空分設備氣動式閥門與入口導葉的技改與維護檢修

周金城（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山　243000）

空分設備氣動式閥門與入口導葉的技改與維護檢修

周金城
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山243000）

【摘要】介紹了空壓機防喘振閥與入口導葉、氧氣輸送閥與放空閥、分子篩吸附器切換閥存在問題及改造措施，闡述了空分設備低溫與常溫氣動閥門、氮壓機入口導葉存在問題及維護檢修措施。

【關鍵詞】空分設備；閥門；入口導葉；卡阻；調節性能；壓力

Technical Modification and Maintenance of the Pneumatic Valve and Inlet Guide Vane in Air Separating Plant

ZHOU Jincheng
(The Gases Sale Co. of Maanshan Iron and Steel Co., Ltd., Maanshan, Anhui 243000, China)

【Abstract】Existing problems in the anti- surge valve and inlet guide vane, oxygen transfer valve and vent valve and switch valve of molecular sieve absorber of air separating plant and modification measures are introduced. Existing problems in the low- temperature and room temperature pneumatic valves and the inlet guide vane of nitrogen compressor and maintenance measures are also discussed.

【Key words】air separating plant; valve; inlet guide vane; jamming; adjusting function; pressure

1　引言

氣動式閥門與入口導葉是空分設備配備常用終端控制元件。馬鞍山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱馬鋼）20000 m3/h與35000 m3/h空分設備配備控制閥與入口導葉均為氣動式。

20000m3/h空分設備由杭氧設計制造，采用雙層臥式分子篩吸附器吸附凈化、膨脹空氣進下塔、氧氣內壓縮與氮氣外壓縮流程。

35000m3/h空分設備由法液空設計制造，采用雙層立式徑向流分子篩吸附器吸附凈化、膨脹空氣進上塔、氧氣與氮氣均為外壓縮流程。

20000m3/h與35000 m3/h空分設備自投產后，馬鋼針對配備氣動式閥門與入口導葉運行中存在問題，采用針對性技術改造方法與有效維護檢修措施，使氣動式閥門與入口導葉調節性能正常，保證空分設備安全穩定運行。

2　技術改造

2.1空壓機防喘振閥

20000m3/h空分設備空壓機配備1只氣閉式防喘振閥。在空壓機啟動時，通過逐步關小防喘振閥，提高出口壓力。在空壓機停機、跳機時，通過開啟防喘振閥，降低出口壓力，避免空壓機喘振。

2.1.1存在問題及原因分析

20000m3/h空分設備自投產，空壓機防喘振閥調節性能低，未能滿足空壓機啟動升壓、停機降壓、跳機卸壓需要。防喘振閥故障時空壓機狀況見表1。

表1　防喘振閥故障時空壓機狀況

經過多次對防喘振閥檢查，發現連接閥瓣處閥桿銹跡現象嚴重，閥瓣O形密封件變形且密封件被灰褐色固體結垢物覆蓋，使防喘振閥動作緩慢或閥門卡阻。

2.1.2改造措施及效果

在2004~2007年，為防止防喘振閥閥桿生銹、閥瓣O形密封件變形或結垢，對防喘振閥連接閥瓣處閥桿鍍鉻，避免銹跡產生。實際效果不佳，仍無法避免空壓機帶載停機、跳機。

在2008年5月，為防喘振閥旁通1只設有電磁閥的氣閉式快速放散閥，該閥門為兩位閥。在空壓機停機、跳機時，快速放散閥的電磁閥失電，快速放散閥在5 s內全開，空壓機完全卸載，避免空壓機出現“喘振”現象。

在2009年4月，針對空壓機啟動升壓時，防喘振閥調節性能低，閥門動作緩慢現象，將原配備防喘振閥整體更換。新防喘振閥更換后，對防喘振閥進行PID參數設定，使防喘振閥1%開度調節響應時間不大于4 s，以此提高閥門調節性能，滿足空壓機啟動升壓需要。

