化工合成氨裝置氣動(dòng)調節閥故障解決方案

在自動(dòng)化較高的化工控制系統中，調節閥作為自動(dòng)調節系統的終端執行裝置，接受控制信號，實(shí)現對化工流程的連續調節，運行期間出現的故障直接關(guān)系著(zhù)生產(chǎn)裝置的安全運行。據現場(chǎng)實(shí)際統計大約70%的故障來(lái)源于調節閥。

針對合成氨生產(chǎn)裝置的儀表調節閥運行十幾年來(lái)曾出現的典型故障現象進(jìn)行了總結,并分析其原因,提出了相應的處理方法.認為N2和H2在高壓下可以直接化合生成氨，接著(zhù)，他用實(shí)驗來(lái)驗證，但在實(shí)驗過(guò)程中發(fā)生了爆炸。他沒(méi)有調查事故發(fā)生的原因，而是覺(jué)得這個(gè)實(shí)驗有危險，于是放棄了這項研究工作，他的合成氨實(shí)驗就這樣夭折了。后來(lái)才查明實(shí)驗失敗的原因，是他所用混合氣體中含有O2，在實(shí)驗過(guò)程中H2和O2發(fā)生了爆炸的反應。稍后，德國化學(xué)家能斯特通過(guò)理論計算，認為合成氨是不能進(jìn)行的。因此人工合成氨的研究又慘遭厄運。后來(lái)才發(fā)現，他在計算時(shí)誤用一個(gè)熱力學(xué)數據，以致得到錯誤的結論。在合成氨研究屢屢受挫的情況下，哈伯知難而進(jìn)，對合成氨進(jìn)行全面系統的研究和實(shí)驗，終于在1908年7月在實(shí)驗室用N2和H2在600℃、200個(gè)大氣壓下合成氨，產(chǎn)率僅有2%，卻也是一項重大突破。

    1 化工合成氨裝置氣動(dòng)調節閥故障解決方案概述

    某合成氨裝置中，一段爐是轉化工段的核心，引起一段爐停運的任何聯(lián)鎖動(dòng)作均將導致其后續工藝系統的停車(chē)，其中一段爐爐膛負壓的控制是關(guān)鍵?？諝鈮嚎s機燃氣透平出口燃燒乏氣，一部分作為一段爐燃燒空氣，由AV－03010控制進(jìn)一段爐燃燒空氣的氧含量，保證一段爐內燃氣燃燒充分；另一部分至一段爐對流段利用余熱，由PV－03048A/B輔助控制爐膛負壓；還有一部分由HV－02001控制進(jìn)行放空。這些閥門(mén)控制的氣道口徑大，采用了相同的多翻板連桿推動(dòng)機構，需要的動(dòng)力較大，氣動(dòng)執行機構及控制氣路較復雜。為控制，PV－03048采用A閥（小閥）、B閥（大閥）分別控制，根據工況需要開(kāi)啟其中一個(gè)或兩個(gè)。這些閥門(mén)參與聯(lián)鎖TRIP03.5控制，保證一段爐系統在正常的負壓下安全運行。當燃氣透平跳車(chē)或一段爐膛壓力升高大于100Pa時(shí)，TRIP03.5動(dòng)作：切斷一段爐燃燒空氣AV－03010和對流段乏氣排放閥PV－03048A/B，同時(shí)打開(kāi)乏氣放空閥HV－02001，并向TRIPB發(fā)出一個(gè)跳車(chē)信號。這些閥門(mén)屢次在開(kāi)車(chē)或行程校驗時(shí)出現失控不動(dòng)作現象，危害爐膛負壓的控制。

    2 化工合成氨裝置氣動(dòng)調節閥故障解決方案存在問(wèn)題

    PV－03048A/B的作用是穩定調節從燃氣輪機排出的高溫乏氣去一段爐對流段，輔助控制爐膛負壓。在大修中做行程校驗和開(kāi)車(chē)時(shí)PV－03048A/B閥不動(dòng)作，該閥是氣缸式調節閥，氣路非常復雜，初步檢查發(fā)現電磁閥線(xiàn)圈磁性不夠，導致電磁閥輸出氣量小，氣控閥不切換，閥門(mén)不動(dòng)作。更換電磁閥后仍不行，無(wú)法控制爐膛負壓，負壓聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)就會(huì )連鎖引起跳車(chē)。AV－03010在大修后開(kāi)車(chē)不動(dòng)作，檢查電磁閥有電，開(kāi)閥側氣路不通，閥門(mén)調節失靈，無(wú)法正常開(kāi)啟一段爐加熱系統。

