一氧化碳凈化(PSA-CO)裝置中程控閥故障討論

朱維東 李成賓 衡明軍

摘 ?要：本文介紹變壓吸附制一氧化碳（PSA-CO）工藝中程控閥的運(yùn)行特點(diǎn)，然后通過總結(jié)程控閥在整個吸附周期內(nèi)的壓力變化所形成的曲線，對照現(xiàn)場的觀察與程控閥相關(guān)參數(shù)的檢測，分析了程控閥形成各種其發(fā)生故障的原因，討論相關(guān)維修保養(yǎng)方法。

關(guān)鍵詞：變壓吸附，程控閥，故障

工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是氣體提純，尾氣處理的工藝中，常常采用變壓吸附提純有用工業(yè)氣體，用于其它工業(yè)生產(chǎn)，然而在采用變壓吸附的理論提純氣體，就必須運(yùn)用自動化程度較高的程控閥進(jìn)行操作，其自動化程度高，使用壽命長的特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于變壓吸附制一氧化碳工藝（PSA-CO），使用四川天一科技股份有限公司專利產(chǎn)品J641F-64型程控閥，其利用電磁閥發(fā)出啟閉信號，利用≥0.35MPa的儀表空氣作為程控閥啟閉的動力源，工藝流程為變壓吸附六塔或者八塔操作形式，每套裝置中配有程控閥60-100只，該裝置由PLC自動化操作系統(tǒng)控制，系統(tǒng)穩(wěn)定，操作方便。

變壓吸附制一氧化碳工藝（PSA-CO）是一個近似等溫吸附的物理過程，利用不同氣體介質(zhì)在原料其中的分壓不同，以及吸附劑對不氣體中同組份吸附與解析的難易程度，在一定壓力與溫度條件下進(jìn)行選擇性吸附，之后采用降壓或抽真空使吸附劑獲得再生。采用HQ-101型吸附劑，提純出純度≥98%的一氧化碳，在生產(chǎn)過程中由于多塔交替性操作，按照周期性，工序步驟的切換程控閥，閥門數(shù)量較多，啟閉動作頻繁，無法通過人工現(xiàn)場操作進(jìn)行生產(chǎn)，加上這種裝置工藝與一氧化碳的特殊性，控制和減少程控閥的故障率是保障裝置長期穩(wěn)定準(zhǔn)確運(yùn)行的必要條件，每一個吸附塔都必須經(jīng)歷很多工藝步驟，而這些工藝步驟是通過既定的程序，使程控閥頻繁、穩(wěn)定和有順序的啟閉切換，保證了工藝的順利運(yùn)行及產(chǎn)品連續(xù)穩(wěn)定輸出，因此程控閥應(yīng)具有以下特性：

1.檢測螺塞，2.機(jī)械顯示器，3.氣缸筒，4.活塞桿，5上支架，6.下支架，7.平衡氣管，8.閥桿，9.閥體，10.閥瓣，11.密封環(huán)，12，平衡活塞，13.支架密封組件，14.氣缸導(dǎo)向套，15.導(dǎo)向套密封組件，16.活塞，17.活塞密封組件

1.所有密封的點(diǎn)與面確保無泄漏，周期頻繁動作能保持不泄漏、串氣等現(xiàn)象。

2.閥門開啟與關(guān)閉的速度快，反應(yīng)靈敏，閥桿上下動作到位。

3.程控閥的平衡缸活塞要具備雙向承壓能力，閥座的密封接口能抵抗高速氣流沖刷。

4.符合工藝設(shè)計的要求，容易實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能和閥門狀態(tài)遠(yuǎn)傳指示等功能。

5.閥座與閥體材料要具有耐疲勞型的材料制作，并控制其制作過程中的缺陷。

一.程控閥的結(jié)構(gòu)

當(dāng)操作氣（儀表空氣）進(jìn)入氣缸筒時，推動活塞從氣缸一端運(yùn)動到另一端，由于活塞的上下移動，在下支架內(nèi)的壓力與聯(lián)通塔內(nèi)的壓力平衡的條件下，帶動平衡缸活塞及閥瓣上下運(yùn)動，以達(dá)到對管道內(nèi)輸送介質(zhì)流通和切換到目的。

程控閥閥體一般采用鑄鋼，主要附有貼裝式（防爆）電磁閥，電感式接近開關(guān)。

二、常見故障

常見故障有機(jī)械顯示器故障，閥門不動作，動作不到位，動作中有阻力，延時開啟或關(guān)閉等造成DCS系統(tǒng)報警，從而導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)品純度下降。

三、判斷方法

3.1 壓力-時間曲線圖上的判斷

根據(jù)DCS操作控制形成壓力-時間曲線圖，正常穩(wěn)定的運(yùn)行是如圖4所示的周期性變化的曲線，其中均壓閥門設(shè)置合理，均壓曲線較平滑，抽真空再生徹底。終升閥門開度合適，終升升壓速度設(shè)置較理想。

