PSA裝置程控閥故障原因分析與對策

摘? 要：某新建PSA裝置開工階段出現(xiàn)大量程控閥開關(guān)不到位故障，經(jīng)檢查確認(rèn)為液壓油內(nèi)有雜質(zhì)異物附著在電磁閥滑塊硬密封面導(dǎo)致電磁閥滑塊卡澀，油路無法切換、閥門拒動，該文結(jié)合使用過程中程控閥出現(xiàn)的故障現(xiàn)象、處理方法進(jìn)行了分析，并提出了對策措施及優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：PSA程控閥液壓油雜質(zhì)

1.引言

程控閥是PSA（變壓吸附）裝置順序控制的核心設(shè)備，直接關(guān)系到氫氣產(chǎn)品的純度及收率。程控閥在運(yùn)行過程經(jīng)常出現(xiàn)一系列故障，甚至造成裝置產(chǎn)品不合格、非計劃停工的嚴(yán)重后果，下面結(jié)合裝置運(yùn)行過程中常見的故障現(xiàn)象，歸納分析故障判斷及處理方法，便于今后準(zhǔn)確及時地排除故障，確保裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

2.PSA裝置流程簡介及構(gòu)成

2.1工藝流程

PSA裝置以來自歧化尾氫、催化干氣尾氣、裂解汽油加氫高壓尾氣提供的35200Nm3/h含氫尾氣為原料，采用真空變壓吸附（VPSA）工藝分離提純氫氣，提純后的氫氣產(chǎn)品作為加氫裝置用氫。VPSA氫提純工序由10臺吸附塔、4臺容器、3臺真空泵組成，采用10塔 VPSA流程。其吸附和再生工藝過程由吸附、均壓降壓、逆放、抽真空、均壓升壓和產(chǎn)品最終升壓等步驟組成。十個吸附塔交替進(jìn)行以上的吸附、再生操作，實現(xiàn)氫氣的連續(xù)分離提純。本裝置工藝包及設(shè)備均選用成都華西化工科技股份有限公司專利技術(shù)及產(chǎn)品。

2.2 基本控制功能

（1）順序控制：本裝置的全部程控開關(guān)閥和控制調(diào)節(jié)閥，按照工藝給定的條件進(jìn)行順序控制和模擬調(diào)節(jié)，使裝置正常工作。這要求順序控制和模擬控制能有機(jī)的結(jié)合起來，進(jìn)行復(fù)雜控制。并且對于多種切塔和恢復(fù)的控制，能實現(xiàn)多種不同的控制程序。所有的程控開關(guān)閥均帶閥位檢測、顯示和報警功能。

（2）自適應(yīng)隨動控制：裝置在運(yùn)行過程中，各塔除在吸附狀態(tài)外，都處在某種降壓和升壓過程中。在這個過程中要求氣流均衡、穩(wěn)定，對這類過程的控制是關(guān)系裝置運(yùn)行質(zhì)量包括吸附劑壽命長短的一個關(guān)鍵，本裝置以壓力為控制量，通過控制吸附壓力均勻上升和下降，達(dá)到穩(wěn)定控制氣體量的目的。按照上述要求開發(fā)的變壓吸附自適應(yīng)控制軟件，可根據(jù)變化中的工藝條件進(jìn)行預(yù)估，隨工藝狀況的改變，自動生成控制操作曲線，按此曲線自動控制變壓吸附裝置的關(guān)鍵升壓和降壓過程，最大限度地接近于理想過程。

（3）參數(shù)優(yōu)化控制：依據(jù)原料氣量的變化和純度的變化自動地計算出最佳吸附循環(huán)時間，優(yōu)化裝置的運(yùn)行狀況，使裝置在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，還可以自動地獲得最高的產(chǎn)品回收率、獲得最佳的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益。

（4）聯(lián)鎖控制：包括工藝參數(shù)聯(lián)動調(diào)節(jié)，工藝參數(shù)安全聯(lián)鎖，產(chǎn)品質(zhì)量聯(lián)鎖控制等。

（5）動力設(shè)備監(jiān)控：包括真空泵、液壓系統(tǒng)等各種動力設(shè)備的流程顯示、關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)控、動力設(shè)備故障的報警和動作聯(lián)鎖。

2.3重要控制設(shè)備

本裝置共使用程控閥89臺含液壓驅(qū)動頭、調(diào)速模塊、關(guān)閉緩沖模塊，其中7臺為手動就地控制。程控閥閥門型式為三偏心蝶閥（>DN200）及高性能程控平板閥（≤DN200），采用法蘭連接（ANSI B16.5），壓力等級為300磅，密封等級為ANSI Ⅵ級，防爆等級等級為dⅡCT4，密封件材質(zhì)為316SS復(fù)合圈及增強(qiáng)F4，閥體材質(zhì)為CS，驅(qū)動方式為液壓驅(qū)動，程控閥門含調(diào)速模塊（液壓配置時閥門的開啟速度在1～30秒內(nèi)可調(diào)）。

