自力閥在石化儲(chǔ)罐應(yīng)用中存在的問(wèn)題探析

趙連元，王波

（獨(dú)山子石化公司儲(chǔ)運(yùn)一部，新疆獨(dú)山子 833699）

前言：

某公司儲(chǔ)運(yùn)聯(lián)合中間油罐區(qū)31臺(tái)儲(chǔ)罐，每臺(tái)罐頂安裝一臺(tái)氮?dú)庾粤﹂y。于2009年投用使用至今，在日常使用及維護(hù)中出現(xiàn)問(wèn)題較多，2020年因氮?dú)庾粤﹂y故障檢修52臺(tái)次，受下雨、春夏相交、秋冬相交等氣溫變化明顯的時(shí)段對(duì)氮?dú)庾粤﹂y微調(diào)定壓值87臺(tái)次。自立閥故障問(wèn)題，引起儲(chǔ)罐低、高壓報(bào)警頻繁，導(dǎo)致操作波動(dòng)，嚴(yán)重影響罐區(qū)安全運(yùn)行。

1 氮?dú)庾粤﹂y使用現(xiàn)狀：

某車(chē)間中間油罐區(qū)共計(jì)31臺(tái)儲(chǔ)罐的罐頂安裝氮?dú)庾粤﹂y。于2009年投用,其中FISHER自力閥27臺(tái)、JORDAN自力閥4臺(tái)（T-23、24、26、27罐）。主要作用于儲(chǔ)罐頂部，對(duì)儲(chǔ)罐壓力進(jìn)行一個(gè)相對(duì)恒定控制，確保氮封儲(chǔ)罐壓力安全。

氮?dú)庾粤﹂y的作用就是要當(dāng)儲(chǔ)罐液面下降壓力降低時(shí)，向罐內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)猓?dāng)儲(chǔ)罐液面上升壓力增加時(shí)，停止補(bǔ)充氮?dú)猓瑫r(shí)被壓縮的氮?dú)鈴暮粑y適量排出，從而始終保持罐內(nèi)的氮?dú)鈮毫ξ⒘空龎?。做到既隔絕空氣，又保證儲(chǔ)罐不變形。

自力式氮?dú)忾y，由閥體、閥座、閥芯、閥桿、膜蓋、膜片、壓縮彈簧、調(diào)節(jié)螺母等部件組成。

圖1.1 氮?dú)庾粤㈤y結(jié)構(gòu)圖

2018年為順應(yīng)保護(hù)大氣環(huán)境質(zhì)量、徹底實(shí)現(xiàn)大氣污染治理的趨勢(shì)、貫徹國(guó)家政策、滿足國(guó)家法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)要求，依據(jù)《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》的要求，對(duì)中間油儲(chǔ)罐進(jìn)行了改造，將中間油罐區(qū)31臺(tái)儲(chǔ)罐日常“大小呼吸”產(chǎn)生的油氣通過(guò)罐頂鋪設(shè)的油氣分支收集管線匯入主油氣管線，油氣沿主油氣管道進(jìn)入VOCs預(yù)處理單元低溫柴油洗系統(tǒng)，利用低溫柴油吸取廢氣中的重組分，保持廢氣中成分穩(wěn)定；然后廢氣進(jìn)入VOCs預(yù)處理單元脫硫除臭系統(tǒng)，通過(guò)催化氧化濕法去除廢氣中的硫化物；經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的廢氣進(jìn)入熱力焚燒設(shè)施，天然氣提供初始能量，在950℃、微負(fù)壓的爐膛環(huán)境下將廢氣中的有機(jī)物全部氧化成CO2、H2O，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)引風(fēng)機(jī)和煙囪排往大氣。確保油氣不外溢污染環(huán)境。

當(dāng)儲(chǔ)罐油氣揮發(fā)量增大接近儲(chǔ)罐壓力工藝指標(biāo)1000KPa時(shí)廢氣線控制閥打開(kāi)，液環(huán)壓縮機(jī)抽取罐內(nèi)油氣，降低罐壓；當(dāng)罐內(nèi)壓力降低后達(dá)到設(shè)定值后廢氣線閥門(mén)關(guān)閉，保持罐壓；當(dāng)外界氣溫降低導(dǎo)致儲(chǔ)罐油氣揮發(fā)降低時(shí)為平衡罐內(nèi)壓力，氮?dú)庾粤﹂y開(kāi)啟對(duì)罐內(nèi)充入氮?dú)獗３止迚海_保罐壓力不低于100KPa指標(biāo)。通過(guò)這次改造，消減了儲(chǔ)罐油氣外排數(shù)量，達(dá)到了VOCs治理的目的，但同時(shí)出現(xiàn)夜間或因外界氣溫降低儲(chǔ)罐油氣揮發(fā)量小時(shí)液環(huán)壓縮機(jī)抽取氮?dú)馑椭罷O爐情況。這就導(dǎo)致氮?dú)庾粤﹂y頻繁動(dòng)作，加速自力閥的老化情況，隨使用年限在日常使用中暴露出一些問(wèn)題。

