空氣過濾減壓閥故障導(dǎo)致蒸汽流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的原因分析與處理

崔守志

（國能包頭煤化工有限責(zé)任公司）

某煤制烯烴項(xiàng)目烯烴分離裝置采用的是國外某專利商技術(shù)，包括烯烴分離單元和烯烴罐區(qū)單元， 裝置的烯烴分離單元采用前脫丙烷后加氫、丙烷洗工藝技術(shù)，2010年投入生產(chǎn)，年運(yùn)行時間8 000 h。裝置每年生產(chǎn)乙烯和丙烯各300 kt，混合C4產(chǎn)品99 kt，液相C5以上產(chǎn)品26 kt，燃料氣產(chǎn)量4.9 kt。

高壓脫丙烷塔T501正常運(yùn)行，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥FV501的開度在37%左右自動調(diào)節(jié) （投串級），低壓飽和蒸汽流量計(jì)FT501所測數(shù)值在9 400 kg/h上下波動。 控制室工藝操作人員發(fā)現(xiàn)高壓脫丙烷塔T501的溫度在緩慢下降，DCS畫面上蒸汽流量計(jì)FT501的數(shù)值在2 100 kg/h上下波動，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥FV501的開度指令為100%。

儀表維護(hù)人員到現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)蒸汽流量調(diào)節(jié)閥FV501的開度幾乎為零， 分析可能是導(dǎo)致進(jìn)入再沸器E502A/B的低壓飽和蒸汽流量減少，造成高壓脫丙烷塔T501塔底溫度突然降低的主要原因。 而高壓脫丙烷塔T501塔底溫度低有可能會造成：

a. 塔溫下降，下塔輕組分增多，進(jìn)入低壓脫丙烷塔T502會出現(xiàn)超壓情況；

b. 塔頂輕組分氣體外送量減少，這部分氣體是送到產(chǎn)品氣壓縮機(jī)四段吸入段，氣量減少可能造成產(chǎn)品氣壓縮機(jī)機(jī)組喘振；

c. 如果產(chǎn)品氣壓縮機(jī)停車，烯烴分離裝置就得停車。

現(xiàn)場閥門沒有完全關(guān)閉，還有一定量的蒸汽進(jìn)入減溫減壓器M803，控制室工藝操作人員發(fā)現(xiàn)塔溫下降后處置得當(dāng)，儀表維護(hù)人員判斷故障準(zhǔn)確且故障處理過程時間短，僅造成高壓脫丙烷塔和低壓脫丙烷塔內(nèi)溫度和壓力波動，未造成產(chǎn)品氣壓縮機(jī)機(jī)組喘振和裝置停車。

1 高壓脫丙烷塔流程簡介

高壓脫丙烷塔流程如圖1所示， 高壓脫丙烷塔再沸器E502A/B 用來自減溫減壓器M803 的0.46 MPa低壓飽和蒸汽作為加熱介質(zhì)，給高壓脫丙烷塔T501底部加熱。 高壓脫丙烷塔塔釜的溫度由TC-503(主回路）控制，低壓飽和蒸汽的流量由調(diào)節(jié)閥FV-501（副回路）控制，兩個控制回路構(gòu)成了串級控制。 塔釜控制溫度范圍在（80±8） ℃，控制精度不高。

圖1 高壓脫丙烷塔流程

蒸汽流量調(diào)節(jié)閥FV501為蝶閥（圖2），閥門定位器為Fisher DVC6030，口徑DN200 mm，壓力等級150LB，泄漏等級Ⅳ級，介質(zhì)為低壓飽和蒸汽，故障類型FC，無手輪。

圖2 FV501蒸汽流量調(diào)節(jié)閥

空氣過濾減壓閥是控制閥最常用的附件之一，用于氣源凈化、過濾、設(shè)定壓力，是儀表風(fēng)質(zhì)量的最后保障，其運(yùn)行情況直接影響控制閥的開度和控制品質(zhì)。 如圖3所示，空氣過濾減壓閥為膜片式。 順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄，調(diào)壓彈簧被壓縮，推動膜片組件下移，通過閥桿打開閥芯，則進(jìn)口氣壓力經(jīng)閥芯節(jié)流降壓，有壓力輸出。 出口壓力氣體經(jīng)反饋管（阻尼管）進(jìn)入膜片下腔，在膜片上產(chǎn)生一個向上的推力。 當(dāng)此推力與調(diào)壓彈簧力平衡時，出口壓力便穩(wěn)定在定值。

圖3 空氣過濾減壓閥結(jié)構(gòu)

2 故障排查

儀表維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場后， 查看閥位指示器，大概在8%，確認(rèn)閥門接近關(guān)閉狀態(tài)，隨即對該閥門進(jìn)行檢查和處理。

首先，現(xiàn)場進(jìn)行閥門故障確認(rèn)。 使用475手操器查看閥門定位器接收到的指令為100%，位置反饋顯示7.8%，閥門接近關(guān)閉且控制室無法操作打開。

