合成氨裝置熱網(wǎng)分程控制閥門(mén)故障分析及處理

陳建中 陳虹寧(寧夏石化公司電儀部,寧夏銀川750026)

大型合成氨裝置熱網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定狀態(tài)，直接影響到整個(gè)裝置的安全運(yùn)行。而穩(wěn)定重要前提之一是高中壓減壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)靈敏，動(dòng)作可靠。因此，閥門(mén)問(wèn)題是關(guān)系到整個(gè)裝置整體狀態(tài)，引起企業(yè)的高度關(guān)注。通過(guò)技術(shù)改造，消除了影響裝置運(yùn)行的重大隱患，提高設(shè)備運(yùn)行效率，責(zé)無(wú)旁貸落實(shí)到負(fù)責(zé)儀表運(yùn)行和維護(hù)管理的技術(shù)人員肩上。

1 熱網(wǎng)流程簡(jiǎn)介

某企業(yè)國(guó)產(chǎn)化45 萬(wàn)噸合成氨裝置中，蒸汽系統(tǒng)有3 個(gè)等級(jí)，高壓（11.9MPa,510℃），中壓（4.9MPa,385℃）和低壓蒸汽（0.44MPa,167℃）。高壓過(guò)熱蒸汽來(lái)自二段轉(zhuǎn)化出口廢熱鍋爐（E1401）、對(duì)流段蒸汽發(fā)生器（B1401 E07）、變換廢熱鍋爐（E1501）及合成氣廢熱鍋爐（E1801）產(chǎn)生的飽和蒸汽并經(jīng)高壓蒸汽過(guò)熱器（E1403）及一段爐對(duì)流段第一、二蒸汽過(guò)熱器（B1401 E03A/B）過(guò)熱得到。裝置正常運(yùn)行時(shí)，副產(chǎn)的高壓過(guò)熱蒸汽總量約為273t/h。為滿足合成氨裝置開(kāi)車需要，并補(bǔ)足正常生產(chǎn)時(shí)所需蒸汽量，裝置設(shè)置了一臺(tái)燃?xì)飧邏哄仩t，其最大產(chǎn)汽量為130t/h，正常生產(chǎn)時(shí)，鍋爐的產(chǎn)汽量約73t/h。

正常生產(chǎn)時(shí)，高壓蒸汽全部通過(guò)天然氣壓縮機(jī)透平（ST1201）,合成氣壓縮機(jī)透平（ST1801）,氨氣壓縮機(jī)透平（ST1901）做功后，抽出中壓蒸汽，滿足中壓蒸汽用戶需求。同時(shí)為了裝置開(kāi)車和平衡蒸汽，備有3臺(tái)高壓蒸汽減壓閥，其中1臺(tái)HV-8021為快開(kāi)閥。正常生產(chǎn)時(shí)，如果3臺(tái)高壓蒸汽透平任意1臺(tái)跳車，該閥2秒內(nèi)迅速到達(dá)設(shè)定閥位，將高壓蒸汽迅速減至中壓蒸汽管網(wǎng)，其他2 臺(tái)閥門(mén)PCV-8023A/B 由PIC-8023 分程調(diào)節(jié)器控制，在裝置開(kāi)車階段或者任何1 臺(tái)壓縮機(jī)停運(yùn)時(shí)，高壓蒸汽經(jīng)PCV-8023A/B 兩個(gè)調(diào)節(jié)閥減壓供應(yīng)中壓蒸汽。當(dāng)中壓蒸汽壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，中壓蒸汽通過(guò)分程調(diào)節(jié)器PIC-8032 控制的PCV-8032A/B 2 臺(tái)閥門(mén)打開(kāi)放空，穩(wěn)定中壓蒸汽壓力。

2 存在問(wèn)題及現(xiàn)象

2.1 閥門(mén)系統(tǒng)構(gòu)成及工作狀態(tài)