當(dāng)曲線發(fā)生變化時，應(yīng)根據(jù)變壓吸附（PSA）工藝中的閥門運(yùn)作工序及作用來分析其故障，如圖2所示，為均壓閥開始時間過長，導(dǎo)致在一段時間內(nèi)塔內(nèi)壓力未發(fā)生改變，而形成水平線的狀態(tài);如圖3所示，發(fā)生故障的工序步驟為再生過程中，抽真空不到位，壓力急速上升，此時應(yīng)為該塔的終升閥門發(fā)生泄漏。

3.2閥門溫度變化的判斷

閥門正常運(yùn)行中其溫度是穩(wěn)定不變的，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)其形成的顧慮，從程控閥的結(jié)構(gòu)圖上可以看出，當(dāng)其支架密封組件中的密封組件發(fā)生泄漏的情況下，其平衡管的溫度必然發(fā)生變化，通常需要檢測其溫度變化，再根據(jù)其變化的大小判斷其好壞。

3.3觀察法

閥門正常運(yùn)行中開啟與關(guān)閉的速度是勻速運(yùn)動，其開啟與關(guān)閉的周期是相對穩(wěn)定的，通常需要用速度檢測儀或機(jī)械顯示器在DCS控制顯示器上的動作指示變化進(jìn)行判斷。

四、解決方法總結(jié)

4.1向內(nèi)漏氣：內(nèi)漏主要表現(xiàn)在閥瓣和平衡缸

原因：

1.密封面上有雜質(zhì)，有硬顆粒雜質(zhì)損壞了密封墊。

2.工藝壓力操作不當(dāng)，造成吸附劑粉化粘附在密封圈上，受氣流局部沖蝕而損壞密封圈導(dǎo)致供氣壓力小于0.3Mpa造成閥門關(guān)閉不嚴(yán)、O型圈損壞、閥板位置過高。

解決方法：

1.更換密封墊檢查吸附塔過濾網(wǎng)，若有損壞，則更換處理;

2.保證儀表空氣壓力達(dá)到0.3～0.6Mpa;

3.更換密封O型圈;

4.調(diào)節(jié)閥桿的緊固螺絲與閥體密封面的距離;

4.2向外漏氣：外漏主要表現(xiàn)在中法蘭、閥桿密封和氣缸

原因：

1.閥體密封墊片損壞。

2.導(dǎo)向套密封泄漏。

3.氣缸筒上O型圈損壞。

4.頂蓋套與銅套處O型圈損壞。

5.氣缸活塞串氣。

解決方法：

1.更換閥體密封墊片;

2.更換漏氣部位O型圈;

3.閥門解體檢查，更換相關(guān)密封件;

4.3閥門半開半關(guān)或閥門不開;

分析：

1.儀表氣壓力不足。

2.氣缸內(nèi)部串氣。

3.平衡管堵塞。

4.儀表檢測模塊故障。

解決：

1.保證供氣壓力達(dá)到0.35～0.6Mpa;

2.閥門解體檢查，更換相關(guān)密封元件;

3.重新對儀表檢測模塊進(jìn)行標(biāo)定測試，或更換處理;

五、總結(jié)

1.程控閥的介質(zhì)流向應(yīng)遵循“高進(jìn)地出”的原則，或按閥體上的箭頭方向安裝。如介質(zhì)流向是雙向流動時，可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行安裝。

2.程控閥應(yīng)在允許的溫度和壓差范圍內(nèi)使用。溫度過高或過低，會使密封元件在高溫時老化或在低溫時硬化變脆。若超出壓差范圍，會將密封材料壓壞或無法關(guān)閉閥門，導(dǎo)致閥門泄漏或動作失靈。

3.程控閥只允許安裝在水平管道上，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在閥體和管道的上方。

4.向外泄漏部分、填料環(huán)及閥門的外表面應(yīng)保持清潔干凈，未油漆部分應(yīng)注意防銹及潤滑，以延長閥門使用壽命。

5.平時使用時，程控閥氣缸、密封環(huán)和平衡缸等處裝配式應(yīng)增涂少許二硫化鉬與高溫潤滑油脂，以延長O型圈的壽命，在連續(xù)使用一個大修周期后，建議更換活塞上的密封圈，并在氣缸、填料環(huán)和平衡缸等處加少量二硫化鉬。

6.注意現(xiàn)場使用環(huán)境，尤其是電磁換向閥閥位檢查器的防水、防潮防靜電。

六、結(jié)語

在變壓吸附（PSA）裝置中，正常生產(chǎn)中，如果程控閥出現(xiàn)故障，將可能導(dǎo)致正在運(yùn)行的塔或與其關(guān)聯(lián)的塔發(fā)生串壓或串氣，吸附劑無法正常吸附或再生，從而導(dǎo)致產(chǎn)品氣的純度、收率和氣體流量變得波動，直接影響后工序的正常生產(chǎn)。由此可見，程控閥的正確使用和維護(hù)是很重要的。在日常巡檢和操作的過程中應(yīng)對程控閥系統(tǒng)突發(fā)故障，能夠快速判斷原因，并及時消除;在計劃檢修或年度大修中對程控閥應(yīng)進(jìn)行拆解，認(rèn)真的檢查檢測，維修或更換相關(guān)部件，這樣可防止由于程控閥故障造成停產(chǎn)或安全等事故的發(fā)生，有效保證變壓吸附（PSA）工藝生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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