之后，查看閥門定位器和空氣過濾減壓閥的風(fēng)表壓力指示值，空氣過濾減壓閥風(fēng)表指示值在0.1 MPa左右，閥門定位器的進(jìn)氣口和出氣口風(fēng)表均顯示在0.1 MPa左右。

準(zhǔn)備調(diào)節(jié)空氣過濾減壓閥手柄，將儀表氣源壓力調(diào)高， 發(fā)現(xiàn)空氣過濾減壓閥調(diào)節(jié)手柄順時針、逆時針都無法旋轉(zhuǎn)。 斷開空氣過濾減壓閥出氣口接頭，發(fā)現(xiàn)出氣口氣量很??；關(guān)閉氣源球閥后，斷開空氣過濾減壓閥進(jìn)氣口接頭，再緩慢打開氣源球閥，發(fā)現(xiàn)出氣量很大；初步判斷空氣過濾減壓閥故障導(dǎo)致出口的儀表氣源壓力低、氣量少，造成閥門定位器輸出壓力小、無變化，該閥門突然接近關(guān)閉且控制室人員無法調(diào)整開度。 使用氣源軟管從氣源球閥直接將儀表風(fēng)連接到定位器進(jìn)氣口，觀察定位器進(jìn)氣口風(fēng)表指示值，將儀表氣源壓力調(diào)整為與閥門定位器一致（0.4 MPa），F(xiàn)isher定位器6000系列需要設(shè)置定位器進(jìn)氣壓力，這個功能也給儀表人員調(diào)整氣源壓力很好的參考，保持閥門定位器的動作精度。 準(zhǔn)備新空氣過濾減壓閥，待工藝將高壓脫丙烷塔和低壓脫丙烷塔控制穩(wěn)定后，與工藝和設(shè)備人員協(xié)商更換空氣過濾減壓閥的方案和措施。

3 故障原因分析

解體故障的空氣過濾減壓閥，發(fā)現(xiàn)里面的調(diào)壓彈簧和膜片上有結(jié)冰。 調(diào)壓彈簧是金屬材料，根據(jù)熱脹冷縮原理， 溫度變低又有結(jié)冰的情況下，調(diào)壓彈簧收縮；膜片推力與調(diào)壓彈簧平衡時膜片處于下移狀態(tài)，而膜片結(jié)冰變硬會向上恢復(fù)形變；兩個部件同時向上移動，閥桿帶動閥芯向上的位移量變得更大，閥芯開度變小，使得出口壓力低、氣量少。 調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)氣壓力變小，推動膜頭內(nèi)彈簧形變減小， 閥門開度逐漸關(guān)?。划?dāng)膜頭內(nèi)彈簧與儀表氣源壓力形成新的平衡，閥門開度保持不變；由于氣源壓力過低，造成操作指令與閥門實(shí)際開度不一致，且控制室無法操作閥門動作。 空氣過濾減壓閥的出口氣壓力低、氣量少，導(dǎo)致閥門突然關(guān)閉是本次故障的直接原因。

室外安裝帶有呼吸孔的空氣過濾減壓閥（圖4），經(jīng)歷風(fēng)霜雨雪等惡劣天氣，雨水可能會從呼吸孔進(jìn)入空氣過濾減壓閥內(nèi)，在調(diào)壓彈簧、膜片等部件堆積；北方冬季氣溫低，空氣過濾減壓閥內(nèi)部結(jié)冰，根據(jù)金屬材料熱脹冷縮原理，使得閥桿帶動閥芯上移，閥芯開度變小，出口氣量減少、氣壓低。 閥門設(shè)置在室外，且選用的是普通型空氣過濾減壓閥，設(shè)備選型錯誤也是這次故障的重要原因。

圖4 空氣過濾減壓閥

停車檢修期間，對控制閥的各個附件檢查和清理工作不全面、不徹底，工作有死角，也是本次故障的原因。

4 處理辦法

待工藝將高壓脫丙烷塔和低壓脫丙烷塔控制穩(wěn)定后，與工藝和設(shè)備人員協(xié)商更換空氣過濾減壓閥的措施如下：

a. 在閥桿上焊接兩個固定點(diǎn)。該閥為角行程蝶閥，為了保持裝置正常生產(chǎn)不停車，在線更換空氣過濾減壓閥，在閥桿上焊接兩個固定點(diǎn)（圖5），為安裝閥門卡具做準(zhǔn)備。

圖5 閥桿上焊接固定點(diǎn)

b. 制作卡具。 根據(jù)生產(chǎn)工況，確定閥門開度保持在37%左右，測繪制作卡具。

c. 更換空氣過濾減壓閥。 閥門卡具固定后，關(guān)閉氣源球閥，斷開氣源軟管，控制室操作人員確認(rèn)高壓脫丙烷塔溫度無變化，現(xiàn)場人員確認(rèn)閥門開度在36%左右，儀表維護(hù)人員更換空氣過濾減壓閥，調(diào)整空氣過濾減壓閥設(shè)定壓力到0.4 MPa。