國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)中，采用了2個(gè)分程調(diào)節(jié)器模塊PIC-8023和PIC8032 來(lái)控制熱網(wǎng)閥門(mén),PIC-8023 控制PCV-8023A,8023B 這2臺(tái)閥門(mén)由美國(guó)萊斯利公司制造。A閥最大流量35t/h,B閥最大流量361t/h，工作壓力11.76MPa,溫度520℃。PIC8032 控制PCV-8032A,8032B 這2 臺(tái)閥門(mén)由美國(guó)Copes-Vulcan 公司制造，A、B閥最大流量均為130t/h，工作壓力4.4MPa,溫度430℃。A閥在信號(hào)0%～50%范圍內(nèi)動(dòng)作；B 閥在信號(hào)50%～100%的范圍內(nèi)動(dòng)作。4臺(tái)閥共同特點(diǎn)動(dòng)作速度快，行程長(zhǎng)，定位器選用西門(mén)子電氣定位器SIPART PS2 6DR5210 系列，閥內(nèi)均采用迷宮減壓方式解決惡劣條件下的閃蒸、氣蝕、振動(dòng)和噪音,并精確調(diào)節(jié)流量和壓力。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，閥門(mén)暴露出以下問(wèn)題。

2.2 填料容易泄漏

合成氨裝置開(kāi)車和運(yùn)行時(shí)，3 臺(tái)蒸汽透平的抽氣量不能滿足中壓蒸汽用戶需求量，常需要使用打開(kāi)熱網(wǎng)減壓閥平衡蒸汽，分程控制的特點(diǎn)是先開(kāi)A 閥后開(kāi)B 閥，PCV-8023A 流通量小長(zhǎng)期處于全開(kāi)狀態(tài)，只能頻繁使用PCV-8023B 來(lái)調(diào)節(jié)，閥桿頻繁動(dòng)作，閥門(mén)石墨填料磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)泄漏高壓蒸汽現(xiàn)象，只能依靠定期巡檢，及時(shí)緊固填料函壓蓋來(lái)暫時(shí)控制泄漏。

2.3 定位器反饋桿容易脫落

PCV-8023B 蒸汽減壓閥，行程200mm，使用西門(mén)子定位器反饋長(zhǎng)杠桿還不夠長(zhǎng)，又焊接加長(zhǎng)到165mm，執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿和閥桿連接部位反饋支架設(shè)計(jì)不夠合理，常出現(xiàn)固定螺栓松動(dòng)，反饋桿脫落現(xiàn)象。閥門(mén)不動(dòng)作，每次在線處理，都會(huì)造成閥位波動(dòng)，影響高中壓蒸汽壓力穩(wěn)定，繼而造成5臺(tái)壓縮機(jī)透平轉(zhuǎn)速波動(dòng)。

2.4 調(diào)節(jié)閥微小開(kāi)度動(dòng)作不靈敏

PV-8032B 中壓蒸汽放空閥，行程228mm,同樣使用西門(mén)子定位器長(zhǎng)行程杠桿加長(zhǎng)至165mm，常出現(xiàn)5%以下開(kāi)度不靈敏，經(jīng)常需要在PIC8032 調(diào)節(jié)器手動(dòng)輸出5%以上，閥門(mén)才開(kāi)始動(dòng)作，為了防止在自動(dòng)狀態(tài)，閥門(mén)從零位開(kāi)始，打開(kāi)速度慢，在DCS系統(tǒng)內(nèi)將調(diào)節(jié)器輸出下限設(shè)定為5%，這樣PIC8032投自動(dòng)時(shí)，閥位最小保持5%開(kāi)度，浪費(fèi)寶貴的中壓蒸汽。

3 解決措施及改造方案

3.1 閥門(mén)填料反復(fù)泄漏的原因

經(jīng)過(guò)反復(fù)分析，歸納閥門(mén)填料反復(fù)泄漏的主要原因?yàn)椋海?）高溫蒸汽閥門(mén)填料選用材質(zhì)、類型不對(duì)；（2）安裝方法不當(dāng)；（3）閥桿磨損、變形、光潔度下降；（4）使用填料時(shí)間很長(zhǎng)，老化或調(diào)節(jié)閥動(dòng)作比較頻繁引起填料損傷造成泄漏。

3.2 防止填料發(fā)生泄漏的措施

（1）針對(duì)調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的場(chǎng)合選用合適的填料；（2）檢修安裝填料時(shí)，檢修人員按照上一圈填料與下一圈填料上下錯(cuò)開(kāi)90°或120°的要求，每安裝一圈用專用填料棒壓緊，使填料受力均勻，填料壓入圈數(shù)以未超出填料函為準(zhǔn)；（3）提高閥桿的光潔度；（4）閥門(mén)更換填料投入使用初期，儀表維護(hù)人員加強(qiáng)巡檢頻次，及時(shí)檢查填料是否泄漏。如有泄漏及時(shí)緊固，防止填料泄漏擴(kuò)大。