程控閥配套電磁閥為液動隔爆DC24V電磁閥，為意大利ATOS進(jìn)口產(chǎn)品，共82臺。閥位傳感器采用德國P+F產(chǎn)品，共82只。

液壓系統(tǒng)用于為裝置程控閥門提供動力，為ATOS進(jìn)口泵（一開一備），工作壓力為5.0～6.0 MPa.G，最高輸出壓力為10.0 MPa.G，使用液壓系統(tǒng)的目的是為了進(jìn)一步提高裝置程控閥門的運(yùn)行平穩(wěn)性、可靠性和使用壽命，提供可靠的閥門開啟速度調(diào)節(jié)功能，控制均壓氣流的速度，降低裝置噪音，保護(hù)吸附劑。同時閥門關(guān)閉緩沖功能進(jìn)一步保護(hù)閥門快速關(guān)閉時的密封面不受損傷。

3程控閥故障原因分析

3.1故障現(xiàn)象

PSA裝置開工前調(diào)試階段出現(xiàn)大量程控閥開關(guān)不到位的故障現(xiàn)象，經(jīng)檢查確認(rèn)為液壓油內(nèi)有雜質(zhì)異物附著在電磁閥滑塊硬密封面導(dǎo)致電磁閥滑塊卡澀，油路無法切換，閥門拒動。

故障出現(xiàn)后設(shè)備安排對油缸進(jìn)行了拆檢，油缸內(nèi)的確存在大量異物。執(zhí)行機(jī)構(gòu)完全解體后，發(fā)現(xiàn)部分機(jī)件加工粗糙，存在殘留鐵屑，緩沖活塞的氧化涂層也有碎屑（見圖1～圖4）。

3.2? 故障處理

經(jīng)過多專業(yè)對接討論，安排對PSA程控閥進(jìn)行了全部拆檢，對油缸雜質(zhì)進(jìn)行了清洗，對缺陷部件進(jìn)行了處理，由廠家負(fù)責(zé)同步對電磁閥進(jìn)行拆檢清洗。 上述工作完成后程控閥空載運(yùn)行期間電磁閥卡澀故障仍未完全消除，至開工前基本保持在一天一臺故障率，自裝置8月11日開工正常開始到后期大約1個半月時間里，電磁閥卡澀故障又出現(xiàn)13次，故障率仍較高，但頻次逐步降低，情況有所好轉(zhuǎn)。

3.3故障原因分析

對比其它幾套PSA裝置的故障統(tǒng)計，開工初期電磁閥故障率略微偏高但裝置正常運(yùn)行一段時間后電磁閥總體故障率較低。

針對電磁閥故障問題，相關(guān)專業(yè)再次進(jìn)行了討論對接，對程控閥故障問題原因進(jìn)行了全面分析并達(dá)成了共識，雖然前期對執(zhí)行機(jī)構(gòu)油缸及液壓油管路進(jìn)行了拆檢清洗，但在裝置運(yùn)行過程中由于程控閥液壓驅(qū)動油缸為封閉空間存在死區(qū)，仍會存在殘留的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)不定期帶到電磁閥滑塊部位造成電磁閥滑塊卡澀故障，隨著雜質(zhì)逐步帶出電磁閥故障率也會逐步降低。

PSA裝置前期安裝時程控閥到現(xiàn)場后露天放置，部分程控閥由于油路切換塊模塊塑料保護(hù)罩變形脫落，雨水及潮氣進(jìn)入油缸內(nèi)部造成氧化銹蝕，產(chǎn)生大量鐵銹等雜質(zhì)。裝置開工前期由于順控程序存在問題、氣密過程中密封墊問題等原因造成程控閥跑油、空載調(diào)試時間較短，油路及缸體內(nèi)雜質(zhì)存在殘留沒有盡可能帶出。以上兩點是程控閥電磁閥卡澀故障重復(fù)出現(xiàn)的最主要原因。

4后續(xù)處理措施

對接會也對電磁閥卡澀故障后續(xù)處理措施進(jìn)行了安排對接，通過各專業(yè)配合使裝置平穩(wěn)運(yùn)行：

（1）對液壓油清潔度[1]進(jìn)行委托外送檢測，對油顆粒度進(jìn)行檢測，出結(jié)果后與電磁閥油液清潔度參數(shù)進(jìn)行比對，看是否符合電磁閥要求（滑塊和閥門縫隙約20微米），根據(jù)說明書上滑塊對油液的要求其清潔度需NAS 1638 10級，如檢測結(jié)果不符合要求則設(shè)備安排對液壓油進(jìn)行置換。