空壓機增設的快速放散閥與更換的防喘振閥構成空壓機防喘振閥門系統運行至今，達到空壓機啟動升壓、停機降壓、跳機卸壓要求，有效避免空壓機喘振，效果顯著。

2.2空壓機入口導葉

20000m3/h空分設備空壓機配備1套氣動式入口導葉，入口導葉由定位器、執行機構與轉動葉片組成。

2.2.1存在問題及原因分析

20000m3/h空分設備正常運行時，空壓機出口壓力與流量出現間斷、無規則波動現象，造成在分子篩吸附器升壓階段發生多起粗氬塔氮塞、下塔液泛故障。對空壓機檢查發現，安裝在入口導葉執行機構支架上定位器因振動大發生故障，使入口導葉無規則波動，空壓機出口壓力與流量波動。

空壓機入口導葉安裝在緊鄰一級工作輪的進氣管道上，在空壓機運行時，進氣管道高頻振動大，導致安裝在執行機構支架上定位器因振動大而發生故障。

2.2.2改造措施及效果

為消除空壓機進氣管道高頻振動對入口導葉定位器影響，使定位器正常工作，對入口導葉定位器進行移位技術改造。

采用入口導葉定位器與執行機構分開安裝方法。將入口導葉原配備定位器更換為分體式閥門定位器，分體式閥門定位器由內置閥位變送器與分體式閥位傳感器組成。將內置閥位變送器移至空壓機機架外側，安裝在輕微振動的固定支架上，僅將抗振性能好的分體式閥位傳感器安裝在入口導葉執行機構上。

入口導葉閥位信號由分體式閥位傳感器輸出，通過增設儀表電纜送至內置閥位變送器，內置閥位變送器將輸出氣源信號由增設外接氣路信號管傳至入口導葉執行機構，調節入口導葉轉動葉片角度。

2012年1月，入口導葉定位器移位改造完成，定位器在微振動環境中運行至今，未發生故障，空壓機出口壓力與流量穩定，效果明顯。

2.3氧氣輸送閥與放空閥

20000m3/h空分設備氧氣輸送閥與放空閥均為氣動薄膜閥，閥門類型為蝶閥。在管網氧氣壓力波動時，調節氧氣輸送閥與放空閥，使出主換熱器熱端氧氣流量與壓力穩定。

2.3.1存在問題及原因分析

在20000 m3/h空分設備運行，氧氣管網壓力波動大時，氧氣流量因氧氣輸送閥與放空閥調節性能低波動幅度大，嚴重影響空分工況。

氧氣管網壓力升幅過快時，氧氣輸送閥與放空閥無法及時調節，氧氣流量降幅大，造成液氧泵出口壓力高聯鎖跳機。

氧氣管網壓力過低時，氧氣輸送閥與放空閥調節效果不佳，氧氣流量高，造成粗氬塔“氮塞”。

通過對氧氣管網壓力波動與空分設備氧氣流量變化分析，認為上述現象是由于氧氣輸送閥與放空閥為蝶閥所致，此類閥門調節性能低，不適應馬鋼氧氣管網頻繁波動的特點，閥門選型不佳。

2.3.2改造措施及效果

將氧氣輸送閥與放空閥整體更換，閥門仍選擇氣動薄膜閥，閥門類型改為套筒閥，同時對閥門加裝增速器，提高閥門調節性能。并且對兩只閥門響應速度與控制重新進行匹配。

2004年10月，氧氣輸送閥與放空閥改造后，閥門調節靈敏，20000 m3/h空分設備氧氣流量穩定。

2.4分子篩吸附器切換閥KV1202

35000m3/h空分設備分子篩吸附器配備切換閥KV1202為國外廠家制造氣動式三桿閥。該氣動式三桿閥由主閥部分閥桿、主動桿、從動桿、固定桿與執行機構氣缸、活塞、活塞桿、推桿組成。