大型合成氨裝置采用*節能工藝、新型催化劑和高效節能設備，提高轉化效率，加強余熱回收利用；以天然氣為原料的合成氨推廣一段爐煙氣余熱回收技術(shù)，并改造蒸汽系統；以石油為原料的合成氨加快以潔凈煤或天然氣替代原料油改造；中小型合成氨采用節能設備和變壓吸附回收技術(shù)，降低能源消耗。

    3 化工合成氨裝置氣動(dòng)調節閥故障解決方案原因分析

    3.1 控制介紹

    以PV－03048B閥控制為例，原控制氣路圖見(jiàn)圖1?？刂茍D中I、II、III、IV分別是四個(gè)氣控閥。PLT是控制氣口，R是放空口，P、A是通氣口。其中氣控閥II、III、IV是FC事故關(guān)型，PLT有氣時(shí)氣控閥P—A通，PLT無(wú)氣時(shí)P—A不通，A—R通；氣控閥Ⅰ是FO事故開(kāi)型，PLT有氣時(shí)P—A不通，A—R通，PLT無(wú)氣時(shí)P—A通。

    正常運行時(shí)，電磁閥帶電通氣，控制氣經(jīng)電磁閥后連至各氣控閥PLT口之氣路送至四個(gè)氣控閥PLT端，閥Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ打開(kāi)，閥I關(guān)閉。I/P轉換器接受主控4～20mA信號，轉換后輸出至氣動(dòng)定位器，兩路輸出C1、C2，C1經(jīng)氣控閥Ⅳ氣路至調節閥氣缸開(kāi)閥側；C2經(jīng)氣控閥II、III關(guān)調節閥氣路至調節閥氣缸關(guān)閥側。上止逆閥保證關(guān)閥氣不能去氣控閥I放空。這樣隨主控4～20mA信號開(kāi)、關(guān)調節閥門(mén)。

    需要強調的是氣控閥I的線(xiàn)路，它的作用是在電磁閥失電或失去氣源的事故狀態(tài)下，強制去關(guān)閉調節閥PV－03048B，實(shí)現調節閥的事故關(guān)功能。這時(shí)閥I打開(kāi)，當有氣源時(shí)，氣源經(jīng)下止逆閥、閥I、上止逆閥、關(guān)閥氣路去關(guān)調節閥；無(wú)氣源時(shí)，平時(shí)儲存在氣罐內的氣源，經(jīng)閥I、上止逆閥、關(guān)閥氣路去關(guān)調節閥。下止逆閥保證氣罐內的氣源不致流失。同時(shí)，氣控閥III的作用是在電磁閥失電、失去氣源的事故狀態(tài)下關(guān)閉并保證事故關(guān)閥氣不致由此放空，因為氣控閥III的P、A氣口是反接的，PLT失氣后P—A關(guān)閉，A—R導通，P口是接在事故關(guān)閥氣側，保證了事故關(guān)閥氣不能放空。    3.2 化工合成氨裝置氣動(dòng)調節閥故障解決方案PV－03048B不能動(dòng)作原因分析

    （1）經(jīng)觀(guān)察該閥門(mén)有時(shí)動(dòng)作緩慢。檢查發(fā)現閥門(mén)氣缸有串氣現象，更換了雙氣缸的活塞密封環(huán)，有時(shí)可以動(dòng)作，即使能動(dòng)作但全關(guān)后再啟動(dòng)非常困難。

    （2）由于閥門(mén)是多翻板連桿機構，啟動(dòng)不順，懷疑是否是閥門(mén)運行動(dòng)作阻力大。檢查各個(gè)聯(lián)軸節及軸承，發(fā)現這些地方由于閥門(mén)運行環(huán)境溫度高，干澀活動(dòng)阻力大。加注耐高溫潤滑脂，手動(dòng)開(kāi)關(guān)靈活了。

