S Zorb閉鎖料斗程控球閥故障分析及對策

劉志凱

（中國石化石油化工管理干部學院，北京 100012）

S Zorb裝置是煉油廠生產合格汽油的脫硫關鍵單元，含硫汽油在吸附劑的作用下，與氫氣發生脫硫反應，吸附“硫”之后的吸附劑進行循環再生，保持脫硫活性，閉鎖料斗的設置，實現了吸附劑在反應器和再生器之間的轉移。閉鎖料斗隔離了高壓含氫氣的反應器和低壓含氧氣的再生器，通過設定的程序控制管線上相應閥門的開關，其中程序控制的球閥有31臺。

1 閉鎖料斗程控球閥運行狀態

閉鎖料斗每20~30 min完成1次吸附劑的循環，每次循環程控球閥要在規定的時間內完成開關動作，在吸附劑輸送主管線上的10臺球閥在承受溫度、壓力變化和吸附劑顆粒（0~150μm）磨損沖蝕的同時，還要在關閉狀態時達到Class VI級密封狀態。隨著使用時間的增加，程控球閥故障率增多，導致閉鎖料斗停運，影響裝置的正常生產。

2 閉鎖料斗程控球閥故障分析

以某煉化公司S Zorb裝置為例，閉鎖料斗程控球閥共31臺，位于吸附劑輸送主管線的球閥有10臺，分 別 為XV01、XV02、XV03、XV05、XV06、XV08、XV09、XV10、XV13、XV14，位置見圖1。

圖1 閉鎖料斗程控閥門位置

XV01-XV15均采用MOGAS品牌，可實現對快速角行程轉動及絕對關閉的迅速操作，閥門主要由閥體、執行機構、回訊器等組成［1］，結構見圖2。

圖2 MOGAS球閥結構

在停工大修時，對15臺閥門進行高壓水試驗，有13臺存在不同程度的泄漏，閥門經過維修處理后繼續投入使用。

在大修后的第4 a，閉鎖料斗程控球閥故障率明顯增加，因閥門故障導致閉鎖料斗停運169次，經統計，故障主要來自閥體本身開關慢、外漏、內漏和閥門執行機構中的電磁閥門、氣缸等，其中閥體本身故障占比70%以上，見圖3。

圖3 閉鎖料斗程控球閥故障占比

經過對故障閥門的拆解，發現閥門球體在使用中會發生密封面的磨損，個別閥球在吸附劑的長期沖蝕下，甚至發生了破損。廣州、金陵等煉油廠的S Zorb裝置的程控球閥也存在同樣的密封面磨損、內漏或開關超時等問題［2］。

目前，對于因執行機構、電磁閥、回訊器導致的故障，均能在線通過更換或采用其它手段來解決，例如：有些單位通過提高執行機構的儀表風壓，或者在執行機構彈簧1側氣缸增加儀表風驅動，緩解閥門動作時速度慢的問題［3］，但是閥體本身磨損帶來的故障問題難以解決。

球閥開關慢的問題，絕大多數是由于閥球與閥座之間的摩擦力變大，使閥門打開或關閉時，執行機構儀表風壓或彈簧彈力不變，開關動作時間變長。新購或維修后的球閥在投入使用時，閥球與閥座之間的摩擦力取決于在零件組裝時的預緊力，預緊力過大，會使閥球和閥座間隙過于緊密，再加上使用時產生熱膨脹，導致摩擦力變大；使用一段時間后，閥球與閥座之間的摩擦力取決于閥球與閥座接觸面的磨損程度，一旦出現磨損，細小的吸附劑顆粒就會進入閥球和閥座之間的間隙，加速球閥的快速磨損，造成閥門開關不暢、閥門卡澀等問題。

從S Zorb裝置閉鎖料斗程控球閥的工況來看，球閥開關48~72次/d，需要承受壓力、溫度周期變化，閥球與吸附劑顆粒接觸，密封等級要求又高，很難保證長時間服役不發生故障。

程控球閥作為1臺設備，其自然壽命應該根據磨損壽命來確定，其故障率符合設備的浴盆曲線［4］見圖4。

圖4 設備故障率浴盆曲線

程控球閥的初始故障期多為初裝后，閥體本身裝配預緊力、閥體溫度、執行機構與閥體裝配問題等均易引發閥門故障，運行一段時間后大都可以適應或線上維修來解決，然后就進入穩定的低故障率時期（偶發故障期），隨著使用時間增長，磨損增多，故障率又開始升高，進入耗損故障期。

3 閉鎖料斗程控球閥預知維修策略

之前的設備管理中，對于磨損類故障的設備問題，往往通過大修或者是技術革新來解決，例如某單位通過改進閉鎖料斗程控球閥結構，在閥門安裝管線上增加氮氣反吹流程等措施，使閉鎖料斗程控閥的動作時間達到了規定時間，閥球、閥座磨損現象得到改善［5］。但是在苛刻的運行工況下，閉鎖料斗程控球閥往往無法支撐到大修，便因為故障頻發而更換，而在更換閥門時，閉鎖料斗需要停運并吹掃，裝置被迫進料循環，嚴重影響正常生產，假如更換閥門作業的時間在晚上，設備、人員很難短時間召集到位，同時夜間作業安全風險較高。所以對于閉鎖料斗程控球閥，不適合采取故障后被動維修的管理方式，必須采用預知維修的管理理念與方法。

