一起空分分子篩閥門故障分析及預防措施

孫博(煙臺國潤銅業有限公司，山東 煙臺 264002)

0 引言

分子篩純化系統在空分系統整個工藝流程中起著非常重要的作用，配套閥門的可靠、靈活、穩定運行是分子篩純化系統穩定運行的重要前提[1]。分子篩閥門一般使用氣動閥，除閥門本體外還配有氣缸、過濾減壓器、電磁閥、行程開關、定位器等部件。煙臺國潤銅業有限公司16 000 m3/h空分設備由杭州福斯達深冷裝備股份有限公司整體設計制造，采用常溫分子篩吸附凈化，膨脹空氣進上塔，規整填料上塔、下塔、輔塔，全低壓三塔富氧流程。于2017年7月正式投產。分子篩純化系統切換閥門均采用國產某公司生產的氣動閥門。分子篩純化系統流程圖如圖1所示。

圖1 分子篩流程圖

1 故障分析及維修經過

2019年12月18日分子篩時序自動暫停，停在MS1202切換MS1201步驟，KV1201已開啟，重啟時序，恢復正常。儀表進行檢查，氣源壓力正常，肥皂水檢查各接口未發現漏氣。2020年1月1日故障，停在MS1202切換MS1201步驟，KV1201未能打開。手動開閥后，重啟時序，恢復正常。1月2日，儀表進行檢修，更換了電磁閥。1月3日故障，停在MS1201準備泄壓步驟，KV1201未能關閉。手動關閉。重啟時序，恢復正常。儀表檢修后判斷閥門氣缸內漏，由于系統無法停車，暫時無法徹底修復，要求故障時操作工手動操作。之后1月份出現故障12次，有6次為行程開關故障，調整后恢復正常。4月份出現故障3次，8月份出現故障3次，其中一次為KV1202。

8月23日，系統停車，進入大修期。大修期間，在廠家技術人員的指導下，對KV1201、KV1202閥門氣缸進行了拆解。發現KV1201氣缸壁磨蝕嚴重，O型圈磨損，KV1202氣缸輕微磨蝕，兩個氣缸壁均發現水滴。采用打磨氣缸壁，更換氣缸密封件，涂抹氣缸潤滑脂潤滑的方式進行維修，并更換KV1201行程開關。

2 閥門故障原因分析

2.1 氣缸進水是閥門故障的直接原因

水分進入氣缸后會腐蝕氣缸壁，使光滑的氣缸壁變得粗糙，并產生的鐵銹。

氣缸受缸壁粗糙及鐵銹影響，運行卡澀，并且活塞O型圈與鐵銹擠壓摩擦，造成O型圈磨損、氣缸內部漏氣，開關動作時間逐漸延長[2]，超過時序限定時間后，時序自動暫停，但閥門仍將緩慢動作到位。這與第一次故障現象吻合。

隨著活塞O型圈的不斷磨損，氣缸內部漏氣速度加快，達到一定程度時，活塞推力下降過快，閥門將無法動作到位[2]。這與之后的故障現象吻合。

2.2 氣缸進水原因

2.2.1 儀表氣帶水進入氣缸

空分系統運行時。儀表氣使用的是分子篩后的凈化空氣，有相關的露點檢測設備，查閱記錄，露點一直在-80℃以下，符合儀表氣的相關要求，并且如果分子篩后空氣帶水，將造成冷箱內板式換熱器冰堵，而整個周期板式換熱器工作正常，該情況可以排除。

空分系統開車時。使用儀表壓縮機提供儀表氣，該設備已使用20余年，干燥工序有可能失效造成儀表氣帶水。大修結束，空分系統再次開車時，使用手持式露點儀檢測露點為-63 ℃，符合儀表氣的相關要求，該情況可以排除。

2.2.2 雨、雪、潮濕空氣通過電磁閥、調壓過濾器、管路漏點進入氣缸

空分系統運行時。電磁閥前的儀表管路處于正壓狀態，即便出現泄漏，外界水分也無法進入，并且儀表工已使用肥皂水進行檢測，未發現漏點，該情況可以排除。電磁閥本身。該氣缸配套2位5通電磁閥(圖2)，存在接口3、接口5與外界相通。當閥門開啟或關閉時，氣缸排氣側排氣，處于常壓狀態4小時左右，氣缸為室外放置，缺少擋雨設施，只使用塑料布包裹防雨，為保證排氣順暢，排氣口扭至水平，存在雨水進入的可能。根據電磁閥與氣缸連接方式，氣缸兩端的入口位于電磁閥下方，管路明顯下彎，雨水更易進入，與KV1201、KV1202氣缸均為兩端銹蝕且銹蝕地點靠近進氣口的現象吻合。該情況可能性較大。車間對此進行了改造，加裝了防雨罩，隨后系統平穩運行一年多，閥門未出現類似故障。

