淺談UNIPOL聚丙烯PDS順控聯(lián)鎖及長周期運(yùn)行改進(jìn)措施

楊會(huì)兵

（中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

聚丙烯和聚乙烯裝置屬于主裝置。其工藝是由氣相原料反應(yīng)生產(chǎn)固體聚合物粉料，影響裝置長周期運(yùn)行的主要因素之一是出料系統(tǒng)的PDS 高頻球閥。

1 PDS工藝流程

聚丙烯裝置采用美國DOW 公司的UNIPOL 氣相流化床聚丙烯工藝，該工藝可生產(chǎn)104 個(gè)牌號(hào)聚丙烯產(chǎn)品，其中包括32 個(gè)均聚、16 個(gè)無規(guī)共聚和52 個(gè)抗沖共聚牌號(hào)產(chǎn)品。裝置以丙烯為原料，年生產(chǎn)30 萬噸粒狀聚丙烯樹脂，可生產(chǎn)各類型的均聚物、無規(guī)共聚物以及抗沖共聚物產(chǎn)品。聚丙烯工藝流程主要包括原料精制、聚合反應(yīng)、排放回收、擠壓造粒、粒料輸送等。其中，PDS 出料系統(tǒng)是聚合反應(yīng)非常重要的組成部分，丙烯在氣相流化床反應(yīng)器中適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力及催化劑的作用下聚合反?yīng)生產(chǎn)粉狀的聚丙烯。當(dāng)粉狀的聚丙烯到達(dá)一定的床高、床重，就會(huì)按照邏輯順序控制依次出料，分別經(jīng)過產(chǎn)品室、產(chǎn)品吹出罐后排出至產(chǎn)品接收料倉和脫氣倉[1]。

聚合反應(yīng)器有4 條產(chǎn)品下料線，分成A、B 兩組。PDS下料系統(tǒng)包括4 臺(tái)產(chǎn)品下料罐C-4101/4106/4105/4107 和4臺(tái)產(chǎn)品吹出罐C-4103/4108/4110/4112。每條產(chǎn)品下料線均由一臺(tái)產(chǎn)品下料罐、一臺(tái)產(chǎn)品吹出罐和14 臺(tái)兩位式球閥組成，另外有2 臺(tái)兩位式球閥用于組內(nèi)兩條產(chǎn)品下料線之間的氣體平衡。兩組PDS 下料系統(tǒng)按照時(shí)間和壓力的邏輯控制關(guān)系相互交替使用[2]。當(dāng)其中一條產(chǎn)品下料線發(fā)生故障時(shí)，其它產(chǎn)品下料線可分別獨(dú)立運(yùn)行。每組內(nèi)兩條產(chǎn)品下料線之間的氣體能夠相互傳送，以減少循環(huán)氣損失，但是兩組PDS 下料系統(tǒng)產(chǎn)品下料線之間的氣體不能相互傳送。

以單條產(chǎn)品下料線為例：粉料從反應(yīng)器進(jìn)入產(chǎn)品下料罐C-4101/4106/4105/4107，依靠壓差和重力的作用，從產(chǎn)品下料罐進(jìn)入產(chǎn)品吹出罐C-4l03/4108/4110/4112。

2 PDS順控與聯(lián)鎖邏輯

2.1 PDS順控

聚丙烯裝置第一反應(yīng)器共有PDS 氣動(dòng)閥門60 臺(tái)，閥門動(dòng)作順控見表1。

表1 聚丙烯裝置PDS閥門動(dòng)作順控Table 1 Sequence control of PDS valve action in polypropylene plant

圖1 PDS工藝流程圖Fig.1 PDS Process flow diagram

圖2 RG執(zhí)行機(jī)構(gòu)剖視圖Fig.2 RG Actuator cross-sectional view

圖3 LPS執(zhí)行機(jī)構(gòu)剖視圖Fig.3 LPS Actuator cross-sectional view

表2 PDS閥常見故障及原因分析Table 2 Common faults and cause analysis of PDS valve

備注：向上箭頭↑表示閥門打開，向下箭頭↓表示閥門關(guān)閉，空白表示閥門保持不動(dòng)作。

2.2 PDS聯(lián)鎖邏輯

1）HS-4101-1Q、HS-4106-1Q PDS 鎖位開關(guān)