2 氮?dú)庾粤﹂y目前存在的問(wèn)題：

中間油儲(chǔ)罐于2009年投用至今。部分自力閥使用已達(dá)13年；投用前期缺乏定期維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致閥門(mén)配件存在磨損及損壞，日常維護(hù)工作量大。設(shè)計(jì)選型時(shí)未考慮低溫影響，同時(shí)因?yàn)閂OCs治理項(xiàng)目改造，DCS罐頂壓力選點(diǎn)不合理，也存在超壓導(dǎo)致儲(chǔ)罐其它設(shè)施損壞的風(fēng)險(xiǎn)。主要問(wèn)題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）氮?dú)庾粤﹂y持續(xù)補(bǔ)氮?dú)猓瑢?dǎo)致罐壓高于工藝指標(biāo)出現(xiàn)儀表高報(bào)；同時(shí)導(dǎo)致氮?dú)夂牧吭黾樱?/p>

（2）氮?dú)庾粤﹂y到定壓值后不補(bǔ)氮?dú)?，?dǎo)致罐壓低于工藝指標(biāo)出現(xiàn)儀表低報(bào)；

（3）自力閥選型未考慮冬季低溫天氣，導(dǎo)致冬季故障率高，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)困難；

（4）中間油低液位儲(chǔ)罐多，受氣溫影響導(dǎo)致罐壓波動(dòng)頻繁，工況條件差，導(dǎo)致自力閥頻繁動(dòng)作，附件加劇老化，需要頻繁檢修及更換配件；

（5）、DCS罐頂壓力選點(diǎn)不合理，存在自力閥定壓困難，儲(chǔ)罐超壓導(dǎo)致液壓呼吸閥膜片受損及VOCs超標(biāo)排放的風(fēng)險(xiǎn)；

3 原因分析及采取的措施：

3.1 針對(duì)氮?dú)庾粤﹂y持續(xù)補(bǔ)氮?dú)鈫?wèn)題，通過(guò)拆檢發(fā)現(xiàn)自力閥中閥芯起密封作用的O型圈磨損老化，無(wú)法密封住氮?dú)鈱?dǎo)致壓力無(wú)法控制，就會(huì)出現(xiàn)當(dāng)罐壓到設(shè)定值時(shí)自力閥閥芯回座后密封圈不起作用，持續(xù)補(bǔ)充氮?dú)馇闆r，導(dǎo)致氮?dú)夂牧吭黾?。解決措施：需要更換新O型圈消除漏氣問(wèn)題；同時(shí)閥芯長(zhǎng)期使用未定期添加潤(rùn)滑脂導(dǎo)致閥芯干磨，外壁出現(xiàn)較深的凹槽，在使用中也會(huì)影響對(duì)氮?dú)獾拿芊庑Ч＝鉀Q措施：需要下線對(duì)缺陷部位研磨消除缺陷。

圖3.1 閥芯密封O型圈磨損情況

圖3.2 閥芯磨損情況

3.2 針對(duì)氮?dú)庾粤﹂y到定壓值后不補(bǔ)氮?dú)鈫?wèn)題；拆解閥門(mén)后發(fā)現(xiàn)因長(zhǎng)期使用，導(dǎo)致壓縮彈簧彈性不足，無(wú)法給到膜片應(yīng)有的力，導(dǎo)致自力閥動(dòng)作滯后或不動(dòng)作，同時(shí)使用調(diào)節(jié)螺母對(duì)自力閥補(bǔ)氣壓力微調(diào)就會(huì)不準(zhǔn)或失效；另外一個(gè)主要原因是自力閥膜片磨損或失去彈性導(dǎo)致無(wú)法調(diào)節(jié)補(bǔ)氣；表象就是自力閥定壓值和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)氮?dú)夂屯Ｖ沟娘@示罐壓力不一致；解決措施：更換新的壓縮彈簧和膜片解決問(wèn)題。

圖3.3 壓縮彈簧變心情況

圖3.4 膜片磨損或失去彈性情況

閥門(mén)型號(hào)老舊，部分配件無(wú)法做到采購(gòu)更換，只能進(jìn)行修復(fù)。導(dǎo)致故障反復(fù)出現(xiàn)，且維護(hù)費(fèi)用高，數(shù)量多又導(dǎo)致檢修工作量大。