2.4.1存在問題及原因分析

35000m3/h空分設備自投產，B#分子篩吸附器空氣進氣閥KV1202在閥門開啟時，閥門逐漸出現動作緩慢、卡阻、未開啟現象。

為使分子篩吸附器正常運行，通過調節切換閥KV1202執行機構力臂與氣缸儀表氣源壓力，使切換閥KV1202正常開啟，但實際效果不佳。

為保證設備穩定運行，增設1臺小型手動葫蘆吊，在切換閥KV1202未能開啟，DCS控制畫面出現切換閥門反饋信號報警時，人為使用手動葫蘆吊沿三桿閥執行機構氣缸活塞桿開啟方向拉動活塞桿運動，使切換閥KV1202開啟。

為查明切換閥未能開啟原因，在空分設備停機時，在切換閥KV1202進氣連接管道上制作一只“人孔”，從管道內部檢查閥門主動桿、從動桿與閥板狀況，閥門連桿機構無損壞現象，動作正常。在管道外部檢查閥門執行機構，發現活塞運動有卡澀現象。經向閥門制造廠咨詢得知，該三桿閥氣缸配備活塞桿長度設計不佳，執行機構力矩偏小，執行機構無法推動連桿機構運動，造成切換閥KV1202未能開啟。

2.4.2改造措施及效果

利用手動葫蘆吊使切換閥KV1202氣缸內活塞運動，開啟閥門，造成切換閥KV1202氣缸、活塞桿已嚴重變形，無法修復，為此更換切換閥KV1202。

因訂購該進口原型號三桿閥時間長、價格高，遂對切換閥KV1202進行國產化技術改造，專門訂購1只適合B#分子篩吸附器運行的國產三桿閥KV1202。

根據B#分子篩吸附器實際運行參數，切換閥KV1202開啟時所承受最大壓差數值，尤其氣缸配備活塞桿長度，專門設計制造1只國產三桿閥，使之在有效動作時間內能完全正常開啟、關閉。

2002年，國產氣動三桿閥KV1202運行至今，閥門開啟、關閉均正常，效果較好。

3　維護檢修措施

3.120000 m3/h空分設備常溫氣動閥返廠維修

3.1.1存在問題

馬鋼20000 m3/h空分設備配備常溫氣動閥由無錫工裝設計制造。20000 m3/h空分設備運行至2009年，氣動閥門發生多起故障，影響設備安全穩定運行。常溫氣動閥門故障狀況見表2。

表2　20000 m3/h空分設備常溫氣動閥門故障狀況

3.1.2維護檢修措施

利用20000 m3/h空分設備2009年熱備用時間長，將8只分子篩吸附器切換閥、空冷塔進氣閥、氮氣放散閥、污氮氣壓力調節閥拆卸，運至閥門制造廠維修。制造廠對返廠維修閥門，根據故障狀況分別更換執行機構總成、氣缸、O形密封墊片、軸承、彈簧，消除氣動閥門故障。

20000m3/h空分設備自2010年3月啟動運行至今，常溫氣動閥門調節性能較好，效果明顯。

3.214500 m3/h與20000 m3/h氮壓機入口導葉卡阻處理

20000m3/h空分設備配備14500 m3/h氮壓機與35000 m3/h空分設備配備2#20000 m3/h氮壓機均為英格索蘭設計制造。2臺氮壓機入口導葉均選用1只同類型氣動蝶閥作為入口導葉。

14500m3/h氮壓機設置在密閉廠房內，20000 m3/h氮壓機露天設置，僅建有半封閉式防雨棚。

3.2.1存在問題

14500m3/h與20000 m3/h氮壓機投產后，入口導葉均出現卡阻現象。造成運行氮壓機停機或跳機時無法卸載、啟動后無法加載、啟動時負載大電流高啟動失敗。

14500m3/h氮壓機入口導葉卡阻均發生在氮壓機長期備用后啟動時，20000 m3/h氮壓機入口導葉卡阻均發生冬季低溫狀態。

經對14500 m3/h氮壓機入口導葉檢查發現，長期處于備用狀態氮壓機入口導葉即氣動蝶閥執行機構轉動部件銹蝕嚴重，造成入口導葉卡阻。

經對20000 m3/h氮壓機入口導葉冬季低溫、夏季高溫對比檢查發現，因20000 m3/h氮壓機露天設置，在冬季低溫環境下，入口導葉即氣動蝶閥閥板變形，造成入口導葉卡阻。

