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股物流控制實現選擇性吸附分離的連續操作。在吸附塔運行過程中，程控閥一旦出現故障輕則影響收率，重則影響產品產量和質量，因此對程控閥的穩定運行要求很高[2-3]。目前在同類裝置上程控閥都采用進口品牌產品，主要有HARTMANN，ARGUS和SEGULT。

1 程控閥的技術要求

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，關閥約30 min。閥開全行程的定義為： 從控制系統發出開閥命令(電磁閥勵磁)開始計時，直到控制系統接收到現場閥位回訊器傳回的閥開(ZSO)信號為止，該過程中系統所記錄的時間稱為程控閥開閥全行程時間；閥關全行程的定義為： 從控制系統發出關閥命令(電磁閥失電)開始計時，直到控制系統接收到現場閥位回訊器傳回的閥關(ZSC)信號為止，該過程中系統所記錄的時間稱為程控閥關閥全行程時間。閥開和閥關速度應在3 s左右，不應超過5 s。

1.1 對閥體的要求

程控閥閥體、閥蓋、填料、法蘭及閥內件的材質必須能夠承受工藝介質的腐蝕，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]標準要求。

1.2 對執行機構的要求

執行機構應滿足在0.4 MPa風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，執行機構還應有避免沖擊端蓋的限位保護功能。進口閥門選用的執行機構都是撥叉式，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化為圓盤的旋轉運動，圓盤帶動輸出軸轉動，實現對閥的控制。在執行器開啟時輸出100%力矩，在中間過程輸出力矩發生變化，先減小到50%再增大到75%(關閉)，輸出力矩為變化值[8]。撥叉式執行機構的力矩與閥門開度關系曲線如圖1所示。

圖1 撥叉式執行機構的力矩與閥門開度關系曲線示意

基于裝置程控閥的特殊要求和撥叉式執行機構的優點，結合現場案例以某進口品牌的撥叉式氣動執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備主要由順序控制系統(SCS)和144臺程控閥組成。SCS根據工藝條件組態順控程序，按順序將直流24V開關信號送至現場電磁閥，電磁閥根據開關電信號去改變供氣方向，推動執行機構的動作來改變閥門狀態以滿足工藝生產的需要。同時，程控閥通過閥位傳感器，將程控閥開關狀態反饋至SCS，用于狀態顯示和順序控制。

電磁閥采用ASCO公司“二位五通”先導式電磁閥；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控制指令發出后5 s內到位，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?；赜崍缶脑蛴虚y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、執行機構故障、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，常見故障現象除了電磁閥內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部滑塊切換不到位現象也會在新的電磁閥中出現，分析故障原因發現是出廠時電磁閥內滑塊油脂添加過多，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)執行機構故障。執行機構故障主要有氣缸竄氣、排氣不暢及活塞卡澀等現象，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，消音器因節流偶爾也會出現結霜現象，堵塞后缸內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向環磨損，活塞在動作過程發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?；钊饕腔钊瞎潭L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

程控閥中閥門開關時間和位置均正常，但回訊檢測不正常，主要是由執行機構中軸與回訊桿連接部位磨損后傳感器探頭感應偏移、回訊器內轉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，需要更換中軸或執行機構才能徹底解決回訊檢測問題；回訊器轉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 執行機構的國產化

進口程控閥閥體部分使用情況總體良好，但執行機構故障率偏高，進口執行機構固定銷采用銷子口周圍鉚釘變形、產生摩擦力來阻止固定銷滑出，長期運行后必然導致銷子滑出，損壞氣缸。采用國產執行機構替代方案最為關鍵是要解決銷子脫出問題，改進后的傳動固定銷材質采用優質合金鋼，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，使固定銷與活塞緊密配合，不容易出現松動或掉落情況。

國產程控閥執行機構另一個改進方案是執行機構的快速替換性，即執行機構及其附件的固定安裝與原執行機構一致。經驗表明，現場應用的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執行機構，首先要注意國產執行機構配進口閥體的適配性；此外，國產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，以適應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 結束語

程控閥是PX裝置吸附分離單元的核心設備之一，每臺程控閥的開關時間、泄漏量都有嚴格要求，任何一臺程控閥開關時間超時或開關不到位，都可能影響產品質量，為此，在線監測程控閥全行程開關速度、定期預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，故對其國產化改造有較大的應用前景。