Innovene氣相聚丙烯工藝氣鎖系統閥門常見故障及處理

張明陽,王 磊

(1.神華榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000;2中國石化北京燕山石化有限公司，北京 102502)

1 工藝概述

1.1 工藝簡述

Innovene氣相聚丙烯工藝主要包括聚合及擠壓造粒兩個生產工段，聚合工段主要包括催化劑單元、第一反應單元、氣鎖單元、第二反應單元、粉料脫氣失活單元，用來實現聚丙烯粉料的生產及脫氣失活處理，失活后的粉料經過粉料輸送系統輸送至擠壓造粒工段，經過熔融、混煉等操作，最終實現聚丙烯粒料產品的生產，經過包裝，實現了成品的生產。其中，第一反應單元及第二反應單元主要包括兩臺臥式攪拌固定床反應器，兩反應器串聯操作，根據生產牌號的不同，選擇性加入丙烯、乙烯、氫氣，為反應提供場所，實現粉料的生產。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意圖

在第一反應器(R201)與第二反應器(R251)之間設有氣鎖系統，氣鎖系統用于將第一反應器(R201)中產生的活性粉料產品無質量變化的轉移至第二反應器(R251)；同時，將第一反應器粉料中夾帶的氣體進行分離，經過過濾、壓縮、在不受污染的情況下將氣體返回到第一反應單元；除此之外，氣鎖單元可實現對兩個反應器系統的隔離，既能防止第一反應器(R201)中的氫氣竄入第二反應器(R251)中，在生產抗沖產品時，又能防止第二反應器(R-251)中的乙烯竄入第一反應器(R-201)中，避免了氣體之間的相互混合，造成雙反物料的交叉感染。

氣鎖器對反應器的隔離作用在生產高質量的抗沖共聚物產品時顯得尤為關鍵。在生產抗沖共聚產品時，第一反應器系統內含有大量的氫氣，而第二反應器系統含有少量的氫氣、乙烯及微量的氧，如果第一反應器高濃度的氫氣進入第二反應器，產品的MFR將顯著增加；相反，如果第二反應器的乙烯進入第一反應器，產品的剛性將降低。綜上分析，如果氣鎖單元出現故障，無法正常運行，將導致第二反應系統停車，降低裝置的負荷，影響裝置高性能牌號產品的正常生產，限制裝置的運行水平。

1.2 氣鎖系統簡述

每個氣鎖系統由沉降器、氣鎖器以及13個氣缸動作閥門構成，各閥門在氣鎖順控邏輯的作用下順序開關來完成粉料的輸送。Innovene氣相聚丙烯工藝設計有兩套相同且獨立的氣鎖系統，兩套系統平行操作，動作相差半個相位，每個氣鎖系統能夠輸送設計負荷60%的粉料。正常生產時，每套系統承擔50%的粉料輸送能力，如果某一系統發生故障，仍然能夠按60%的設計負荷生產。氣鎖系統簡圖如下(以氣鎖A為例，氣鎖B同理)。

圖2 氣鎖A簡圖

2 氣鎖閥門故障的危害

氣鎖系統依靠13個氣缸開關閥門和調節閥在順控邏輯的作用下，完成粉料的輸送過程。燕山石化公司化工二廠第三聚丙烯裝置氣鎖器程序采用200秒作為一個周期，在這200秒內，每個閥門在邏輯的控制下，順序開關來完成粉料的正常輸送。氣鎖器順控程序一個周期分為12個操作步驟，在每一個操作步驟內，所有閥門必須處于既定的狀態，在執行每一步之前，順控程序將會檢查每一個閥門的狀態，只有所有閥門的狀態符合順控程序要求時，才能執行下一個步驟，一旦一個閥門動作不到位，氣鎖系統將被隔離，氣鎖器無法正常輸送粉料。氣鎖器停止運行分為單氣鎖停及雙氣鎖停：當一個氣鎖器產生故障停止運行時，受氣鎖輸送能力的限制，第一反應器料位很快超過正常指標，因此第一反應器必須減至半負荷生產，在生產抗沖共聚物時，還要對第二反應器的乙烯加入量、抑制劑流量以及出料等工藝參數進行調整；嚴重時，兩個氣鎖系統同時出現故障，第一反應器的粉料無法正常輸送至第二反應器，只能第一反應器直接向粉料脫氣失活單元出料，將第二反應器空載，這樣不但導致產率降低，而且會產生大量的過渡產品。由于氣鎖系統閥門較多，閥門動作頻繁(每年幾十萬次)，因此，閥門的故障率較高，通常這些故障是由于閥門的驅動氣缸或者儀表系統的電磁閥、快開閥以及回訊故障導致。氣鎖器由于閥門故障產生隔離后，通常采取的措施是降至半負荷生產，對故障的閥門部件進行更換，直至閥門故障恢復后，將氣鎖順控重新啟動，再逐步恢復至正常生產負荷。每年由于氣鎖系統故障造成的減產損失很大，如何能夠保證氣鎖系統在運行狀態下對其故障閥門進行維修，成為制約Innovene氣相聚丙烯工藝運行水平的一個關鍵問題。為解決上述問題，燕山石化公司通過仔細分析氣鎖器程序的每一個步驟、每一個閥門的作用、每一個氣缸的動作原理，經過經驗積累和總結，將氣鎖器閥門常見故障進行分類，根據故障閥門的類型，分別采取不同的操作方式，摸索出一條可以實現氣鎖單元在運行狀態下對氣鎖器閥門進行維修的有效操作方法，實現了此類問題的技術攻關，為提高該套工藝的運行水平提供了保障。

3 氣鎖閥門故障分類及相應處理辦法3.1 氣鎖系統的平衡閥(HV03、HV04)

