聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)改造

摘 要 介紹聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門的作用、組成結(jié)構(gòu)以及閥門在化工生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障。分別針對全密度聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)和高密度聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)出現(xiàn)的故障進行分析研究，基于閥門位置開關(guān)檢測原理和閥門位置開關(guān)安裝方式，分別對閥門位置開關(guān)檢測片進行優(yōu)化改進，對閥門位置開關(guān)安裝位置和檢測結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，解決了聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)故障，極大地改善了閥門的穩(wěn)定性，保證了閥門的長周期平穩(wěn)運行。

關(guān)鍵詞 閥門 出料系統(tǒng) 閥門位置開關(guān) 檢測片

中圖分類號 TP214 " 文獻標志碼 B " 文章編號 1000-3932（2024）04-0742-04

聚乙烯產(chǎn)品根據(jù)聚合方法、分子量大小和鏈結(jié)構(gòu)的不同，分為高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）和線性低密度聚乙烯（LLDPE）產(chǎn)品。高密度聚乙烯產(chǎn)品機械強度高、加工性能好、耐滲透性好，廣泛應用于生產(chǎn)生活中；低密度聚乙烯產(chǎn)品的應用范圍也比較廣泛，主要應用于塑料產(chǎn)品、模制產(chǎn)品等；與低密度聚乙烯產(chǎn)品相比，線性低密度聚乙烯具有優(yōu)異的耐環(huán)境應力開裂性能和電絕緣性，較高的耐熱性能、抗沖及耐穿刺性能等。聚合裝置反應器粉料出料系統(tǒng)由于工藝專利商不同，選用的閥門和出料控制系統(tǒng)有所不同，但是出料系統(tǒng)的作用是相同的，即把反應器產(chǎn)生的聚合粉料樹脂分批送到產(chǎn)品后續(xù)單元。一般每個裝置都有兩套出料系統(tǒng)（包括工藝設(shè)備——罐，儀表設(shè)備——出料系統(tǒng)閥門、壓力表及出料控制系統(tǒng)（順控程序）等），產(chǎn)品樹脂粉料通過這兩套交替使用的產(chǎn)品出料系統(tǒng)間歇地從反應器中排出，正常情況下交替操作，但每套出料系統(tǒng)又可獨立工作。粉料樹脂產(chǎn)品按照時間和壓力的邏輯關(guān)系，從反應器進入產(chǎn)品出料罐，再從產(chǎn)品出料罐落入產(chǎn)品吹出罐，然后被送往粉料脫氣系統(tǒng)的產(chǎn)品脫氣倉。當一套出料系統(tǒng)故障時，能夠?qū)崿F(xiàn)單套出料，進而保證反應器（裝置）不停車，一般單套運行需要適當降低生產(chǎn)負荷。

作為聚合裝置反應器出料系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的控制閥，對其性能要求更加苛刻，實際應用中出料系統(tǒng)閥門開關(guān)次數(shù)高達10～150 萬次/年，閥門開關(guān)行程時間小于3 s，并且應用在粉料、振動等環(huán)境惡劣場合。伴隨粉料的出料過程，還有高壓差和裝置出料時的振動對閥門的影響。此外，產(chǎn)品介質(zhì)也往往含有研磨性元素，連續(xù)聚合可能導致聚合物在某些閥門部件閥芯中積聚。這就需要出料系統(tǒng)閥門能夠滿足出料系統(tǒng)的高頻次動作，閥門開關(guān)正常，并且及時處理故障閥門，以保證兩套出料系統(tǒng)運行正常。因此，出料系統(tǒng)閥門在出料系統(tǒng)中變得尤為重要，維護聚合裝置出料系統(tǒng)閥門平穩(wěn)長周期運行成為重點工作。

1 出料系統(tǒng)閥門簡介

如圖1所示，出料系統(tǒng)閥門控制回路主要由閥體、執(zhí)行機構(gòu)、氣源（氣路附件）、電磁閥、位置開關(guān)、安全柵及控制系統(tǒng)等組成。

聚合裝置出料系統(tǒng)閥門數(shù)量較多，全密度兩條反應器出料系統(tǒng)使用56臺閥門，高密度出料系統(tǒng)使用11臺，并且每臺閥門附件繁多。出料系統(tǒng)閥門的任何附件、單元出現(xiàn)故障，都會造成閥門指示不準確或出料故障，嚴重影響生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運行。

自開工以來，統(tǒng)計出料系統(tǒng)閥門故障次數(shù)，發(fā)現(xiàn)閥門位置開關(guān)故障一直屬于故障較多的項。筆者就裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)出現(xiàn)的故障進行解釋說明及改造。

閥門位置開關(guān)就是閥門到達一定位置的指示器，安裝在現(xiàn)場控制閥上，將閥的啟閉位置以開關(guān)量信號輸出給外部或遠端監(jiān)控設(shè)備，如中控室的指示燈、DCS、PLC等進行發(fā)光或顯示，或?qū)⑿盘柼峁┙o相應的聯(lián)鎖程序加以控制。種類有觸點式閥門位置開關(guān)、無觸點式（接近式）閥門位置開關(guān)，全密度聚乙烯裝置、高密度聚乙烯裝置都使用的是接近式閥門位置開關(guān)。