兩位開關(guān)，設(shè)置在現(xiàn)場，位于每套對應(yīng)的PC 和PBT之間?！白詣?dòng)（AUTO）”位置允許PDS 邏輯在“AUTOMATIC”或“手動(dòng)”兩個(gè)模式下操作，“OFF”位置能夠鎖定開關(guān)。這允許人員在現(xiàn)場安全地操作或維護(hù)PDS 在程序循環(huán)的過程中，旋轉(zhuǎn)這個(gè)開關(guān)到“OFF”位置，將立刻終止程序，所有的閥門都回到故障安全位置[3]。當(dāng)HS-4101-1Q、HS4106-1Q 轉(zhuǎn)向“OFF”位置時(shí)，控制室相對應(yīng)的“現(xiàn)場Q 開關(guān)鎖定OFF 位置”狀態(tài)指示被點(diǎn)亮。

2）HS-4101-1S、HS-4106-1S PDS 操作開關(guān)

三位軟開關(guān)，位于控制室操作界面上。“啟動(dòng)”位為瞬時(shí)信號(hào)，若滿足以下條件，則“啟動(dòng)”信號(hào)會(huì)被鎖定：HS4101-1Q（HS4106-1Q）現(xiàn)場開關(guān)在“自動(dòng)”位置、HV-4103-9（HV-4108-9）打開、PC 罐壓力高于PA2L-4101-2（PA2L-4106-2）、PBT 罐壓力低于PA5H-4103-1（PA5H-4108-1）。若以上條件不滿足，則開關(guān)彈至“中間”位，并出現(xiàn)“PDS 循環(huán)因系統(tǒng)故障終止”報(bào)警。若將開關(guān)打到“停止”位，將停止PDS 循環(huán)，所有閥門回到安全位置。

3）HS-4101-1T、HS-4106-1T PDS 模式選擇開關(guān)

“自動(dòng)”PDS 以自動(dòng)模式運(yùn)行。

“手動(dòng)”PDS 以手動(dòng)模式運(yùn)行，允許手動(dòng)動(dòng)作閥門。

“停止”PDS 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)，準(zhǔn)備重新啟動(dòng)。

4）閥門動(dòng)作條件

A 閥，常開，關(guān)閉此閥不需其他邏輯條件。

B 閥，常閉，手動(dòng)打開此閥還需滿足以下條件：D、E、H、L、M、W 閥關(guān)閉；PC 罐壓力高于PA2L-4101-2；產(chǎn)品接收倉PR 料位低于LA2H-5013-1 且PPB 不在旁路狀態(tài)或HS-4311-2D 在抗沖狀態(tài)。

C 閥，常開，關(guān)閉此閥沒有條件。

D 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關(guān)閉或者A 閥、C 閥均關(guān)閉；E、G、M、W、X 閥均關(guān)閉。

E 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關(guān)閉或者A 閥、C 閥均關(guān)閉；1#線PBT 不需要吹掃；PR 隔爆膜完好（ZA-5013-9）；D、G、H、M、X 閥均關(guān)閉；2# 線PDS 沒有下料（2#線E 閥、M 閥關(guān)閉或2#線現(xiàn)場鎖定開關(guān)在“OFF”位置）；PR 壓力低于PA3H-5013-5；PBT 壓力低于PA2H-4103-13；中間傳送系統(tǒng)允許信號(hào)存在（HS-4311-2D 在“抗沖”位置，BB、EE 閥開、JJ、FF 閥關(guān)、過濾器料位低于LAH-4312-11，差壓低于PDAH-4312-2）[4]。

G 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：PC 罐壓力高于PA2L-4101-2；D、E、H、L、M 閥關(guān)閉。

H 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關(guān)閉或者A 閥、C 閥均關(guān)閉；E、G、M、W、X 閥關(guān)閉。

J 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關(guān)閉或者A、C 閥均關(guān)閉；G 閥關(guān)閉；PBT 罐壓力低于PAH-4103-1。

L 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關(guān)閉或者A、C 閥均關(guān)閉；G 閥關(guān)閉；W 閥關(guān)閉。