5 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)與防范措施

儀表設(shè)備的強(qiáng)制保養(yǎng)工作一定要認(rèn)真對待，不能敷衍，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。 重要（關(guān)鍵）儀表專人管理，檢修期間對重要（關(guān)鍵）閥門的附件全部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理并做好記錄形成臺賬，便于后期預(yù)知性維護(hù)。 控制閥強(qiáng)制保養(yǎng)檢查項(xiàng)目見表1，其中關(guān)鍵（重要）設(shè)備每周一次，其他設(shè)備每月一次。

表1 控制閥強(qiáng)制保養(yǎng)檢查內(nèi)容

5.1 防范措施

利用檢修時段，檢查所有空氣過濾減壓閥的使用情況，包括調(diào)壓彈簧、膜片組件、濾芯及杯體等，發(fā)現(xiàn)問題及時清理或更換。

排查現(xiàn)場所有空氣過濾減壓閥的型號是普通型還是低溫型， 將室外普通型更換為低溫型。建議冬季室外溫度低于0 ℃的地區(qū)， 使用低溫型空氣過濾減壓閥。

將現(xiàn)場調(diào)壓手柄式空氣過濾減壓閥更換為調(diào)壓旋鈕式，調(diào)壓旋鈕除了操作方便外，還能在一定程度起到防水作用（對于調(diào)壓螺桿部位能起到類似“雨傘”擋雨的作用）。

定期對儀表氣源管線低點(diǎn)的空氣過濾減壓閥排凝，避免空氣過濾減壓閥杯體內(nèi)存在的凝液反竄進(jìn)入調(diào)壓彈簧或膜片內(nèi)，提高設(shè)備的使用壽命。

每天對儀表氣源的露點(diǎn)進(jìn)行分析化驗(yàn)，分析結(jié)果報(bào)生產(chǎn)運(yùn)營部。 發(fā)現(xiàn)露點(diǎn)偏高時，空分裝置及時調(diào)整，并對儀表氣源排凝，進(jìn)入冬季前需進(jìn)行多次排凝。

儀表氣源供氣總管上可以安裝在線露點(diǎn)儀，實(shí)時監(jiān)測儀表氣源含水情況，實(shí)現(xiàn)自動控制。

5.2 改進(jìn)優(yōu)化措施

最簡單、有效、經(jīng)濟(jì)的方法，就是在空氣過濾減壓閥的上部套塑料袋（圖6），并用扎帶（綁帶）固定，避免雨水從呼吸孔進(jìn)入閥內(nèi)，設(shè)備美觀性會差一些；室外空氣過濾減壓閥需經(jīng)常更換塑料 袋（老化、破損等因素）。

圖6 現(xiàn)場空氣過濾減壓閥套袋防護(hù)

在呼吸孔安裝內(nèi)嵌式消音器（圖7），可有效 降低雨水進(jìn)入空氣過濾減壓閥的情況。

圖7 呼吸孔安裝內(nèi)嵌式消音器

呼吸孔帶防雨帽（圖8），可有效杜絕雨水進(jìn) 入空氣過濾減壓閥。

圖8 呼吸孔帶防雨帽

對有呼吸孔的空氣過濾減壓閥進(jìn)行改造，呼吸孔攻絲M4 mm，DN4 mm的不銹鋼管或銅管一頭套絲，一頭向下彎90°角，避免雨水從呼吸孔進(jìn)入，改造后的效果如圖9所示。

圖9 改造呼吸孔后的空氣過濾減壓閥

設(shè)備更新。 這個方案需要花費(fèi)一定的費(fèi)用，優(yōu)先更換室外重要（關(guān)鍵）控制閥或其他使用到空氣過濾減壓閥的設(shè)備，替換下來的可以用在室內(nèi)的設(shè)備上。

結(jié)合空氣過濾減壓閥的故障案例，像現(xiàn)場的閥門定位器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜頭（氣缸）、電磁閥及消音器等儀表設(shè)備，都可以采用類似的整改措施或技術(shù)改造措施，能夠有效避免雨水或雜物（蚊蟲）等進(jìn)入儀表設(shè)備內(nèi)，造成儀表設(shè)備故障，影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié)束語

空氣過濾減壓閥作為一種氣動薄膜調(diào)節(jié)壓力的輔助設(shè)備，設(shè)備選型既影響自身的運(yùn)行情況和使用壽命，也影響控制閥的運(yùn)行狀況和使用壽命，在儀表的日常維護(hù)過程中，不能忽視控制閥相關(guān)輔助設(shè)備的強(qiáng)制保養(yǎng)工作， 為工廠的安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行做好基礎(chǔ)工作。