接近式閥門位置開關(guān)是一種非接觸型檢測裝置，按工作原理可分為電渦流型、電容型、感應電橋型等。它將感應探頭安裝在預先固定好的位置，當安裝于閥桿上的金屬桿（檢測片）接近探頭時，會產(chǎn)生一定的高電平或低電平感應電壓，再通過相應的安全柵轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號。此類閥門位置開關(guān)抗環(huán)境干擾性能較好、工作可靠，適用于操作頻率高的場合。

2 全密度聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)改造

2.1 閥門位置開關(guān)使用情況

全密度聚乙烯裝置反應器有兩套產(chǎn)品出料系統(tǒng)，正常情況下交替操作，但每套出料系統(tǒng)又可獨立工作。產(chǎn)品出料系統(tǒng)由兩個產(chǎn)品出料罐和兩個產(chǎn)品吹出罐組成。粉料樹脂產(chǎn)品按照時間和壓力邏輯關(guān)系，從反應器進入產(chǎn)品出料罐，再從產(chǎn)品出料罐落入產(chǎn)品吹出罐，然后被送往粉料脫氣系統(tǒng)的產(chǎn)品脫氣倉。每套出料系統(tǒng)由A、B、C、D、E、G、H、J、L（各兩臺）控制閥、兩套出料系統(tǒng)間的兩臺控制閥W、X（平衡兩套系統(tǒng)的物料）、常開兩臺R閥和排放系統(tǒng)兩臺P1閥組成，全密度聚乙烯裝置總計有24臺出料系統(tǒng)閥門組成，出料系統(tǒng)的邏輯控制由PLC完成。全密度PDS出料系統(tǒng)簡圖如圖2所示（1 psi=6.895 kPa）。

查閱歷年出料系統(tǒng)閥門故障記錄和儀表管理系統(tǒng)記錄發(fā)現(xiàn)，出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)故障次數(shù)排在首位，通過對這些故障分析發(fā)現(xiàn)，全密度聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門的閥門位置開關(guān)質(zhì)量（檢測單元）沒有問題，滿足閥門正常運行的要求。但由于出料系統(tǒng)閥門屬高頻率開關(guān)閥，并且每次工藝出料閥開關(guān)時都伴隨著振動，因此造成檢測片與檢測單元有了一定的振動距離，這種距離如果過大，就會造成檢測信號丟失。信號連續(xù)丟失會造成全密度聚乙烯裝置出料系統(tǒng)故障，進而造成裝置降負荷或者循環(huán)。

2.2 閥門位置開關(guān)改造

通過查看閥門位置開關(guān)檢測信號丟失情況，發(fā)現(xiàn)全密度出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)檢測信號丟失主要表現(xiàn)在檢測片與檢測單元感應距離或面積發(fā)生了偏移所致。分析造成這種情況的原因，應是全密度聚乙烯出料系統(tǒng)閥門在裝置運行出料時會有振動，這種振動會造成檢測單元與檢測片之間距離不穩(wěn)定，時遠時近，且檢測面積有時發(fā)生偏移。

由于出料系統(tǒng)閥門的特殊性，這種高頻閥門需要定期下線維護和保養(yǎng)，但由于現(xiàn)場使用情況往往不是整體下線，而是采用的分體下線，這就造成原來的位置開關(guān)等附件不是首次使用的閥門附件，在更換備件（閥體、執(zhí)行機構(gòu)）后安裝在閥門連接件上的檢測片會出現(xiàn)一定位置偏移。伴隨著裝置運行出料造成的振動會使這種偏移距離加大，偏移距離過大就會造成檢測信號丟失。

由于出料系統(tǒng)閥門屬于裝置關(guān)鍵閥門，為保證其能夠長周期運行，必須定期對閥體、執(zhí)行機構(gòu)等進行預防性下線維護，由于閥門生產(chǎn)批次不一致，所以每個閥門的連接件、位置開關(guān)等也都不一致。因此，造成每次維護更換閥體或執(zhí)行機構(gòu)后會有一些故障現(xiàn)象，引起工藝波動。針對這個問題，閥門位置開關(guān)與檢測片始終保持相對距離不變，防止檢測信號丟失，是亟需解決的問題。

由于閥門出料時的振動無法避免且現(xiàn)場安裝位置固定，因此客觀運行環(huán)境無法改變，只能查找閥門位置開關(guān)的檢測面積變化的原因。通過觀察閥門運行情況，由于位置開關(guān)檢測探頭和檢測片屬于相向平行轉(zhuǎn)動，裝置振動會造成位置開關(guān)檢測探頭和檢測片不在一個中心平面內(nèi)，出現(xiàn)檢測探頭和檢測片錯位的情況，只要增大這兩個檢測裝置就不會造成信號丟失。由于位置開關(guān)探頭價格昂貴且不易改變，因此只能增大閥門位置開關(guān)檢測片面積來實現(xiàn)檢測面積不變化，從而保證信號不丟失。首先用金屬膠水增大4個E閥的檢測片進行試驗，3個月后發(fā)現(xiàn)改進措施能夠滿足閥門動作長周期使用，閥門未出現(xiàn)因位置開關(guān)檢測信號丟失引起的故障。接著使用鋁錠完成了檢測片的制作，使新的檢測片面積大約是舊檢測片的3倍。安裝完成后，裝置系統(tǒng)以及閥門動作引起的振動都不會引起檢測面積變小。歷經(jīng)數(shù)月的觀察發(fā)現(xiàn)，全密度聚乙烯裝置再未發(fā)生因閥門位置開關(guān)造成的出料系統(tǒng)“單腿”運行情況。新、舊檢測片如圖3所示。

