安全運行，所以如何快速分析判斷出程控閥故障并準(zhǔn)確解決故障是分廠保證變壓吸附安全、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

3 程控閥主要故障及排除方法

3.1 主要故障

（1）程控閥閥芯密封面損壞或內(nèi)部軟密封變形，造成外漏和內(nèi)漏。

（2）程控閥閥桿斷裂或閥桿抱死。

（3）電磁閥卡，主要表現(xiàn)在電磁閥卡死和程控閥無法動作，嚴(yán)重時不得不緊急停車處理更換電磁閥，其原因可能是氣源較臟。

（4）電磁閥線圈燒毀。主要由于濕氣或水滴進(jìn)入線圈，密封不良處導(dǎo)致線圈電流過大而燒毀，主要表現(xiàn)為閥門不能正常開啟。

（5）氣源減壓閥壞。主要表現(xiàn)在減壓閥漏氣，氣源壓力不夠，導(dǎo)致閥門打不開。

（6）程控閥氣缸活塞板斷裂，造成汽缸內(nèi)儀表風(fēng)串氣，閥門打不開或常開。

（7）程控閥閥桿旋轉(zhuǎn)，造成閥桿上移而導(dǎo)致閥門內(nèi)漏。

3.2 程控閥故障的分析及處理方法

（1）程控閥外漏，因外漏使環(huán)境中可燃有毒氣體濃度較高，易發(fā)生人員中毒事故，存在安全隱患。因此需加強日常巡檢、驗漏，利用便攜式可燃有毒檢測儀定期驗漏。程控閥外漏主要是閥芯處密封不好，可以采用對閥芯緊固的辦法解決，但每次不能緊固過多，防止一次緊固而使閥芯軟密封墊子徹底損壞。

（2）因電磁閥或儀表風(fēng)原因?qū)е麻y門的不動作，需加強DCS系統(tǒng)中對吸附趨勢的監(jiān)控（圖3）。

圖3 變壓吸附各步序吸附趨勢圖

因程控閥故障均能反映在吸附趨勢的正常與否，導(dǎo)致閥門打不開或常開不關(guān)或閥門開關(guān)動作緩慢，造成吸附趨勢的異常。一旦發(fā)生，首先根據(jù)吸附趨勢圖分析是否為公用閥門造成，因公用閥門會造成多條吸附趨勢均存在異常，最容易判斷，如是公用閥門造成，通知巡檢和儀表人員到現(xiàn)場檢查處理，同時根據(jù)吸附趨勢異常的嚴(yán)重程度和處理快慢，確定是否切除故障吸附床處理；

如排除是公用閥門，則從吸附趨勢均降ED1～3，均升ER1～3，逆放BD，置換、終充等步驟逐步分析，因排除公用閥后，如某臺床閥門存在問題，必導(dǎo)致相鄰吸附床吸附趨勢反向變化，從而判斷出具體閥門的故障，根據(jù)閥門開關(guān)周期時間進(jìn)行處理。

（3）吸附趨勢圖。造成多條吸附趨勢均存在異常，最容易判斷，如是公用閥門造成，通知巡檢和儀表人員到現(xiàn)場檢查處理，同時根據(jù)吸附趨勢異常的嚴(yán)重程度和處理快慢，確定是否切除故障吸附床處理；如排除是公用閥門，則從吸附趨勢均降ED1～3，均升ER1～3，逆放BD，置換、終充等步驟逐步分析，因排除公用閥后，如某臺吸附床閥門存在問題，必導(dǎo)致相鄰吸附床吸附趨勢反向變化，從而判斷出具體閥門的故障，根據(jù)閥門開關(guān)周期時間進(jìn)行處理。

（4）程控閥內(nèi)漏的判斷與處理。當(dāng)發(fā)生內(nèi)漏較大情況，從吸附趨勢上能直觀看出某一臺床壓力突降，而另一臺床或幾臺床壓力突升的狀況，針對單臺床壓力突降和多臺床壓力突升，分別判斷，確認(rèn)是否是同一組閥門故障或是公用閥門故障造成。另對變壓吸附帶抽空程序的微漏現(xiàn)象，需對各步驟采樣分析判斷，主要對抽空步驟采樣分析，這樣能及時、準(zhǔn)確地判斷出是單臺床程控閥的內(nèi)漏或是多臺床程控閥的內(nèi)漏，使排查范圍大大縮小；另在抽空度較高時，如閥門有內(nèi)漏必將造成吸附趨勢趨呈水平或升高狀態(tài)（圖4、圖5、圖6），從而能較清楚地判斷出具體故障閥門，在不停車狀態(tài)下對故障閥門閥芯采取微量下調(diào)，保證正常運行。分廠在2016-2019年多次成功地對出現(xiàn)的內(nèi)漏閥門，均在未停車狀況下進(jìn)行了及時處理，保證了生產(chǎn)的安全、連續(xù)運行。

圖4 抽真空正常趨勢圖

圖5 抽真空末期微漏趨勢圖

圖6 抽真空末期泄漏較大趨勢圖

（5）對程控閥閥桿位置做好標(biāo)識定位工作。因程控閥開關(guān)頻率較高的特點，在程控閥頻繁開關(guān)過程中易造成閥桿絲扣旋轉(zhuǎn)而使閥桿上移（不同的程控閥可能結(jié)構(gòu)不一樣），造成閥芯落不到位，密封不嚴(yán)。對此需加強日常檢查和現(xiàn)場標(biāo)識工作，利用生產(chǎn)穩(wěn)定指標(biāo)穩(wěn)定階段，對閥桿位置進(jìn)行定位標(biāo)識，從而保證在日常巡檢時能及時發(fā)現(xiàn)閥門閥桿是否旋轉(zhuǎn)或移動，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)和移動程度及時調(diào)整，起到提前預(yù)防提前維修的作用，從而保證生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

變壓吸附技術(shù)開創(chuàng)了干法氣體分離、凈化應(yīng)用技術(shù)的先河，其環(huán)保低能耗是傳統(tǒng)氣體分離、凈化工藝不可比擬的，但因閥門較多，如何及時發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)確判斷和處理程控閥故障，是減少停車和實現(xiàn)低耗運行的關(guān)鍵。隨著變壓吸附工藝的不斷創(chuàng)新發(fā)展，程控閥已成為變壓吸附工藝穩(wěn)定運行的關(guān)鍵設(shè)備，提高程控閥質(zhì)量和對其日常故障的準(zhǔn)確判斷處理是保證工藝安全、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素，是提高變壓吸附運行效率的關(guān)鍵所在。經(jīng)多年運行經(jīng)驗，在做好硬件設(shè)施質(zhì)量把關(guān)，加強現(xiàn)場巡檢和日常維護(hù)保養(yǎng)外，對每次故障原因的分析總結(jié)至關(guān)重要，為此分廠建立了一套獨立的故障檢查、排除方法，為更好地、高效地利用變壓吸附生產(chǎn)線提供保障，為企業(yè)做出貢獻(xiàn)。同時建議在變壓吸附設(shè)計中，增加對程控閥發(fā)生內(nèi)漏時的自檢系統(tǒng)，一旦存在內(nèi)漏時，通過對管道中氣源組分的變化自動檢測，從而實現(xiàn)智能化檢查內(nèi)漏，進(jìn)一步提高程控閥故障的分析判斷效率，降低故障損耗。