煤制乙二醇循環(huán)氫氣變壓吸附裝置程控閥故障原因及解決措施

張學(xué)信

(河南龍宇煤化工有限公司 , 河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司富余合成氣年產(chǎn)20萬(wàn)t乙二醇裝置采用河南能源與通遼金煤合作的“羰化、加氫兩步法間接合成工藝”制乙二醇技術(shù),其中循環(huán)氫氣變壓吸附裝置是草酸酯與氫氣在催化劑生成乙二醇過(guò)程中加氫反應(yīng)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。該裝置由四川同盛科技有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)并施工完成,主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、循環(huán)氫氣提純系統(tǒng)、解吸氣處理系統(tǒng)、閥組以及所匹配的動(dòng)力設(shè)備等。本文以河南龍宇煤化工有限公司富余合成氣年產(chǎn)20萬(wàn)t乙二醇裝置為基礎(chǔ),對(duì)其中循環(huán)氫氣變壓吸附裝置在運(yùn)行過(guò)程中程控閥出現(xiàn)故障的原因進(jìn)行分析,提出有效的整改解決措施,并獲得了顯著效果。

1 工藝簡(jiǎn)介

自加氫系統(tǒng)裝置的循環(huán)氫氣在壓力2.85 MPa,溫度25 ℃條件下通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)脫除甲醇后送往循環(huán)氫氣提純系統(tǒng)。預(yù)處理系統(tǒng)是由2臺(tái)預(yù)處理吸附器、加熱器、再生氣加熱器及相應(yīng)的程控閥和調(diào)節(jié)閥組成。采用2塔工藝流程,設(shè)計(jì)約8 h按照步驟切換吸附器1次;吸附器吸附飽和后,切換成未吸附的吸附器。吸附過(guò)的吸附器進(jìn)行再生,再生時(shí)的再生氣源來(lái)自循環(huán)氫氣提純系統(tǒng)的解吸氣,沖洗后送出火炬,吸附劑再生結(jié)束后進(jìn)行下一次循環(huán)吸附。

來(lái)自預(yù)處理器凈化后的工藝氣進(jìn)入循環(huán)氫氣提純系統(tǒng)中,循環(huán)氫氣提純系統(tǒng)是由10臺(tái)吸附塔、2臺(tái)沖洗氣緩沖罐、1臺(tái)逆放氣緩沖罐、1臺(tái)解吸氣混合罐以及一系列調(diào)節(jié)閥和程序控制閥門構(gòu)成。在循環(huán)氫氣提純吸附器中,弱吸附質(zhì)組分H2從吸附塔上部流出作為 H2產(chǎn)品氣輸出,產(chǎn)品H2經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)至2.8 MPa、35 ℃后輸出界區(qū)。

強(qiáng)吸附質(zhì)的組分CO、CH4和微量CH3OH等氣體被吸附,通過(guò)逆放和沖洗步驟解吸出來(lái)作為解吸氣,進(jìn)入到解吸氣處理系統(tǒng)中,解吸氣通過(guò)解吸氣混合罐壓力緩沖后,再經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓0.08 MPa作為預(yù)處理系統(tǒng)的再生氣,另一部分與去預(yù)處理系統(tǒng)的再生后的沖洗氣、加氫系統(tǒng)氫氣閃蒸罐出來(lái)的氫氣、一氧化碳等氣體經(jīng)冷卻器、分離器后一起去火炬或外送至界區(qū)外;其中閥組是程控閥與調(diào)節(jié)閥的統(tǒng)稱,是實(shí)現(xiàn)變壓吸附心臟所輸送液體(氣體)完成吸附劑吸附與再生的保障,其工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

2 程控閥出現(xiàn)故障的原因

對(duì)于變壓吸附裝置來(lái)說(shuō),吸附劑是保證裝置達(dá)產(chǎn)達(dá)能的核心要素,是變壓吸附的心臟;而程控閥是變壓吸附心臟所輸送流體的保障。因此在循環(huán)氫氣變壓吸附裝置中程控閥出現(xiàn)故障時(shí),導(dǎo)致裝置降負(fù)荷甚至停車的案例較多。本文結(jié)合近兩年循環(huán)氫氣變壓吸附裝置在運(yùn)行過(guò)程中程控閥多次出現(xiàn)故障進(jìn)行歸納原因分析,具體原因如下:

①程控閥的啟閉是通過(guò)電磁閥得失電,線圈產(chǎn)生電磁效應(yīng),就像磁鐵吸電磁閥內(nèi)的閥芯,使電磁閥閥芯上下動(dòng)作,控制儀表氣是進(jìn)程控閥上氣缸還是下氣缸,實(shí)現(xiàn)程控閥啟閉,而電磁得失電頻次受到步序時(shí)間的控制,步序時(shí)間設(shè)定不合適,均壓、順?lè)?、逆放、終充不到位,使程控閥前后壓差大,程控閥打不開。②程控閥閥檢(閥位反饋輸出信號(hào))探頭松動(dòng)、脫落、損壞、或者儀表線斷線導(dǎo)致程控閥現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作與中控程序要求不一致,出現(xiàn)反饋異常。③程控閥的儀表氣氣源三元件為程控閥的電磁閥提供干燥、穩(wěn)定的氣源以及優(yōu)良的潤(rùn)滑。氣源三元件是空氣過(guò)濾器、減壓閥和油霧器三種氣源處理元件的組合件,其中油霧器油杯缺或油變質(zhì)易造成電磁閥潤(rùn)滑效果不好,出現(xiàn)閥卡澀的情況,使程控閥動(dòng)作延遲或動(dòng)作不到位。④電磁閥線圈損壞導(dǎo)致電磁閥接受中控室控制信號(hào)后無(wú)法進(jìn)行電磁閥得失電動(dòng)作或儀表氣壓力不足、中斷、儀表氣管線脫落,使程控閥啟閉不動(dòng)作或不到位,中控程控閥顯示變黃色。⑤程控閥發(fā)生外漏。程控閥的填料與閥桿處泄漏,填料使用過(guò)長(zhǎng)出現(xiàn)密封失效,閥桿表面出現(xiàn)磨損,閥蓋連接法蘭處泄漏,使程控閥發(fā)生外漏。對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的程控閥拆檢發(fā)現(xiàn),閥桿、注油套內(nèi)環(huán)、V 型填料存在拉痕,閥門有不同程度的磨損,造成程控閥外漏。⑥程控閥發(fā)生內(nèi)漏。吸附劑或雜物進(jìn)入閥內(nèi),大氣量工藝氣體與顆粒一塊沖蝕造成密封面、閥芯損壞,造成程控閥內(nèi)漏。程控閥的閥桿、半圓環(huán)、螺套等部件進(jìn)行加工或進(jìn)行熱處理時(shí)溫度控制不當(dāng),造成閥桿、半圓環(huán)硬度較低,導(dǎo)致快速磨損發(fā)生內(nèi)漏。程控閥的閥桿、半圓環(huán)、螺套與閥芯裝配存在質(zhì)量問(wèn)題,當(dāng)螺套裝配不到位,閥門打開,閥桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí),造成螺套、閥芯與半圓環(huán)之間形成線接觸,導(dǎo)致磨損急劇加快,發(fā)生程控閥內(nèi)漏;對(duì)程控閥閥體拆檢未發(fā)現(xiàn)雜物存在,排除了第一種情況導(dǎo)致程控閥內(nèi)漏的原因,程控閥閥芯、半圓環(huán)、螺套磨損嚴(yán)重造成的內(nèi)漏情況。

3 解決措施

循環(huán)氣氫氣提純系統(tǒng)程控閥在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障后,先檢查出現(xiàn)問(wèn)題的吸附塔壓力參數(shù)變化趨勢(shì)情況,并與其他投運(yùn)正常的吸附塔操作壓力趨勢(shì)變化情況進(jìn)行對(duì)比。若壓力正常,很有可能是程控閥閥位反饋問(wèn)題;若壓力不正常,則是程控閥泄漏問(wèn)題,在線無(wú)法處置時(shí)要作緊急停車處理,具體方法如下:

①根據(jù)負(fù)荷大小合理調(diào)整步序設(shè)定時(shí)間,控制好吸附塔的壓力變化流量速率,使均壓、順?lè)?、逆放、終充到位,防止均壓壓差過(guò)大,使程控閥開啟困難,延長(zhǎng)吸附劑使用壽命,減輕對(duì)程控閥的沖擊頻次。②聯(lián)系儀表在線進(jìn)行處理,對(duì)程控閥閥檢探頭緊固、恢復(fù)正常啟閉指示位置;儀表人員更換損壞的儀表線并按照要求接線,使程控閥閥檢處于正常工作狀態(tài)。③電磁閥因線圈損壞或儀表氣存有的顆?；蛴蜐?rùn)滑不良導(dǎo)致程控閥動(dòng)作問(wèn)題,要及時(shí)切塔并聯(lián)系儀表將電磁閥拆檢用煤油進(jìn)行清理,除去臟東西,清理處理好后按照程序投用切除的吸附塔;并定期檢查氣源三元件過(guò)濾分離定壓潤(rùn)滑情況,過(guò)濾器底部存有臟物較多時(shí)要及時(shí)清理,油杯油質(zhì)變壞或缺油時(shí),要及時(shí)更換或添加,必要時(shí)可以切換備用氣源三元件,以保證電磁閥工作環(huán)境處于最佳狀態(tài)。④儀表氣壓力要控制在0.6 MPa左右,壓力<0.3 MPa時(shí)循環(huán)氫氣變壓吸附裝置會(huì)聯(lián)鎖系統(tǒng)停車,儀表氣壓力不足時(shí)要及時(shí)聯(lián)系調(diào)度提壓,對(duì)于儀表氣管線脫落時(shí),要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)恢復(fù)儀表管線,不影響生產(chǎn)的情況下,可以不切塔處理,不能及時(shí)使儀表恢復(fù)的要及時(shí)切塔處理,處理好后再投用。⑤程控閥的填料與閥桿泄漏、閥蓋連接法蘭泄漏時(shí)聯(lián)系儀表進(jìn)行緊固,同時(shí)在填料使用過(guò)長(zhǎng)出現(xiàn)密封失效,程控閥外漏嚴(yán)重時(shí)要及時(shí)切投塔處理,必要時(shí)停車處置。與廠家聯(lián)系,優(yōu)化程控閥填料密封結(jié)構(gòu)型式,取消原注油套O形圈設(shè)計(jì),更改為導(dǎo)向帶設(shè)計(jì),加大導(dǎo)向帶溝槽底徑處公差,使注油套與閥桿的同軸性大大提高,同時(shí)也加大導(dǎo)向帶溝槽底徑與閥桿之間的間隙,當(dāng)出現(xiàn)一定偏壓情況時(shí),可避免閥桿與注油套之間的擦傷情況;利用裝置大修期間,對(duì)程控閥更換新的程控閥填料密封型式。⑥查看吸附塔壓力參數(shù)變化趨勢(shì),出現(xiàn)嚴(yán)重偏離工藝指標(biāo)范圍,程控閥內(nèi)漏嚴(yán)重影響裝置運(yùn)行時(shí),要及時(shí)停車處理,并對(duì)程控閥閥體解體更換備件,嚴(yán)格要求進(jìn)行配裝,確保安裝檢修質(zhì)量。與廠家聯(lián)系對(duì)閥桿、半圓環(huán)等部件制造工藝進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)行強(qiáng)化滲氮處理,使氮原子滲入鋼的表面,形成富氮硬化層,使其滲氮處理后零件具有高的硬度、耐磨性及高的疲勞強(qiáng)度,較高的抗咬合性,較高的抗蝕性,增強(qiáng)閥桿等部件使用壽命,有效避免程控閥內(nèi)漏的發(fā)生;定期對(duì)程控閥維護(hù)保養(yǎng),對(duì)閥桿進(jìn)行涂抹黃油、潤(rùn)滑保養(yǎng),使程控閥開關(guān)靈敏。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)循環(huán)氫氣變壓吸附裝置出現(xiàn)程控閥問(wèn)題進(jìn)行逐項(xiàng)分析,采取可靠的解決措施,程控閥出現(xiàn)故障的頻次得到徹底處理與合理管控,有效避免因程控閥故障問(wèn)題而減少吸附劑使用壽命的問(wèn)題;使加氫反應(yīng)系統(tǒng)中循環(huán)氫氣純度控制在工藝指標(biāo)范圍內(nèi),有效調(diào)控加氫系統(tǒng)壓力,減少副反應(yīng)的發(fā)生,提高了草酸酯轉(zhuǎn)化率,延長(zhǎng)加氫催化劑的使用壽命。