M 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關(guān)閉或者A、C 閥均關(guān)閉；PBT 罐壓力低于PA4H-4103-1；D、E、G、H、X 閥均關(guān)閉；PR 隔爆膜完好（ZA-5103-9）；PR 壓力低于PA3H-5013-5；2#線沒有下料（2#線M 閥、E 閥均關(guān)閉）或2#線PDS 鎖定開關(guān)HS-4106-1Q 在“停止”位置；來自IRTS 的許可（HS-4311-2D 在抗沖位置且轉(zhuǎn)移罐過濾器壓力低于PA2H4312-3（PA2H4322-3）的設(shè)定值，轉(zhuǎn)移罐過濾器差壓低于PDAH-4312-2（PDAH-4322-2）的設(shè)定值）。

P 閥，正常情況下P1、P2、P3 均關(guān)閉。在產(chǎn)品出料循環(huán)過程中，不對這3 個(gè)閥門進(jìn)行操作。在自動(dòng)模式下，此3 個(gè)閥門無法打開。只有系統(tǒng)維護(hù)時(shí)，通過HS-4101-1P（HS-4106-1P）在P1、P2 和P3 能在手動(dòng)模式操作以前，下列聯(lián)鎖條件必須滿足：PBT 的壓力必須低于PAH-4103-1（PAH-4108-1），“手動(dòng)”許可必須滿足，閥G 和J必須是關(guān)閉的；或者閥B 確認(rèn)關(guān)閉，或者閥A、C 確認(rèn)關(guān)閉。如果這些條件都滿足，通過將HS-4101-1P（HS-4106-1P）設(shè)置到OPEN 位置，閥P1 和P2 能被打開，閥P3 被關(guān)閉（首先關(guān)閉P3，延時(shí)1s 后再打開P1、延時(shí)2s 后打開P2）。

W 閥，常閉，要手動(dòng)打開此閥必須滿足以下條件：兩個(gè)PDS 的閥D、G 和H 必須確認(rèn)關(guān)閉，兩個(gè)PDS 的閥B 確認(rèn)關(guān)閉，或者兩個(gè)PDS 的閥A 和閥C 確認(rèn)關(guān)閉、兩個(gè)PDS的“手動(dòng)”許可必須滿足、兩個(gè)PDS 的PC 的壓力必須大于PA2L-4101-2 和PA2L-4106-2[5]。

X 閥，常閉，手動(dòng)打開此閥必須滿足以下條件：兩個(gè)PDS 的閥D、E、H 和J 必須確認(rèn)關(guān)閉，兩個(gè)PDS 的“手動(dòng)”許可滿足。

3 PDS閥常見故障及原因分析

聚丙烯裝置PDS 閥門具有極高的動(dòng)作頻次和循環(huán)次數(shù)，相關(guān)PDS 閥門、氣控閥、電磁閥每年動(dòng)作約20 萬次～26萬次，頻繁動(dòng)作加大了閥芯、閥桿、填料、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等磨損以及彈簧疲勞[6]。2014 年7 月投產(chǎn)至今已長周期運(yùn)行8年半的時(shí)間，這期間高頻球閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電磁閥、氣控閥均有各類故障出現(xiàn)，影響裝置平穩(wěn)長周期運(yùn)行。

4 PDS長周期運(yùn)行的優(yōu)化改造

4.1 RG執(zhí)行機(jī)構(gòu)改LPS執(zhí)行機(jī)構(gòu)

從以上兩張圖中可以看出，兩種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原理不同。RG 的彈簧缸為拉拽式，LPS 的彈簧缸為推壓式。RG 型彈簧缸存在拉桿與彈簧末端拉盤脫落的風(fēng)險(xiǎn)，彈簧力最大的位置是壓縮量最大的情況，類似于“拉滿弓”狀態(tài)，鑒于內(nèi)蒙古某公司的彈簧缸端蓋飛出的現(xiàn)象分析，只有此時(shí)是最危險(xiǎn)的。

Flowserver 根據(jù)RG 執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的環(huán)境及其自身產(chǎn)品的原理，出具了一個(gè)對于在PDS 產(chǎn)品出料系統(tǒng)中應(yīng)用的維護(hù)指導(dǎo)意見。意見中說明：“PDS 閥門的E 閥因震動(dòng)需要定期檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部位的連接螺栓（附檢查程序），建議每6 個(gè)月檢查一次?！辈⑶裔槍 閥的檢查項(xiàng)目也進(jìn)行了明確[7]。產(chǎn)品手冊上已經(jīng)標(biāo)明，對于LPS 型執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不需要對氣缸和彈簧缸進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的。通過與廠家技術(shù)咨詢溝通，對RG 執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)連接螺栓定期緊固檢查，之后采購了3 臺(tái)改進(jìn)型的LPS 型執(zhí)行機(jī)構(gòu)替換原RG 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這樣避免了RG 執(zhí)行機(jī)構(gòu)極端情況下端蓋蹦出造成對人員傷害的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 極寒天氣的應(yīng)對措施