3 高密度出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)改造

3.1 閥門位置開關(guān)使用情況

高密度聚乙烯裝置產(chǎn)品出料系統(tǒng)由DCS順控程序及現(xiàn)場11臺閥門組成。從環(huán)管反應器淤漿加熱器出來的淤漿包含著粉料和高溫過熱烴蒸氣。粉料依靠重力從粉料罐V4001進入中間料斗V4002A/B交替運行，再由V4002A/B排入低壓閃蒸罐V4003。氣體和細粉從粉料罐V4001罐頂部排出，細粉由過濾器S4001A/B過濾后收集在S4001A/B底部，被定期排往低壓閃蒸罐V4003，閃蒸掉大部分烴類。

出料系統(tǒng)閥門作為粉料產(chǎn)品抽出的關(guān)鍵設(shè)備，工藝要求閥門開關(guān)速度要快、可靠性要好。但是高密度裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)頻繁故障導致裝置循環(huán)、停工，嚴重制約了高密度裝置的平穩(wěn)長周期運行。通過對故障位置開關(guān)檢查，發(fā)現(xiàn)大部分故障都是因為位置開關(guān)檢測片斷裂、位置開關(guān)探頭損壞造成。對檢測片斷裂、位置開關(guān)探頭損壞情況的觀察和分析，發(fā)現(xiàn)檢測片斷裂和位置開關(guān)探頭損壞都是由于閥門動作時檢測片和位置開關(guān)探頭相向而行，而閥門動作和裝置出料時存在振動，這個振動造成了檢測片和位置開關(guān)探頭之間的檢測距離變化，如果振動過大，檢測片和位置開關(guān)發(fā)生碰撞從而造成故障。由于發(fā)生故障的隨機性，有許多次發(fā)生在值班或者夜班情況下。而且位置開關(guān)和檢測片安裝于閥門執(zhí)行機構(gòu)與閥體連接件處（圖4），維護空間小，更換困難，處理時間過長，嚴重影響工藝生產(chǎn)。

3.2 閥門位置開關(guān)整改

由于閥門動作和裝置出料時的振動無法避免，只能對位置開關(guān)進行整改。分析發(fā)現(xiàn)由于位置開關(guān)探頭和檢測片檢測時相向而行，當振動偏大時就會造成閥門位置開關(guān)與探頭相撞，多次相撞加深探頭損壞甚至檢測片斷裂。

為了保證閥門位置開關(guān)不相撞，并且易于維護，通過現(xiàn)場觀察并與閥門廠家、位置開關(guān)廠家溝通，決定對位置開關(guān)安裝位置進行更改，并且模塊化制作閥門位置開關(guān)和檢測片。首先把相向而行的方式改為平行移動，減少閥門撞擊的可能性。接著把閥門位置開關(guān)安裝在執(zhí)行機構(gòu)側(cè)，模塊化制作的位置開關(guān)組件便于故障后維護。加工完成11臺出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)模塊，閥門位置開關(guān)模塊安裝如圖5所示。

4 閥門位置開關(guān)維護注意事項

通過整改，明顯降低了全密度、高密度出料系統(tǒng)閥門的故障次數(shù)，保障了裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)。但是還有些建議和不足之處：

a. 全密度裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)使用的鋁制檢測片易氧化、易斷裂（尤其在拆卸時），建議更換為鐵質(zhì)或不銹鋼檢測片。

b. 出料系統(tǒng)閥門作為裝置關(guān)鍵閥門，在備件使用和準備上做到賬目清晰，擺放明顯，便于及時維護，最好能夠做到備件統(tǒng)一（每個裝置的位置開關(guān)和型號不同），更換和使用更方便，降低維護成本。

c. 加強維護人員技術(shù)水平，提高處理能力，有針對性地編寫應急預案。

5 結(jié)束語

出料系統(tǒng)閥門是聚合裝置平穩(wěn)運行的關(guān)鍵設(shè)備和核心，降低出料系統(tǒng)閥門的故障率、延長閥門的平穩(wěn)運行周期是提高聚合裝置的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品效益、保障穩(wěn)定運行的最直接方式。閥門位置開關(guān)雖然是化工生產(chǎn)現(xiàn)場中非常不起眼的閥門附件，但其作用卻不容小覷。通過改造這兩個裝置閥門位置開關(guān)，提高了維護人員準確判斷故障原因的能力，為聚合生產(chǎn)裝置的連續(xù)安穩(wěn)生產(chǎn)保駕護航。

（收稿日期：2023-10-25，修回日期：2023-12-22）