聚丙烯裝置PDS閥門故障分析及處理措施

［摘 要］茂名石化20 萬t/a 聚丙烯裝置產品排放系統PDS 切斷閥，由于閥門的高速開關和高頻次動作，要求其具有非常強的耐受力和耐磨性能，且對執行機構及附件的要求也很高。文章介紹了聚丙烯裝置高頻PDS 閥門的故障狀況，對故障進行了分析并采取了改進措施，以降低其故障率，提高使用壽命。

［關鍵詞］PDS 閥門；高頻；執行機構；故障；閥位開關

［中圖分類號］TQ325.14 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0055–03

茂名石化20 萬t/a 聚丙烯裝置共有36 臺PDS 切斷閥，在生產過程中的主要作用是將反應器粉料排放到接收罐，閥門的開關時間1～2 s，動作頻次最高125萬次/a。閥門投用后故障較多，主要故障發生在高頻執行機構。故障頻發對生產造成影響，為減少閥門故障，統計分析故障原因，以及采取對應措施降低故障。

1 聚丙烯裝置PDS閥門概況

聚丙烯裝置PDS 切斷閥口徑從DN25 到DN250不等，使用的執行機構類型有齒輪齒條式、撥叉式及扇形執行機構3 種，作用形式均為單作用，閥門生產廠家為ARGUS，執行機構的生產廠家為AUTOMAX及KINETROL，KINETROL 廠家生產扇形執行機構，用于5 臺高頻動作125 萬次/a 的閥門。聚丙烯裝置PDS 閥門統計見表1。

2 閥門執行機構的類型

閥門的執行機構一般有齒輪齒條式、撥叉式及扇形3 種，尺寸小于DN100 的閥門，使用齒輪齒條式執行機構，大尺寸的閥門使用的是撥叉式執行機構，高頻動作125 萬次/a 的5 臺閥門使用扇形執行機構。

2.1 齒輪齒條式執行機構

齒輪齒條式執行機構是常用的執行機構，用在扭矩較小的切斷閥，靠輪齒齒條傳動，動作平穩可靠，使用廣泛。36 臺閥門中有19 臺為此種執行機構，應用于閥門尺寸小于DN100，閥門計算扭矩小于500N · m 的場合。這種執行機構由于閥門扭矩小，動作平穩，故障率較低。

2.2 撥叉式執行機構

撥叉式執行機構主要用在口徑大，扭矩大的閥門，其扭矩隨角度改變而改變，相比齒輪齒條式，撥叉式執行機構更能節省力矩，耗氣量也較小。36 臺閥門中12 臺采用了撥叉式執行機構，主要用在DN100 及以上尺寸，閥門扭矩大于1 500N · m 的場合，這種執行機構扭矩大，動作速度快，故障率較高。

2.3 扇形執行機構

扇形執行機構為葉片式，輸出軸和葉片為整體鑄造，無動作間隙及金屬摩擦，0° ～90°的動作輸出扭矩恒定，動作速度快，無曲柄或齒輪，沒有動力損失，在目前執行機構中較為簡單、合理、可靠。36臺閥門中5 臺高頻閥使用，動作頻率高達125 萬次/a，但由于動作頻率高且速度快，故障率也高。

3 故障統計分析

3.1 故障統計

自裝置投產后，PDS 閥門的故障率較高，表2 為PDS 閥門2017—2020 年的主要故障統計。

3.2 故障分析

按表2 的故障分類，將PDS 閥門的故障分為閥位開關、執行機構、閥體及其他附件4 類故障，閥位開關的故障高達50%，執行機構占28%，閥體故障占13%，其他附件如電磁閥、過濾減壓閥等故障占9%。

3.2.1 閥位開關故障

切斷閥閥位開關為WESTLOCK 2649 系列，閥位開關內有直徑為1/4 英寸的轉軸與執行機構聯接，閥位開關隨閥門轉動，由于轉動高頻次及高速度，此轉軸斷裂導致閥位開關故障頻繁，90% 的故障發生在高頻次及高速動作閥門上。閥位開關及其轉軸示意如圖1 所示。

