脈沖閥的應用淺析

吳冬玲

(上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

上海石油化工股份有限公司1號高壓聚乙烯聚合反應裝置(1PE)始建于1976年，采用三菱油化-BASF超高壓管式E法高壓聚乙烯技術，聚合壓力為280 MPa，聚合溫度為310～340 ℃，是該公司壓力等級最高、工藝設備要求最苛刻、安全危險性最大的工藝裝置之一，其原始設計產能為30 kt/a，合計產能達60 kt/a；后在1985年增能改造后，合計生產能力提高到了73 kt/a。截至目前，該裝置仍在運行，但部分設備存在一定的故障隱患，為有效降低故障風險、保護環境，需要加強預防性檢維修，從而不斷增強裝置的產能和市場競爭力。

1 工藝流程

該裝置工藝流程分為壓縮、聚合、造粒、風送、包裝5個生產工序，分為2條生產線，每條生產線上各有1臺脈沖控制閥(RZV閥)，位于裝置內聚合反應區。由于管式反應器長達1 172 m，乙烯的聚合反應是在內徑為φ27 mm和φ34 mm的狹長管道中進行，隨著反應的連續不間斷進行，聚乙烯的粘壁現象逐漸增加，尤其是在長時間運轉以后或生產低指數牌號時，粘壁現象會更加嚴重，在管式反應器夾套中采用0.6～1.0 MPa的加壓過熱水冷卻除熱。為了防止堵塞反應管路等事故的發生，采用了脈沖排料的方式，即在反應器的出口設置特殊結構的壓力RZV閥，控制了聚合反應壓力，減少了設備的疲勞損壞，也提高了反應器的傳熱效果。

2 脈沖閥簡介

以該裝置其中1臺RZV閥為例，其控制回路主要由調節器、伺服放大器、伺服閥(MOGO閥)、油壓裝置、RZV閥、RZV閥差動線圈組成。RZV閥的工作原理： 向閥門內線圈輸入正向脈沖信號，線圈產生磁通驅使動芯吸合而使閥門打開，當停止正向脈沖信號的輸入時，動芯就釋放，在彈簧力的作用下就回復到初始狀態，這樣，閥門就能在短時間內產生巨大沖力[1]，快速開關。

RZV閥主要通過獨立安裝在中心控制室機柜間的伺服放大器與現場伺服閥、RZV閥差動線圈組成一套伺服系統來控制與操作閥門的開關。伺服閥能把微小的電信號轉換成大功率的液壓能輸出，具有體積小、結構緊湊、控制精度高、靈敏度高且響應速度快等特點，現場配套有獨立閥門單元的油路系統，對油品的質量和清潔度要求較高[2]。伺服放大器則是高精度定位系統中的關鍵部分，可以通過位置、速度和力矩的三種方式進行控制，特別是速度控制發揮起到了關鍵作用[3]。

3 常見故障解析

該裝置2條生產線涉及的2臺RZV閥自投用以來，主要出現過的故障包括： 油壓電磁閥動作不到位、線路腐蝕及伺服閥密封圈硬化開裂引起的閥門動作波動大，從而導致工藝生產控制不穩定而減產或停產。

3.1 油路電磁閥故障

在一次由于壓縮機故障觸發的停車中，手動觸發SDA程序停動作，檢查發現現場的RZV閥顯示為全開狀態，正常SDA程序觸發后RZV閥應為全關位置。測量現場油路系統電磁閥的電壓值，SOV1電磁閥無電壓顯示，SOV2電磁閥有電壓值，強制推動電磁閥推桿后才聽到了油路切換的聲音，判斷該次故障即為電磁閥卡塞引起。將電磁閥推桿還原到位之后，故障消失。

3.2 伺服閥密封圈故障

伺服閥油口的密封圈因長時間使用造成了變形硬化及開裂，從而引起了進出油的壓力異常，致使裝置生產發生了波動，甚至非計劃停車事故，更換相應密封圈備件后投用正常，油壓裝置開啟運行后檢查無滲漏現象。