對于中國北方，冬季可能遇到極寒特殊天氣，氣溫可達(dá)-20℃～-40℃，執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部潤滑油流動(dòng)性變差，潤滑效果也變差，甚至可能出現(xiàn)閥門動(dòng)作緩慢、閥門不動(dòng)作情況；同樣，氣控閥、電磁閥在極寒天氣下，閥芯也會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作緩慢甚至不切換的情況發(fā)生[8]。因此，應(yīng)對極寒天氣，現(xiàn)場采取了保溫措施，纏繞點(diǎn)伴熱帶、包工業(yè)棉被等保溫措施，效果顯著，并且采購備件時(shí)明確要求必須是耐低溫型氣控閥、電磁閥。

4.3 反饋連接桿易斷裂的改造

PP 裝置PDS 閥門自動(dòng)出料動(dòng)作頻次高，且現(xiàn)場有振動(dòng)，W 閥在傾斜管道上安裝，綜合以上不利因素，W 閥出現(xiàn)數(shù)次反饋桿斷裂故障，PDS 無法正常出料。通過對閥門反饋進(jìn)行改造，主體思路是摒棄初始設(shè)計(jì)時(shí)氣缸主軸與反饋桿硬連接的方式，進(jìn)行優(yōu)化改造，取消反饋連接桿，在氣缸主軸末端焊接兩個(gè)成90°夾角的回訊監(jiān)測點(diǎn)，重新加工接近開關(guān)的安裝支架，這樣就有效消除因執(zhí)行機(jī)構(gòu)主軸與反饋桿不同心導(dǎo)致反饋桿斷裂的隱患，避免反饋桿斷裂造成PDS 停止出料的事件發(fā)生[9]。

4.4 閥門填料漏

PDS 閥門填料漏為出現(xiàn)頻次最高的故障，高頻率的動(dòng)作使閥桿磨損嚴(yán)重，造成閥門填料磨損嚴(yán)重，介質(zhì)頻繁外漏。填料外漏時(shí)現(xiàn)場只更換了頂層纏繞編織填料，沒有對填料函進(jìn)行清理和更換全部填料。根據(jù)工廠經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)填料函出現(xiàn)外漏，首先是底層石墨密封圈損壞，如果在不更換石墨密封圈的情況下，只更換纏繞編織填料，其填料密封的效果不是很好。如果在更換纏繞編織填料時(shí)不清理填料函和間桿，密封效果會(huì)更差。為了達(dá)到密封效果，必然會(huì)壓緊填料函螺栓，這就會(huì)導(dǎo)致圓桿的摩擦力變大，影響閥門的工作性能。因此，在更換閥門填料時(shí)，將頂層纏繞編織填料和底層石墨密封圈全部更換，這樣就保證填料更長的使用壽命。

4.5 降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)串氣風(fēng)險(xiǎn)

聚丙烯PDS 現(xiàn)場裝配KINETROL 的扇型執(zhí)行機(jī)構(gòu)和Bettis 的活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，尤其是KINETROL 扇型執(zhí)行機(jī)構(gòu)在高頻動(dòng)作情況下容易發(fā)生串氣故障。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)為鑄鋁材質(zhì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)壁拉傷嚴(yán)重后無法維修，更換執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)濟(jì)成本非常高。因此，降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)串氣風(fēng)險(xiǎn)非常有必要[10]。定期對PDS 扇形執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行下線保養(yǎng)維護(hù)，更換密封組件，清理執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)腔并增加潤滑脂，這樣大大增加了扇形執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用壽命。

5 結(jié)束語

通過對PDS 工藝流程、順控及聯(lián)鎖邏輯的掌握，不斷積累現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，快速精準(zhǔn)分析判斷PDS 故障的原因，最大限度縮短PDS 故障處理的時(shí)間，并通過對PDS 進(jìn)行針對性的改造升級(jí)，為UNIPOL 聚丙烯裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠支撐，同時(shí)也為同類型聚丙烯裝置PDS設(shè)計(jì)、操作、維護(hù)提供了思路和參考。