該類閥門用于平衡沉降器及氣鎖器之間的壓力，將氣鎖器的壓力釋放到沉降器，進而泄壓至氣鎖尾氣壓縮機，同時，氣鎖器的壓力釋放到沉降器頂部能夠降低沉降器底部殘余粉料流化的可能。該類閥門常見故障是開關不到位或者開關時間過長，導致相應氣鎖系統產生隔離。此類閥門的氣缸設計為故障保持，因此，在該閥門開的狀態下，現場操作人員將該閥門驅動氣缸的氣源關閉，這樣該閥門將保持常開的狀態，同時，DCS操作員將該閥門的狀態在DCS邏輯中置于“旁路”狀態，該閥門的狀態將不會影響到氣鎖器程序。通過保持閥門常開、并將閥門旁路的操作，把原有平衡管線上的雙閥操作變為單閥操作，只由單個平衡閥來參與氣鎖器的邏輯控制，這樣可以維持氣鎖器程序的正常運行，同時不影響對故障的閥門的維修，直至閥門的故障解除后再將閥門恢復邏輯控制。

3.2 氣鎖系統的粉料下料閥(HV05、HV06)

該類閥門主要用于將第一反應器輸送至沉降器的粉料，經過沉降分離后，輸送至氣鎖器；同時，在沉降器與氣鎖器均壓完成后，在邏輯的平衡后沉降操作中，用于將沉降器中集聚的粉料輸送至氣鎖器。該類閥門常見故障是閥門開關不到位或者開關時間過長，導致氣鎖系統產生隔離。此類閥門的氣缸設計為故障打開，現場操作人員直接將該閥門驅動氣缸的氣源關閉，這樣該閥門將保持常開的狀態，同時DCS操作員將該閥門的狀態在DCS邏輯中置于"旁路"狀態，該閥門的狀態也將不會影響到氣鎖器程序的正產運行。通過保持閥門常開、并將閥門旁路的操作，把原有粉料下料閥的雙閥操作變為單閥操作，只由單個下料閥來參與氣鎖器的邏輯控制，這樣可以維持氣鎖器程序的正常運行，同時不影響對故障的閥門的維修，直至閥門的故障解除后再將閥門恢復邏輯控制。

3.3 氣鎖系統的進料吹掃閥(HV02)

此類閥門用于在第一反應器向氣鎖單元出料完成后，吹掃反應器出料管線，防止管線中殘余的粉料積聚、發生反應，堵塞管線，同時，在高頻動作球閥后、沉降器前管線發生堵塞時，用于吹通管線。該類閥門的常見故障是閥門關閉不嚴，導致丙烯吹掃氣泄漏至沉降器，以至于沉降器的初始壓力偏高，導致氣鎖系統輸送能力下降。針對該故障采取的措施是，增加一個儀表控制邏輯，該邏輯控制進料吹掃閥門和吹掃閥門后的流量調節閥門同步開關，這樣進料吹掃管線由原來的單個閥門控制變成雙閥門控制，有效地避免了單個閥門關閉不嚴導致泄漏現象的發生。

3.4 氣鎖系統的泄壓閥(HV37)

此類閥門主要用于在沉降器泄壓操作中對尾氣進行節流，避免大量尾氣進入尾氣壓縮機，造成其波動；同時，還能促進粉料沉降，減少細粉夾帶。該類閥門故障后，導致沉降器系統無法泄壓，氣鎖系統不能正常運行。針對此類閥門故障問題，利用放空閥(HV43)代替泄壓閥(HV37)來對沉降器泄壓。DCS操作員將泄壓閥(HV37)在DCS邏輯中置于"旁路"狀態，使該閥門狀態不影響氣鎖系統的運行，當氣鎖器程序進行到沉降器泄壓步驟時，DCS操作員將放空閥(HV43)打開，將沉降器系統的壓力泄至火炬，通過這種操作維持氣鎖系統的正常運行，同時對故障的閥門進行維修。

4 優化結果

通過對氣鎖系統閥門故障分類處理，基本實現了所有氣鎖器系統閥門維修過程中保持氣鎖系統正常運行、反應器產率不變的操作，極大的提高了裝置的平穩運行。同時，每年可實現在氣鎖系統運行的狀況下，處理至少100次各類閥門故障，每次閥門故障處理可以避免反應減負荷生產2小時，每小時負荷降低大約15噸，即每年可以減少產量損失3000噸，以每噸產品平均利潤1000元計算，每年可以創造經濟效益300萬元。此

外，由于維修閥門過程中可以維持反應器產率不變，使生產抗沖共聚物時第二反應器的控制平穩，避免了降負荷造成的產品質量波動，有效地降低了不合格產品的產量，為裝置創造了經濟效益和社會效益。

5 結論

對Innovene氣相聚丙烯工藝氣鎖閥門中的平衡閥、下料閥、進料吹掃閥、泄壓閥的故障進行描述，結論如下：

(1)通過保持平衡閥常開、并將其旁路，把雙閥操作變為單閥操作，避免閥門故障時緊急停車帶來的損失。

(2)通過保持下料閥常開、并將其旁路，把雙閥操作變為單閥操作，避免閥門故障時緊急停車帶來的損失。

(3)通過邏輯控制將進料吹掃閥門及其后的流量調節閥門同步開關，將單閥控制變成雙閥控制，避免了單個閥門關閉不嚴導致泄漏現象的發生。

(4)通過將泄壓閥置于"旁路"，使其狀態不影響氣鎖系統的運行，維持氣鎖系統的正常運行。

(5)氣鎖系統正常運行，反應產率不變，保障了產品質量，每年可創造經濟效益300萬元。