聚丙烯裝置PDS閥門故障分析及處理措施

［摘 要］茂名石化20 萬t/a 聚丙烯裝置產(chǎn)品排放系統(tǒng)PDS 切斷閥，由于閥門的高速開關和高頻次動作，要求其具有非常強的耐受力和耐磨性能，且對執(zhí)行機構(gòu)及附件的要求也很高。文章介紹了聚丙烯裝置高頻PDS 閥門的故障狀況，對故障進行了分析并采取了改進措施，以降低其故障率，提高使用壽命。

［關鍵詞］PDS 閥門；高頻；執(zhí)行機構(gòu)；故障；閥位開關

［中圖分類號］TQ325.14 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0055–03

茂名石化20 萬t/a 聚丙烯裝置共有36 臺PDS 切斷閥，在生產(chǎn)過程中的主要作用是將反應器粉料排放到接收罐，閥門的開關時間1～2 s，動作頻次最高125萬次/a。閥門投用后故障較多，主要故障發(fā)生在高頻執(zhí)行機構(gòu)。故障頻發(fā)對生產(chǎn)造成影響，為減少閥門故障，統(tǒng)計分析故障原因，以及采取對應措施降低故障。

1 聚丙烯裝置PDS閥門概況

聚丙烯裝置PDS 切斷閥口徑從DN25 到DN250不等，使用的執(zhí)行機構(gòu)類型有齒輪齒條式、撥叉式及扇形執(zhí)行機構(gòu)3 種，作用形式均為單作用，閥門生產(chǎn)廠家為ARGUS，執(zhí)行機構(gòu)的生產(chǎn)廠家為AUTOMAX及KINETROL，KINETROL 廠家生產(chǎn)扇形執(zhí)行機構(gòu)，用于5 臺高頻動作125 萬次/a 的閥門。聚丙烯裝置PDS 閥門統(tǒng)計見表1。

2 閥門執(zhí)行機構(gòu)的類型

閥門的執(zhí)行機構(gòu)一般有齒輪齒條式、撥叉式及扇形3 種，尺寸小于DN100 的閥門，使用齒輪齒條式執(zhí)行機構(gòu)，大尺寸的閥門使用的是撥叉式執(zhí)行機構(gòu)，高頻動作125 萬次/a 的5 臺閥門使用扇形執(zhí)行機構(gòu)。

2.1 齒輪齒條式執(zhí)行機構(gòu)

齒輪齒條式執(zhí)行機構(gòu)是常用的執(zhí)行機構(gòu)，用在扭矩較小的切斷閥，靠輪齒齒條傳動，動作平穩(wěn)可靠，使用廣泛。36 臺閥門中有19 臺為此種執(zhí)行機構(gòu)，應用于閥門尺寸小于DN100，閥門計算扭矩小于500N · m 的場合。這種執(zhí)行機構(gòu)由于閥門扭矩小，動作平穩(wěn)，故障率較低。

2.2 撥叉式執(zhí)行機構(gòu)

撥叉式執(zhí)行機構(gòu)主要用在口徑大，扭矩大的閥門，其扭矩隨角度改變而改變，相比齒輪齒條式，撥叉式執(zhí)行機構(gòu)更能節(jié)省力矩，耗氣量也較小。36 臺閥門中12 臺采用了撥叉式執(zhí)行機構(gòu)，主要用在DN100 及以上尺寸，閥門扭矩大于1 500N · m 的場合，這種執(zhí)行機構(gòu)扭矩大，動作速度快，故障率較高。

2.3 扇形執(zhí)行機構(gòu)

扇形執(zhí)行機構(gòu)為葉片式，輸出軸和葉片為整體鑄造，無動作間隙及金屬摩擦，0° ～90°的動作輸出扭矩恒定，動作速度快，無曲柄或齒輪，沒有動力損失，在目前執(zhí)行機構(gòu)中較為簡單、合理、可靠。36臺閥門中5 臺高頻閥使用，動作頻率高達125 萬次/a，但由于動作頻率高且速度快，故障率也高。

3 故障統(tǒng)計分析

3.1 故障統(tǒng)計

自裝置投產(chǎn)后，PDS 閥門的故障率較高，表2 為PDS 閥門2017—2020 年的主要故障統(tǒng)計。

3.2 故障分析

按表2 的故障分類，將PDS 閥門的故障分為閥位開關、執(zhí)行機構(gòu)、閥體及其他附件4 類故障，閥位開關的故障高達50%，執(zhí)行機構(gòu)占28%，閥體故障占13%，其他附件如電磁閥、過濾減壓閥等故障占9%。

3.2.1 閥位開關故障

切斷閥閥位開關為WESTLOCK 2649 系列，閥位開關內(nèi)有直徑為1/4 英寸的轉(zhuǎn)軸與執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)接，閥位開關隨閥門轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)動高頻次及高速度，此轉(zhuǎn)軸斷裂導致閥位開關故障頻繁，90% 的故障發(fā)生在高頻次及高速動作閥門上。閥位開關及其轉(zhuǎn)軸示意如圖1 所示。