10月8日液壓油檢測報告分析結(jié)果為NAS 1638? 9級，油液清潔度好于10級，但該報告也同時指出油品清潔度超標(biāo)，建議加強(qiáng)污染控制，避免因潤滑油污染導(dǎo)致設(shè)備異常磨損。

電磁閥開工階段故障率非常高，但油樣拿去檢測的日期為9月21日電磁閥卡澀原因分析會之后，通過油箱里的液壓油取樣，此時通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)油缸及液壓油管路進(jìn)行拆檢清洗、液壓油置換等措施電磁閥故障率已明顯降低。已向設(shè)備人員提議定期對執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)油樣采取檢測，這樣檢測結(jié)果會更具代表性。

NAS1638[1]是分段計數(shù)的，有5個尺寸段。由于實際油液各尺寸段的污染程度不可能相同，因此被測油樣的污染度按其中的最高等級來定。這會引起一個問題。例如，測出的5～10μm的污染度可能是4級，15～25μm顆粒的污染度可能是6級，25～50μm可能是5級，而50～100μm顆粒的污染度可能是8級，這時數(shù)據(jù)就很難處理，往往使得概念不清。如果保守的話，就會按照規(guī)定判定為8級，認(rèn)為系統(tǒng)很臟。而事實上，新的磨損理論表明只有尺寸與部件運(yùn)動間隙相當(dāng)?shù)念w粒才會引起嚴(yán)重的磨損，也就是說5～15μm的顆粒危害最大，而50～100μm由于無法進(jìn)入運(yùn)動間隙，對磨損的影響卻不大。

（2）設(shè)備專業(yè)對液壓油系統(tǒng)過濾器過濾芯進(jìn)行檢查，檢查過濾器有無破損，避免雜質(zhì)污染液壓油，采購過濾器濾到貨后對其進(jìn)行更換（吸油過濾器濾對應(yīng)的過濾精度180μm），保證液壓油要求。10月24日，裝置停工進(jìn)行程序修改完善工作，借此機(jī)會設(shè)備安排對過濾器進(jìn)行了更換，對油箱液壓油再次進(jìn)行了置換。

（3）今后電磁閥出現(xiàn)故障卡澀現(xiàn)象后對電磁閥清洗更換，同步對執(zhí)行機(jī)構(gòu)油缸進(jìn)行拆檢清洗。

（4）廠家及時提供備件支持，有需求時第一時間響應(yīng)，故障電磁閥分批送廠家清洗修復(fù)。

采取上述措施后自裝置修改程序后開工至今未再出現(xiàn)程控閥因電磁閥滑塊卡澀導(dǎo)致的故障。

5小結(jié)

為避免裝置前期安裝時程控閥保護(hù)不到位，油缸內(nèi)部氧化銹蝕產(chǎn)生大量雜質(zhì)問題，需廠家發(fā)貨時每臺程控閥安裝跑油模塊來避免此問題，同時也可避免洗滌管線時重復(fù)拆裝電磁閥。

裝置開工過程中程控閥跑油、空載調(diào)試時間較短，要求生產(chǎn)部門在安排裝置開工節(jié)點時將此項工作排進(jìn)計劃表并預(yù)留出足夠時間，嚴(yán)格按照廠家提供的液壓油維護(hù)系統(tǒng)要求，累積運(yùn)行不少于60小時，在累積運(yùn)行的最后10小時內(nèi)沒有發(fā)生任何故障，則試車完成，將油路及缸體內(nèi)雜質(zhì)殘留盡可能帶出。

設(shè)備專業(yè)在油缸更換過程中盡量吹掃清洗干凈， 廠家要加強(qiáng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)質(zhì)量控制，確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部干凈。設(shè)備專業(yè)按照相關(guān)運(yùn)行手冊和制度定期更換潤滑油和清洗過濾器[2]，潤滑油一般新投入使用3～6個月更換一次，以后可以12～18個月更換一次，同時油的狀況應(yīng)經(jīng)常注意， 工作油質(zhì)太差時需更換液壓油;每半年清洗一次泵站吸油過濾器，每2～3 年進(jìn)行一次油箱清潔和管道沖洗。

以上措施可為今后新建PSA裝置提供借鑒，從源頭抓起，避免程控閥故障后被動處理。

參考文獻(xiàn)

[1]劉混舉，李孝平.油液污染度等級標(biāo)準(zhǔn)及其測定[J].煤礦機(jī)械，2003，3：81-82.

[2]龔俊生.液壓油系統(tǒng)操作與維護(hù)[J].PSA技術(shù)應(yīng)用，2014，2：32-64.

作者簡介： 李智深（1983年6月—），男，漢族，河北省平山縣人，工程師，研究方向：石油化工儀表技術(shù)管理。