預知維修是在設備發生功能性故障之前，有計劃有目的地提前準備備件、工具和人員，并擇機進行維修的管理模式，可以有效降低設備故障率，減少因設備故障停機帶來的生產損失。何時對設備進行預知維修？應由設備實際運行狀態、性能劣化概率、實際使用經驗維修費用等多因素決定。隨著時間的增長，設備性能逐漸下降，曲線上的P點為潛在故障發生點，F點為功能故障發生點，預知維修就是要在潛在故障P點之后，功能故障F點之前進行，橫軸上的P′到F′之間的時間間隔是進行預知維修的關鍵窗口，所以尋找和確定P-F間隔是預知維修的重點。設備性能劣化曲線見圖5。

圖5 設備性能劣化曲線

3.1 建立程控球閥臺賬

對購置的閉鎖料斗程控球閥實施“1閥1碼1賬”，編碼鋼印在閥體上，便于識別跟蹤，詳細記錄閥門品牌、型號、驗收、使用、故障、維修等情況，示例見表1。進行精細的動態數據收集和管理，結合不同閥門型號、不同安裝位置，摸索出閥門壽命及報廢的合理時間，提高閥門利用率。

表1 閉鎖料斗程控球閥臺賬（示例）

3.2 排除初始故障期干擾

對于新購置的程控球閥，一般需要查驗閥門合格證，對相關附件進行檢查，并進行打壓密封試驗，對于經過維修再次備用的程控球閥，由于維修技術差異，性能難以達到標準的可能性增大，建議在有條件的情況下，除了進行打壓密封試驗，還要進行離線開關測試，利用風壓驅動，使閥門反復開關，既能發現動作不暢的問題，又能使閥球和閥座配對磨合，最好能夠在模擬使用工況下進行，增加升溫設備，將整個閥體升至操作溫度（300℃左右），并增加閥門力矩測試，有效避免閥門在安裝后因熱膨脹發生閥球“抱死”、卡澀的故障。

另外可能引起初始故障的原因存在于安裝環節，MOGAS閥門在設計上標有承壓端，圖紙以PE作為標記，承壓端與非承壓端區別在于承壓端有碟簧，需要維修工人按照圖紙標識的方向，進行閥體法蘭的連接，如果安裝方向錯誤，在管道壓力差的作用下，含吸附劑顆粒的介質很輕易地進入球閥的密封面，導致閥門密封不嚴和加速磨損。

避免和排除了初始故障期的干擾，才能清楚判斷球閥磨損故障期的到來，進而找到球閥性能下降過程中的P-F間隔，開展針對性預知維修。

3.3 監測閥門運行狀態

在閉鎖料斗程控球閥的監測過程中，應結合企業實際情況，是否增設振動監測、力矩監測、泄露監測等設備及軟件系統。也可采用人工監測與DCS數據采集相結合的辦法，即人工巡檢時用“聽、看、摸、測”方式，在裝置控制室DCS上讀取閥門所在管線溫度、壓力、開工用時等，并形成記錄表。監測和數據采集應定期定時進行，為程控球閥劣化趨勢分析和故障確定提供診斷決策的數據基礎，示例見表2。

表2 閉鎖料斗程控球閥開關用時記錄表（示例）

在數據分析后，對于判定故障需要更換的閥門，可以提前準備、測試好閥門備件，起重設備、人員統一協調到位，與生產調度協調好流程動改，安全隔離等措施提前下達班組人員，可有效縮短作業時間，保障作業質量，將更換閥門對生產帶來的影響減少到最小，如果發現裝置上正在使用的多個閥門到達P-F間隔，可以有計劃地將閉鎖料斗停運一次，實現對這幾個閥門的同時更換，最大程度地保障了裝置生產的連續性、穩定性和經濟性。

3.4 總結預知維修規律

目前，很多企業通過計算機輔助診斷系統實現了設備狀態信號采集及狀態判別，幫助技術人員判斷故障原因、部位和趨勢，提高處理效率。未購置診斷系統的企業，可以通過程控球閥臺賬、運行記錄表及DCS相關數據記錄進行分析和研判，合理制定閥門預知維修方案，將維修前置，避免因閥門嚴重故障導致的生產損失，發揮計劃性維修的優勢。在探索中總結規律，科學地提出不同型號、不同安裝位置的閥門壽命周期，對新購和維修后的閥門分級動態管理，對實施技術改進后的閥門進行重點追蹤，例如閥球表面噴涂新型耐磨涂層、閥門盤根采用新型填料、通過增加氣控裝置加大執行機構中彈簧復位時的輸出扭矩等改造，對技術改造效果進行評估，使閥門性能劣化減緩，延長運行時間和服役壽命。

4 結束語

程控球閥作為S Zorb裝置閉鎖料斗關鍵設備，其運行情況和使用壽命直接關系到裝置的正常生產，在苛刻的運行工況和嚴格的密封要求下，隨著球閥使用時間的增長，因閥體本身磨損造成的故障是影響閥門使用壽命的主要因素。為降低故障率，延長使用壽命，應采用預知維修策略，在排除閥門初始故障期前提下，建立臺賬，對閥門購買、使用、維修、技改等情況進行跟蹤，對現場運行情況進行監測，通過數據的采集和分析，找到適合每臺閥門的P-F間隔，就能確定進行預知維修的時間窗口，有計劃地進行閥門更換，最大限度地降低閥門故障率，提高使用壽命，保障裝置的正常生產。