3.2.2 閥門執(zhí)行機構(gòu)故障

閥門的動作頻次越高，其執(zhí)行機構(gòu)故障越高，高頻動作125 萬次/a 的5 臺閥門，其執(zhí)行機構(gòu)先后出現(xiàn)彈簧故障，其他頻次較高的DN150、DN200 的執(zhí)行機構(gòu)彈簧也出現(xiàn)故障。

3.2.3 閥體故障

閥體故障較低，占總體故障率的13%，主要故障為閥軸磨損及球面磨損，其中，閥軸磨損較為嚴重，2021 年大修拆下檢修的閥門共12 臺，其中3 臺閥軸磨損需要更換。

3.2.4 故障分析結(jié)論

故障閥門中， 查其動作時間， 閥門要求的打開或關閉行程時間小于1 s，對于DN100，DN150，DN200 這些尺寸的閥門，其動作時間小于1 s，要求十分苛刻。閥門尺寸越大，其動作速度越快，則故障越高。閥門高頻動作125 萬次/a 的5 臺閥門，故障率最高，占閥門故障的50%。

通過以上分析不難發(fā)現(xiàn)，影響故障的因素為閥門動作速度及頻次，閥位開關、執(zhí)行機構(gòu)及閥體的故障都受這兩個因素影響。動作頻次及動作速度由生產(chǎn)過程決定，無法改變，要降低故障，不僅要改進動作頻次高及動作速度快的執(zhí)行機構(gòu)，還要解決閥門開關的故障問題。

4 改進措施

4.1 閥位開關改進

為解決閥位開關轉(zhuǎn)軸斷裂的問題，設計了取消閥位開關轉(zhuǎn)軸的方案，用兩個非接觸式磁性開關，安裝在閥門支架兩側(cè)，利用閥轉(zhuǎn)軸突起齒輪鐵塊靠近閥位開關，改變開關狀態(tài)。閥位開關安裝示意如圖2 所示。

利用裝置檢修的機會，對所有PDS 閥門的閥位開關進行改造，改造后閥位開關故障率減少95%。改造后閥位開關安裝示意如圖3 所示。

4.2 閥門執(zhí)行機構(gòu)的改進

（1）更改高頻執(zhí)行機構(gòu)作用方式。高頻動作125萬次/a 的5 臺閥門，使用的執(zhí)行機構(gòu)為彈簧式單作用扇形執(zhí)行機構(gòu)，理論上這些執(zhí)行機構(gòu)可確保4 百萬次以上操作，但其彈簧結(jié)構(gòu)為盤簧，只能確保兩百萬次操作。為了提高執(zhí)行機構(gòu)的使用壽命，將執(zhí)行機構(gòu)的單作用方式改為雙作用方式，取消彈簧，現(xiàn)場增加儲氣罐以確保事故狀態(tài)下閥門關閉?，F(xiàn)場5臺高頻閥門，改雙作用扇形執(zhí)行機構(gòu)后，狀況良好，使用壽命由兩年提高到4 年。

（2）動作速度快的執(zhí)行機構(gòu)改型。速度極快（要求全行程時間小于1 s），尺寸為DN150 及DN200 的閥門各2 臺，這些閥門動作速度超過500kM/h，執(zhí)行機構(gòu)故障率高。這4 臺閥門執(zhí)行機構(gòu)原采用的是撥叉式執(zhí)行機構(gòu)，更換為扇形執(zhí)行機構(gòu)，更換后運行穩(wěn)定，使用壽命由兩年提高到4 年。

4.3 選擇國產(chǎn)閥門配件

閥門維修較為頻繁，每次拆檢時需要更換密封件，進口閥門配件較為昂貴，為了節(jié)省費用，選擇國產(chǎn)閥軸及閥體密封件，國產(chǎn)備件經(jīng)過測試，運行穩(wěn)定。

4.4 其他措施

除上述措施對閥門的改動，還采取了以下方法降低閥門故障。

（1）撥叉式執(zhí)行機構(gòu)活塞桿脫落，推動軸與撥叉連接處脫開，閥門頻繁動作時產(chǎn)生振動造成絲扣松動，采取打螺紋膠固定或焊死螺紋再回裝。

（2）對于尺寸大于DN100 的且垂直安裝無固定的切斷閥高頻執(zhí)行機構(gòu)，加裝彈性支架。

（3）檢查執(zhí)行機構(gòu)的氣源壓力，將閥門的氣源壓力調(diào)整到低于執(zhí)行機構(gòu)的最大操作壓力，有利于延長執(zhí)行機構(gòu)的使用壽命。

（4）投用閥門反吹氣，防止粉料進入閥門腔體，粉料進入腔體會造成扭矩加大，加劇閥門磨損及執(zhí)行機構(gòu)損壞。

5 結(jié)束語

通過對聚丙烯裝置PDS 閥門故障進行分析可知，閥門的高速開關和高頻次動作，使其故障率升高，故障對生產(chǎn)運行影響較大，通過對閥門采取改進措施，為裝置安全穩(wěn)定運行創(chuàng)造了良好的條件。

參考文獻

[1] 石油化工自動化儀表選型設計規(guī)范：SH/T 3005—2015[S].