3.2.2 閥門執行機構故障

閥門的動作頻次越高，其執行機構故障越高，高頻動作125 萬次/a 的5 臺閥門，其執行機構先后出現彈簧故障，其他頻次較高的DN150、DN200 的執行機構彈簧也出現故障。

3.2.3 閥體故障

閥體故障較低，占總體故障率的13%，主要故障為閥軸磨損及球面磨損，其中，閥軸磨損較為嚴重，2021 年大修拆下檢修的閥門共12 臺，其中3 臺閥軸磨損需要更換。

3.2.4 故障分析結論

故障閥門中， 查其動作時間， 閥門要求的打開或關閉行程時間小于1 s，對于DN100，DN150，DN200 這些尺寸的閥門，其動作時間小于1 s，要求十分苛刻。閥門尺寸越大，其動作速度越快，則故障越高。閥門高頻動作125 萬次/a 的5 臺閥門，故障率最高，占閥門故障的50%。

通過以上分析不難發現，影響故障的因素為閥門動作速度及頻次，閥位開關、執行機構及閥體的故障都受這兩個因素影響。動作頻次及動作速度由生產過程決定，無法改變，要降低故障，不僅要改進動作頻次高及動作速度快的執行機構，還要解決閥門開關的故障問題。

4 改進措施

4.1 閥位開關改進

為解決閥位開關轉軸斷裂的問題，設計了取消閥位開關轉軸的方案，用兩個非接觸式磁性開關，安裝在閥門支架兩側，利用閥轉軸突起齒輪鐵塊靠近閥位開關，改變開關狀態。閥位開關安裝示意如圖2 所示。

利用裝置檢修的機會，對所有PDS 閥門的閥位開關進行改造，改造后閥位開關故障率減少95%。改造后閥位開關安裝示意如圖3 所示。

4.2 閥門執行機構的改進

（1）更改高頻執行機構作用方式。高頻動作125萬次/a 的5 臺閥門，使用的執行機構為彈簧式單作用扇形執行機構，理論上這些執行機構可確保4 百萬次以上操作，但其彈簧結構為盤簧，只能確保兩百萬次操作。為了提高執行機構的使用壽命，將執行機構的單作用方式改為雙作用方式，取消彈簧，現場增加儲氣罐以確保事故狀態下閥門關閉。現場5臺高頻閥門，改雙作用扇形執行機構后，狀況良好，使用壽命由兩年提高到4 年。

（2）動作速度快的執行機構改型。速度極快（要求全行程時間小于1 s），尺寸為DN150 及DN200 的閥門各2 臺，這些閥門動作速度超過500kM/h，執行機構故障率高。這4 臺閥門執行機構原采用的是撥叉式執行機構，更換為扇形執行機構，更換后運行穩定，使用壽命由兩年提高到4 年。

4.3 選擇國產閥門配件

閥門維修較為頻繁，每次拆檢時需要更換密封件，進口閥門配件較為昂貴，為了節省費用，選擇國產閥軸及閥體密封件，國產備件經過測試，運行穩定。

4.4 其他措施

除上述措施對閥門的改動，還采取了以下方法降低閥門故障。

（1）撥叉式執行機構活塞桿脫落，推動軸與撥叉連接處脫開，閥門頻繁動作時產生振動造成絲扣松動，采取打螺紋膠固定或焊死螺紋再回裝。

（2）對于尺寸大于DN100 的且垂直安裝無固定的切斷閥高頻執行機構，加裝彈性支架。

（3）檢查執行機構的氣源壓力，將閥門的氣源壓力調整到低于執行機構的最大操作壓力，有利于延長執行機構的使用壽命。

（4）投用閥門反吹氣，防止粉料進入閥門腔體，粉料進入腔體會造成扭矩加大，加劇閥門磨損及執行機構損壞。

5 結束語

通過對聚丙烯裝置PDS 閥門故障進行分析可知，閥門的高速開關和高頻次動作，使其故障率升高，故障對生產運行影響較大，通過對閥門采取改進措施，為裝置安全穩定運行創造了良好的條件。

參考文獻

[1] 石油化工自動化儀表選型設計規范：SH/T 3005—2015[S].