3.3 引入DVC6200智能定位器

Fisher DVC6200智能閥門(mén)定位器是美國(guó)費(fèi)希爾控制設(shè)備國(guó)際有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款基于微處理器（CPU）的閥門(mén)智能定位器，可以把4～20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)的精確控制。該智能閥門(mén)定位器由4～20mA回路供電，通過(guò)HART 協(xié)議通訊。殼內(nèi)選裝壓力表，還可選集成空氣過(guò)濾減壓閥、集成限位開(kāi)關(guān)、集成閥位變送器。針對(duì)加長(zhǎng)反饋桿容易脫落和小開(kāi)度動(dòng)作不靈敏現(xiàn)象，使用DVC6200智能定位器進(jìn)行改造，可以實(shí)現(xiàn)閥門(mén)定位的智能化操作，提高閥門(mén)控制的靈敏性和精確性。

4 改造實(shí)施情況

首先確定改造方案，由于調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為大氣缸，決定用DVC6200 雙輸出定位器替代使用中的西門(mén)子定位器。拆除原定位器及反饋部件后安裝了DVC6200定位器，重新加工制作了反饋磁條固定件，用HART475 手操器對(duì)DVC 6200 定位器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)氣源帶塵，I/P轉(zhuǎn)換器無(wú)輸出，氣源壓力未按銘牌設(shè)置，閥門(mén)動(dòng)作速度偏慢等一系列問(wèn)題，通過(guò)清理過(guò)濾減壓閥，增加過(guò)濾減壓閥設(shè)定壓力，修改氣路管線。經(jīng)反復(fù)校驗(yàn)，閥門(mén)動(dòng)作靈敏。在DCS輸出1.5%，閥位就有變化，線性良好，聯(lián)系工藝人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)后投入使用。

DVC6200 智能閥門(mén)電氣定位器是在原來(lái)DVC6000 系列的升級(jí)產(chǎn)品，增加了無(wú)連接、無(wú)接觸反饋技術(shù)，這種無(wú)連接、無(wú)接觸反饋技術(shù)通過(guò)消除連接處的磨損來(lái)提高可靠性，采用磁鐵和霍爾效應(yīng)傳感器來(lái)檢測(cè)閥門(mén)位置。非常適合改造的2臺(tái)閥門(mén)定位器反饋桿因振動(dòng)發(fā)生松脫問(wèn)題，DVC6200雙輸出定位器解決了原來(lái)閥門(mén)定位器由于反饋桿超長(zhǎng)帶來(lái)了的脫落和小開(kāi)度動(dòng)作不靈敏問(wèn)題，改造后氣路示意圖如圖1所示。

圖1 改造后氣路示意圖

5 改造后的效果

2017年7月以來(lái)，熱網(wǎng)閥門(mén)問(wèn)題逐漸暴露和困擾生產(chǎn)。通過(guò)與以前大量使用DVC6000 系列比較，F(xiàn)isherDVC6200 系列智能定位器的優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn)。無(wú)反饋、無(wú)接觸連接是其突出優(yōu)點(diǎn)，定位器模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，安裝簡(jiǎn)易，調(diào)校方便，漂移量小；可動(dòng)部件少，受振動(dòng)、溫度等環(huán)境因素影響小，適用于單/雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出能力大，可用來(lái)控制多種從小型到大型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；定位器小循環(huán)反饋功能能提高定位器的響應(yīng)速度，對(duì)大閥門(mén)也能作出精確的響應(yīng)。基于這些優(yōu)點(diǎn)，確定了上述解決熱網(wǎng)閥門(mén)問(wèn)題的方案。

經(jīng)相關(guān)的技改方案的實(shí)施，2018年3月中旬大型合成氨裝置開(kāi)車。改造后的熱網(wǎng)蒸汽閥門(mén)投入使用并經(jīng)受考驗(yàn)。運(yùn)行至今，所列問(wèn)題得到圓滿解決，熱網(wǎng)減壓閥PV-8023B 操作穩(wěn)定，放空閥PV-8032B能夠完全關(guān)閉，未出現(xiàn)因?yàn)殚y門(mén)問(wèn)題造成裝置波動(dòng)，給裝置順利開(kāi)車和節(jié)能降耗創(chuàng)造良好條件，同時(shí)也為裝置上其他閥門(mén)填料的處理和定位器改造提供了智慧和方案。