3.3 針對(duì)自力閥選型未考慮冬季低溫天氣，導(dǎo)致冬季故障率高，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)困難問(wèn)題；通過(guò)2020年冬季中間油自力閥檢修問(wèn)題匯總發(fā)現(xiàn)FISHER自力閥不耐低溫。27臺(tái)自力閥中有23臺(tái)在冬季出現(xiàn)異常。拆解發(fā)現(xiàn)主要原因是:

（1）閥芯起密封作用的O型圈材質(zhì)不耐低溫，進(jìn)入冬季后隨著氣溫降低，多臺(tái)自力閥出現(xiàn)持續(xù)補(bǔ)氣問(wèn)題。

拆解發(fā)現(xiàn)原廠丁腈橡膠材質(zhì)的O型圈變硬無(wú)彈性，導(dǎo)致輕微漏量。通過(guò)查詢(xún)資料和維護(hù)單位溝通，采購(gòu)更換成耐低溫的氟橡膠材質(zhì)O型圈后問(wèn)題解決，該材質(zhì)使用溫度范圍在-40℃至250℃。

（2）部分FISHER自力閥閥芯使用的紡織潤(rùn)滑脂冬季后潤(rùn)滑效果不好，粘稠度變大，增大閥門(mén)動(dòng)作阻力，導(dǎo)致自力閥閥芯運(yùn)行滯后，引起閥門(mén)補(bǔ)氣滯后或時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致罐壓超壓或低報(bào)。更換耐低溫的長(zhǎng)城航空潤(rùn)滑脂后問(wèn)題消除。該潤(rùn)滑脂耐低溫可達(dá)-50℃，具有耐低溫防銹耐磨損的優(yōu)點(diǎn)。

（3）FISHER自力閥頂部設(shè)有排氣孔，當(dāng)閥門(mén)動(dòng)作時(shí)需要進(jìn)行排氣，當(dāng)積雪積冰將排氣孔堵塞后如積雪較厚自力閥無(wú)法動(dòng)作，就會(huì)導(dǎo)致罐壓低報(bào)。制作防雪的護(hù)罩固定消除了該問(wèn)題；

（4）針對(duì)中間油低液位儲(chǔ)罐多，受氣溫影響導(dǎo)致罐壓波動(dòng)頻繁，工況條件差，導(dǎo)致自力閥頻繁動(dòng)作，附件加劇老化，需要頻繁檢修及更換配件問(wèn)題；分析主要是部分儲(chǔ)罐因生產(chǎn)原因液位較低，導(dǎo)致夜間溫度較低時(shí)或冬季儲(chǔ)罐介質(zhì)揮發(fā)量較小，為保證預(yù)處理廢氣量氮?dú)庾粤﹂y需要頻繁開(kāi)啟、關(guān)閉來(lái)保證罐壓在一個(gè)恒定值。如選取中間油10302-T-10罐9月2日22:00-23:00時(shí)間段DCS的罐壓曲線統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)圖4.3）,一個(gè)小時(shí)出現(xiàn)波峰、波谷共57次。自力閥在1個(gè)小時(shí)要?jiǎng)幼?7次。導(dǎo)致自力閥頻繁動(dòng)作，配件磨損加劇。該罐長(zhǎng)期低液位運(yùn)行；因此和生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)對(duì)接，盡量保證儲(chǔ)罐高液位運(yùn)行，如長(zhǎng)期不使用儲(chǔ)罐建議清罐備用，避免出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題。

圖4.3 自力閥頻繁動(dòng)作趨勢(shì)圖

（5） DCS罐頂壓力選點(diǎn)不合理，存在超壓導(dǎo)致儲(chǔ)罐液壓呼吸閥膜片受損的風(fēng)險(xiǎn)。罐頂?shù)獨(dú)庾粤﹂y的引壓線均安裝在罐頂，從而確保自力閥動(dòng)作是真實(shí)罐壓的反饋結(jié)果。2018年VOCs治理項(xiàng)目改造時(shí)，用于遠(yuǎn)傳及就地顯示儲(chǔ)罐壓力的壓力變送器因施工時(shí)無(wú)法在罐頂動(dòng)火均安裝在罐頂?shù)挠蜌馐占€上。 導(dǎo)致目前操作室DCS上和現(xiàn)場(chǎng)顯示的罐壓不是真實(shí)罐壓。通過(guò)部分儲(chǔ)罐原有壓力變送器對(duì)比確認(rèn)廢氣線壓力因受廢氣線帶液，廢氣線控制閥開(kāi)度等情況影響廢氣線上顯示壓力和實(shí)際罐壓差值較大，存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