3.3 閥門行程故障

在事故檢修過程中，拆除更換RZV閥油缸后，儀表技術人員在拆裝復位現場閥門頭部的差動線圈及純鐵棒時，存在的位置偏差影響了閥門關不死及行程范圍不符的故障。通過調試數據記錄顯示信號為4 mA時脈沖閥仍存在3.5%左右的開度，信號從4 mA降低至零時，記錄閥門動作行程變化為9.47～11.44 mm，仍存在2 mm左右的行程偏差，該閥信號范圍在4～20 mA，對應的行程應為0～9 mm。重新拆卸線圈外部固定殼體，對閥桿后的反饋鐵棒旋進2.5 mm左右的距離，并調整差動線圈的距離，重新找出零位，再通過反復調試，信號和行程數據一一對應，維持在正常范圍內即判定閥門的運行狀態良好，可正常投用。

4 檢修維護

4.1 日常維護

為使RZV閥一直運行良好且有效降低因設備硬件故障或回路信號波動引起的生產意外波動或非計劃停車的風險，保障工藝生產的安穩運行，在日常工作中，做好更加全面的檢修維護顯得更加重要[4]。

由于RZV閥行程非常短小，必須確保其動作的快速與準確[5]，因此要加強在日常運行過程中進行必要的預防性維護，包括現場閥門及中心控制室內控制器的巡檢記錄。當RZV閥備品備件更換后，或RZV閥的油缸活塞桿和閥芯連接的接頭部分被拆除復位過后，以及一個檢修周期后，都必須進行閥門的動作調試確認。同時還需檢查內部伺服放大器指針的變化范圍及信號接線是否牢固，調節器內嵌于輔操臺面板，其接線在柜內，為不影響工藝生產操作，僅在停機狀態下可進行接線的緊固檢查及信號測試。

4.2 電磁閥及密封圈的檢修

為消除電磁閥的故障隱患，必須加強有針對性的周期性預防維護，如紅外測溫并做好記錄，檢查接頭接口及管線電纜的腐蝕和緊固情況，鑒于伺服閥密封圈已出現過開裂和變形故障，根據裝置運行停機情況，制定了周期性的更換計劃，運行周期一般為六個月以上。日常結合現場巡檢，檢查閥門外殼的密封漏油情況并記錄2個進出油口壓力表的數據變化以判斷油路系統內部是否出現泄漏問題。同時，因為閥門安裝位置較隱蔽，附近正好設置有熱水排放口，會有蒸汽滲入RZV閥頭部接線盒的風險，故針對運行環境的檢查也必不可少。

4.3 差動線圈的檢修調試

針對閥門行程動作出現故障時，差動線圈存在的位置偏差影響了閥門關不死及行程范圍不符的故障。檢修過程中，在拆除閥門的油缸本體，復位閥門油缸本體，復位鐵芯、差動線圈時，要嚴格執行檢修規程的規定，需注意儀表電源，同時注意現場油路系統開路及閉路的油壓表數值，確保油路運作正常。

4.4 回路測試

檢查閥門在行程內(9 mm±0.2 mm)的動作位置是否與伺服放大器輸出的4～20 mA信號一一對應，同時檢查記錄閥門開度記錄表的指針變化是否對應在0～100%。回路測試是對現場儀表回路組成的完整合理性、運行可靠性及信號傳遞滿足實際需求并處理、調整及校正存在問題的一個過程，是將現場儀表與控制系統信號連接聯校測試的重要過程[6]。通常，該閥所在回路的測試包括五個點，即量程的0，25%，50%，75%，100%[7]，因RZV閥的特殊性，以0.5 mA或1 mA為變化區間，進行全量程的小幅變化測試，分別記錄閥門上行、下行兩次動作過程中相應的變化數據。

5 結束語

因為該RZV閥自裝置投運使用至今，不可避免會存在設備或輔件的老化直至無可替代，從而就要求必須做好對閥門日常運行的嚴格管控及監督，發現問題及時解決，逐步進行狀態監測、隱患跟蹤和故障經驗的總結與教訓，更加完善檢修維護計劃，確保滿足裝置日常生產的動作要求，保障工藝“安穩長滿優”運行。