3.2.2維護檢修措施

定期對備用狀態14500 m3/h入口導葉即氣動蝶閥執行機構轉動部件添加潤滑油，避免轉動部件銹蝕。

對20000 m3/h氮壓機入口導葉即氣動蝶閥增設電伴熱帶，同時對入口導葉增設保溫材料，避免閥板在低溫環境變形。

以上維護檢修措施實施后，14500 m3/h與20000 m3/h氮壓機運行至今，氮壓機入口導葉未有卡阻現象，效果顯著。

3.335000 m3/h空分設備低溫氣動薄膜閥更換

3.3.1存在問題

35000m3/h空分設備配備低溫氣動薄膜閥均為法液空提供，空分設備自1998年投產，低溫氣動薄膜閥故障率逐年增加。該類型氣動薄膜閥均未設置手柄進行手動控制，在閥門故障時，對空分設備工況影響大。

因閥門備件采購時間長、價格高，閥門故障時無法及時處理，經常“帶病”運行，未能保證設備安全穩定運行。同時，因低溫氣動薄膜閥調節性能逐年下降，35000 m3/h空分設備自動變負荷技術改造無法實施。

3.3.2維護檢修措施

經對35000 m3/h空分設備低溫氣動薄膜閥故障歸類分析及閥門狀況排查，向原閥門設計、制造廠訂購一批同型號閥門及執行機構。

2011年，在35000 m3/h空分設備改造性大修冷箱扒砂時，將10只氣動薄膜閥整體更換、9只氣動薄膜閥膜頭更換。

35000m3/h空分設備低溫氣動薄膜閥及閥門膜頭更換后，設備運行至今，閥門調節性能正常。同時，35000 m3/h空分設備自動變負荷技術改造完成。

3.435000 m3/h空分設備常溫氣動調節閥修復

35000m3/h空分設備常溫氣動調節閥均為法液空提供，氧氣放空閥FIC1510B、空冷塔液位調節閥LIC1007、空氣短路循環調節閥HV1215配備氣動執行機構均為同一型號。執行機構轉軸安裝1只滾動軸承，軸承水平不受力，僅起固定、滑動作用。

3.4.1存在問題

2013年10月12日，35000 m3/h空分設備運行時，氧氣放空閥FIC1510B在DCS控制畫面已全開，氧氣產量由32500 m3/h降至2800 m3/h，上塔與下塔壓力上升。

經對氧氣放空閥FIC1510B檢查發現，該閥門現場處于全關狀態，閥門執行機構滾動軸承密封蓋銹蝕脫落，軸承內套及部分滾珠脫落，軸承未脫落滾珠銹蝕嚴重。

同時對LIC1007、HV1215氣動調節閥檢查發現，執行機構滾動軸承滾珠均已嚴重銹蝕。

3.4.2維修檢修措施

因訂購該型號閥門執行機構周期長，馬鋼自行加工3只耐磨性好的銅套代替滾動軸承，同時，加工安裝新的密封蓋，避免執行機構轉動部件故障。

上述3只氣動常溫調節閥修復后，35000 m3/h空分設備運行至今，閥門調節性能正常，效果較好。

4　結束語

針對20000 m3/h與35000 m3/h空分設備運行中，氣動閥門與入口導葉出現各種問題，采用針對性技術改造方法與有效維護檢修措施，使氣動閥門調節性能正常，保證空分設備安全穩定運行。

熱電

作者簡介：周金城（1971－），男，1994年畢業于馬鋼職工大學制氧專業，制氧高級技師，現從事制氧生產技術工作。

收稿日期：2015－01－30

【中圖分類號】TB657.7

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)04-0024-03