（a）氮?dú)庾粤﹂y壓力調(diào)整時(shí)參考的壓力不是真實(shí)罐壓，就會(huì)導(dǎo)致定壓不準(zhǔn)；

（b）當(dāng)DCS上廢氣線壓變顯示數(shù)值小于罐壓實(shí)際壓力時(shí)，罐實(shí)際已超壓，罐頂呼吸閥排氣，但DCS上顯示壓力正常，崗位無(wú)法發(fā)現(xiàn)及處理，就會(huì)導(dǎo)致呼吸閥膜片加速老化損壞，VOCs排放超標(biāo)等后果；（如：2020年10月2日13:10分10302-T-24罐D(zhuǎn)CS上壓力顯示為880Pa，罐頂壓變實(shí)際顯示為1092Pa。兩塊表間差值為212Pa。）；

（c）當(dāng)DCS上廢氣線壓變顯示數(shù)值大于罐壓實(shí)際壓力時(shí)，因罐壓低，氮?dú)庾粤﹂y進(jìn)行補(bǔ)氣，但崗位根據(jù)DCS上壓力值錯(cuò)誤判斷自力閥設(shè)備故障（持續(xù)補(bǔ)氣），錯(cuò)誤開(kāi)大廢氣線控制閥抽取廢氣導(dǎo)致能耗損失；同時(shí)錯(cuò)誤記錄設(shè)備故障導(dǎo)致報(bào)警，報(bào)警偏差分析錯(cuò)誤。（如：2021年4月20日18:00分10302-T-24罐D(zhuǎn)CS上壓力顯示823.8Pa，廢氣線閥門(mén)開(kāi)度100%；班組反饋?zhàn)粤﹂y故障持續(xù)補(bǔ)氣，現(xiàn)場(chǎng)查看罐頂壓變顯示罐壓為214Pa，自力閥補(bǔ)氣是正常的情況，后對(duì)廢氣線放空打開(kāi)檢查確認(rèn)是含水導(dǎo)致）。

以上問(wèn)題目前已制定相關(guān)比對(duì)計(jì)劃，定期聯(lián)系維護(hù)單位將壓變的零點(diǎn)重新標(biāo)定，確保罐壓真實(shí)。

圖4.4 遠(yuǎn)傳控制與實(shí)際罐壓偏差

4 氮?dú)庾粤﹂y今后的改造及維護(hù)方向：

通過(guò)上述分析總結(jié)，對(duì)自力閥維護(hù)明確方向，制定針對(duì)性解決措施，保證自立閥可靠運(yùn)行。

4.1 氮?dú)庾粤﹂y持續(xù)補(bǔ)氮?dú)饧安谎a(bǔ)氣主要是因?yàn)榍捌趯?duì)自力閥的維護(hù)缺乏計(jì)劃性和針對(duì)性導(dǎo)致的，通過(guò)一年的維護(hù)，車(chē)間制定全年維護(hù)計(jì)劃，將31臺(tái)儲(chǔ)罐分月進(jìn)行預(yù)防性檢修，確保自力閥正常備用；

4.2 自力閥選型未考慮低溫天氣，導(dǎo)致冬季故障率高問(wèn)題，采購(gòu)自力閥耐低溫配件，在入冬前有針對(duì)性的開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)維護(hù)工作，確保閥門(mén)的完好性；

4.3 針對(duì)中間油低液位儲(chǔ)罐多，受氣溫影響導(dǎo)致罐壓波動(dòng)頻繁，工況條件差，導(dǎo)致自力閥頻繁動(dòng)作，附件加劇老化，需要頻繁檢修及更換配件情況，采取和生產(chǎn)運(yùn)行處對(duì)接，優(yōu)化生產(chǎn)將長(zhǎng)期不用儲(chǔ)罐上報(bào)清罐計(jì)劃清洗備用；

4.4 DCS罐頂壓力選點(diǎn)不合理，存在自力閥定壓困難，儲(chǔ)罐超壓導(dǎo)致液壓呼吸閥膜片受損及VOCs超標(biāo)排放的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，應(yīng)重新選取引壓點(diǎn)位，確保能真實(shí)反映儲(chǔ)罐壓力；

4.5 根據(jù)使用中氮?dú)庾粤﹂y暴露出的問(wèn)題，推進(jìn)更換為壓控閥，從而從根本上解決上述問(wèn)題。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)儲(chǔ)罐氮?dú)庾粤﹂y問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，制定日常維護(hù)內(nèi)容、定期檢修內(nèi)容及設(shè)備自身配件升級(jí)，解決自力閥故障，保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)行。