圖2 2位5通電磁閥圖形符號

空分系統長時間停車時。儀表管路處于常壓狀態，水汽有可能從電磁閥排氣口或主管道漏點進入。電磁閥處于常態位時，接口3關閉，接口5連通。接口5與氣缸中部連通，與腐蝕部位不符，從電磁閥排氣口進入的情況可以排除。主管道漏點進入的水汽可以通過接口2進入氣缸兩端，但是接口1的進氣管明顯上彎，液態水難以進入，氣態水進入量有限，該情況可能性較小。

3 應急措施

銅冶煉企業的空分設備主要是為冶煉工藝提供氧氣，如果突然停氧，將對冶煉工藝造成影響，產生經濟損失，所以一切應急措施都以不停氧為目標。分子篩閥門發生此類故障時，一般為時序切換節點。如果是吸附器切換的關鍵節點，將造成已處于吸附末期的吸附器持續工作。單一吸附器的設計裕量一般為30 min，如果30 min內無法排除故障，吸附器可能被穿透，將造成空分系統停車、停氧。所以針對不同的閥門采取適當的手動操作極為關鍵。手動操作閥門完成時序規定的開關動作，保證工藝的順暢，需要在短時間內完成，此時分子篩未被穿透，空分系統可以繼續運行。之后需要適當調整加溫時長、再生氣量、再生氣溫度，保證再生充分。

3.1 切換閥

使用扳手、管鉗或制作的專用工具，夾緊閥軸，順著動作方向扭動，待行程開關接觸后，閥門動作到位。期間操作要緩慢，工具不得碰觸行程開關，防止行程開關錯位，無法正確反饋。手動操作期間DCS系統要保持對閥門的控制，保證電磁閥閥位正確，氣缸可以順利排氣。如果氣缸內漏嚴重，阻力過大，難以操作，可以將閥門氣源暫時關閉，此時先導型電磁閥將失去作用，需要將氣缸氣路接口拆開，排氣后繼續操作。

3.2 調節閥

該系統調節閥配有手輪，斷開儀表氣，將閥門調整到手動模式，使用手輪操作，觀察現場定位器刻度保證閥門開度符合工藝要求。如果沒有手輪，只能使用工具輔助操作，期間盡量不要斷開儀表氣，否則在氣流沖擊下閥門難以保持開度，需要人員一直在現場持工具固定。

4 預防措施

4.1 外部設施

執行機構加裝防雨罩，配套的電磁閥加裝保溫箱，可有效避免因環境原因而造成閥門故障。

4.2 附件配置

電磁閥最好使用雙控三位5通電磁閥，當系統停車時，電磁閥進氣口、排氣口都處于關閉狀態，更利于保護氣缸。電磁閥排氣口可以配置防水的消音器或加延長管，管口朝下。配置帶有水分離功能的過濾減壓器，可以有效應對儀表氣帶水的突發情況。

4.3 儀表氣

空分系統開車時的臨時儀表氣需要進行露點檢測，合格后才能送入儀表管路。如果干燥工序使用切換流程，切換末期需要再次檢測。空分系統運行期間，要保證分子篩后的空氣潔凈。

4.4 維保制度

定期計量切換閥門的動作時間，觀察調節閥的開度曲線，當發現異常后，要及時排查故障，防止閥門失靈。

定期檢查電磁閥排氣管，根據閥門狀態和電磁閥的圖形符號來判斷切換閥氣缸是否存在內漏。

空分系統停車時，使用液氮儲罐或其他潔凈氣源，為儀表管路充氣保壓。堵住電磁閥兩個排氣口，防止外界水汽進入。

5 結語

本次故障反映出對于閥門的穩定運行，合理的外部設施、附件配置是前提，合格的儀表氣、完善的維保制度是關鍵。當故障發生時，及時的手動操作、適當的在線搶修將有效避免空分系統的不必要停車，減少因空分系統停車造成的經濟損失。