PX裝置程控閥的故障分析及改進措施

魏臻，魏劍萍

(中國石油化工股份有限公司 鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波，315207)

目前中國采用的對二甲苯(PX)吸附分離工藝包主要有UOP和AXSEN兩種，其中AXSEN工藝包的吸附分離單元是由2個吸附塔組成。該工藝是根據(jù)模擬移動床逆流選擇性吸附原理，將含有4種C8芳烴同分異構(gòu)體的混合進料從不同位置引入裝有24層吸附劑床層的吸附塔，利用吸附劑對4種C8芳烴同分異構(gòu)體吸附能力強弱的差異，從而達到分離PX的目的[1]。吸附塔通過144臺程控閥對進料、抽余液、抽出液、脫附劑和反洗液5股物流控制實現(xiàn)選擇性吸附分離的連續(xù)操作。在吸附塔運行過程中，程控閥一旦出現(xiàn)故障輕則影響收率，重則影響產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，因此對程控閥的穩(wěn)定運行要求很高[2-3]。目前在同類裝置上程控閥都采用進口品牌產(chǎn)品，主要有HARTMANN，ARGUS和SEGULT。

1 程控閥的技術(shù)要求

PX吸附分離塔上使用的程控閥動作約1.6×104次/年，每一次動作，開閥約75 s，關(guān)閥約30 min。閥開全行程的定義為： 從控制系統(tǒng)發(fā)出開閥命令(電磁閥勵磁)開始計時，直到控制系統(tǒng)接收到現(xiàn)場閥位回訊器傳回的閥開(ZSO)信號為止，該過程中系統(tǒng)所記錄的時間稱為程控閥開閥全行程時間；閥關(guān)全行程的定義為： 從控制系統(tǒng)發(fā)出關(guān)閥命令(電磁閥失電)開始計時，直到控制系統(tǒng)接收到現(xiàn)場閥位回訊器傳回的閥關(guān)(ZSC)信號為止，該過程中系統(tǒng)所記錄的時間稱為程控閥關(guān)閥全行程時間。閥開和閥關(guān)速度應(yīng)在3 s左右，不應(yīng)超過5 s。

1.1 對閥體的要求

程控閥閥體、閥蓋、填料、法蘭及閥內(nèi)件的材質(zhì)必須能夠承受工藝介質(zhì)的腐蝕，整體鍛造，連接形式為法蘭直接連接，密封面形式為RF，閥體與法蘭之間無焊縫。閥體為固定球、金屬密封、全通徑、二位式球閥，泄漏等級為Class Ⅵ級，密封性符合ANSI/FCI 70-2[5]規(guī)定，填料外泄漏滿足ISO 15848-2[6]或GB/T 26481—2011《閥門的逸散性試驗》[7]標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 對執(zhí)行機構(gòu)的要求

執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)滿足在0.4 MPa風(fēng)壓條件下正常使用壽命不低于3×105次的要求，選型時對輸出力矩應(yīng)有一定余量，通常為閥門最大扭矩的1.5倍；由于速度快，為防止端面撞壞，執(zhí)行機構(gòu)還應(yīng)有避免沖擊端蓋的限位保護功能。進口閥門選用的執(zhí)行機構(gòu)都是撥叉式，撥叉式氣缸具有扭矩大、空間小、其扭矩曲線更符合閥特性等特點，常用在大扭矩的閥上，它的原理是通過與活塞一體化的撥叉盤，將活塞的直線運動轉(zhuǎn)化為圓盤的旋轉(zhuǎn)運動，圓盤帶動輸出軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對閥的控制。在執(zhí)行器開啟時輸出100%力矩，在中間過程輸出力矩發(fā)生變化，先減小到50%再增大到75%(關(guān)閉)，輸出力矩為變化值[8]。撥叉式執(zhí)行機構(gòu)的力矩與閥門開度關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 撥叉式執(zhí)行機構(gòu)的力矩與閥門開度關(guān)系曲線示意

基于裝置程控閥的特殊要求和撥叉式執(zhí)行機構(gòu)的優(yōu)點，結(jié)合現(xiàn)場案例以某進口品牌的撥叉式氣動執(zhí)行器在實際使用中的問題和改進方案進行說明。

2 程控閥的故障分析

某公司PX裝置選用的是AXSEN工藝包，吸附分離單元核心設(shè)備主要由順序控制系統(tǒng)(SCS)和144臺程控閥組成。SCS根據(jù)工藝條件組態(tài)順控程序，按順序?qū)⒅绷?4V開關(guān)信號送至現(xiàn)場電磁閥，電磁閥根據(jù)開關(guān)電信號去改變供氣方向，推動執(zhí)行機構(gòu)的動作來改變閥門狀態(tài)以滿足工藝生產(chǎn)的需要。同時，程控閥通過閥位傳感器，將程控閥開關(guān)狀態(tài)反饋至SCS，用于狀態(tài)顯示和順序控制。

電磁閥采用ASCO公司“二位五通”先導(dǎo)式電磁閥；程控閥閥位傳感器采用P+F公司電感式傳感器。程控閥控制氣路原理如圖2所示。

圖2 程控閥控制氣路原理示意

在順序控制過程中程控閥的開度必須在相應(yīng)控制指令發(fā)出后5 s內(nèi)到位，若SCS超過5 s未檢測到正確的閥門回訊，SCS判斷閥門故障，該閥自動切至維護狀態(tài)。回訊報警的原因有閥門拒動或動作超時及回訊故障。

2.1 閥門拒動或動作超時

引起閥門拒動或動作超時的原因有很多，主要有附件故障、執(zhí)行機構(gòu)故障、閥體故障等。

1)電磁閥故障。電磁閥由閥體、線圈和滑塊等部分組成，常見故障現(xiàn)象除了電磁閥內(nèi)密封件因長周期運行、密封效果下降外，尤其是在冬天，氣溫約在-3 ℃以下時電磁閥閥體內(nèi)部滑塊切換不到位現(xiàn)象也會在新的電磁閥中出現(xiàn)，分析故障原因發(fā)現(xiàn)是出廠時電磁閥內(nèi)滑塊油脂添加過多，解決方法是只需要拆出滑塊，用干凈抹布去除多余的潤滑脂即可。

2)執(zhí)行機構(gòu)故障。執(zhí)行機構(gòu)故障主要有氣缸竄氣、排氣不暢及活塞卡澀等現(xiàn)象，處理方法如下：

a)氣缸竄氣。氣缸竄氣的直接原因是密封圈老化和磨損，密封性能下降，處理方法是更換活塞和軸封的O型密封圈。

b)氣缸排氣不暢。排氣不暢的其中一種原因是消音器堵塞，由于消音器長期暴露在空氣中，空氣中的粉塵會吸附在消音器上。在低溫天氣時，消音器因節(jié)流偶爾也會出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，堵塞后缸內(nèi)的氣體無法及時排出，造成閥門動作超時，處理方法是清洗更換或拆除消音器。

c)缸體磨損。缸體磨損主要是由于活塞導(dǎo)向環(huán)磨損，活塞在動作過程發(fā)生偏心擦碰缸壁引起，處理方法是直接更換缸體。

d)活塞卡澀。活塞卡澀主要是活塞上固定滾珠的銷子松動滑出，卡在兩個活塞之間，處理方法是銷子孔兩側(cè)重新鉚孔或整體更換活塞。

2.2 回訊檢測故障

程控閥中閥門開關(guān)時間和位置均正常，但回訊檢測不正常，主要是由執(zhí)行機構(gòu)中軸與回訊桿連接部位磨損后傳感器探頭感應(yīng)偏移、回訊器內(nèi)轉(zhuǎn)軸斷裂及回訊傳感器損壞造成的。處理方法： 對于中軸磨損問題，需要更換中軸或執(zhí)行機構(gòu)才能徹底解決回訊檢測問題；回訊器轉(zhuǎn)軸斷裂一般需要整體更換回訊器；傳感器故障則需要更換傳感器。

3 執(zhí)行機構(gòu)的國產(chǎn)化

進口程控閥閥體部分使用情況總體良好，但執(zhí)行機構(gòu)故障率偏高，進口執(zhí)行機構(gòu)固定銷采用銷子口周圍鉚釘變形、產(chǎn)生摩擦力來阻止固定銷滑出，長期運行后必然導(dǎo)致銷子滑出，損壞氣缸。采用國產(chǎn)執(zhí)行機構(gòu)替代方案最為關(guān)鍵是要解決銷子脫出問題，改進后的傳動固定銷材質(zhì)采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，尾部增加了滾花加工，并把滾花部分用壓機壓到活塞鋁鑄件內(nèi)，使固定銷與活塞緊密配合，不容易出現(xiàn)松動或掉落情況。

國產(chǎn)程控閥執(zhí)行機構(gòu)另一個改進方案是執(zhí)行機構(gòu)的快速替換性，即執(zhí)行機構(gòu)及其附件的固定安裝與原執(zhí)行機構(gòu)一致。經(jīng)驗表明，現(xiàn)場應(yīng)用的144臺進口程控閥主要問題就是氣缸故障，而要在進口閥體上更換成國產(chǎn)執(zhí)行機構(gòu)，首先要注意國產(chǎn)執(zhí)行機構(gòu)配進口閥體的適配性；此外，國產(chǎn)氣缸電磁閥安裝板的加工也非常重要，安裝板要做到“前后、上下、左右”均可微調(diào)，以適應(yīng)快速更換氣缸的需要。為了盡量縮短氣缸更換時間，原進口閥上的回訊、電磁閥的接線可以不拆線、直接安裝到國產(chǎn)氣缸上。進口氣缸上的回訊和電磁閥安裝布置如圖3所示。

圖3 進口氣缸上的回訊和電磁閥安裝布置示意

4 結(jié)束語

程控閥是PX裝置吸附分離單元的核心設(shè)備之一，每臺程控閥的開關(guān)時間、泄漏量都有嚴(yán)格要求，任何一臺程控閥開關(guān)時間超時或開關(guān)不到位，都可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，為此，在線監(jiān)測程控閥全行程開關(guān)速度、定期預(yù)防性更換氣缸都是行之有效的手段，另一方面，進口程控閥雖然總體使用情況良好，但對于現(xiàn)場使用后暴露出來的問題改進緩慢，加上進口周期長、費用貴等弊病，故對其國產(chǎn)化改造有較大的應(yīng)用前景。