    （3）再次停車(chē)后開(kāi)車(chē)，又出現該閥不動(dòng)作。檢查發(fā)現，不論給多少信號，關(guān)閥側始終有氣，閥門(mén)全關(guān)。斷開(kāi)定位器C2側輸出，關(guān)閥側仍有氣。懷疑氣控閥I故障不切換。換了閥I后，現象依舊，說(shuō)明不是閥I故障。

    （4）分析認為，氣控閥不切換的原因是控制氣壓不足，控制氣壓低的原因可能有：

①測量電磁閥供電電壓，不帶負載為20VDC左右，帶負載時(shí)為14VDC左右，電磁閥功率3W，可能帶負載能力不足使電磁閥不能*開(kāi)啟；

②VP－41氣動(dòng)定位器是耗氣型定位器，其中控制C1、C2兩路輸出的平衡滑閥閥芯長(cháng)期滑動(dòng)磨損，漏氣量增大，已使閥門(mén)定位不準確，必定使整個(gè)回路耗氣量增大，控制氣壓降低，氣控閥不能切換；

③一旦停車(chē)PLC也會(huì )進(jìn)行相應的檢查或其他原因，閥門(mén)的電磁閥往往會(huì )斷電，氣控閥復位，恢復送電時(shí)由于上述原因會(huì )造成電磁閥開(kāi)啟不足、定位器分壓太大，氣控閥控制氣壓低，氣控閥不能切換。

    4 化工合成氨裝置氣動(dòng)調節閥故障解決方案控制氣路改造

    同樣以PV－03048B為例，改造后的氣路控制圖見(jiàn)圖2。本實(shí)用新型涉及工業(yè)設備技術(shù)領(lǐng)域,且公開(kāi)了一種便于維修化工生產(chǎn)調節閥門(mén)包括安裝塊,外閥,連內閥,安裝塊的兩側活動(dòng)連接有固定釘,安裝塊的兩側固定內嵌有傳感器,安裝塊的頂部轉動(dòng)連接有蓋板,蓋板頂部固定安裝有指示燈,安裝塊的內部中間活動(dòng)安裝有外閥,該調節閥門(mén)通過(guò)傳感器對連接對連接進(jìn)行監控,閥門(mén)與管道之間緊密連接和非緊密連接情況下的傳感器的氣壓值相差很大,再通過(guò)指示燈進(jìn)行體現,以此提示工作人員閥門(mén)與管道連出現問(wèn)題,是工作人員能夠快速,準確的進(jìn)行維修,減少了工作人員檢查故障時(shí)間,提升了維修效率,通過(guò)內閥對管道流量進(jìn)行精控,內閥活動(dòng)連接于外閥內部,方便對其拆裝,維護及更換.

    綜合故障原因，除更換氣動(dòng)定位器、定期給各聯(lián)軸節軸承加注耐高溫潤滑脂外，另引一路氣源直接給電磁閥供氣，并將電磁閥更換成大通量、低功耗閥，提高控制氣壓力，經(jīng)過(guò)試驗四個(gè)氣控閥均能正常切換，問(wèn)題得到圓滿(mǎn)解決。

    5 化工合成氨裝置氣動(dòng)調節閥故障解決方案結語(yǔ)

據了解，十多年來(lái)，我國合成氨裝置先后經(jīng)過(guò)油改煤、煤改油、油改氣和無(wú)煙煤改粉煤等多次反復的原料路線(xiàn)改造和節能改造，先后在烴類(lèi)蒸汽轉化工段、變換工段、脫碳工段、控制系統等進(jìn)行了數十項大型改造。其中造氣爐、爐況監測與系統優(yōu)化、脫硫系統等技改始終是重點(diǎn)。但是，由于裝置原料路線(xiàn)、資源供應、運輸、資金與技術(shù)成熟度等諸多方面原因，合成氨節能技術(shù)改造的效果始終未能達到預期目標。到2004年底，合成氨單位能耗平均為1700千克標煤／噸，噸氨平均水平與水平相差600～700千克標煤。

    大修將PV－03048B、PV－03048A、AV－03010進(jìn)行了控制氣路改造，改造后開(kāi)車(chē)控制氣路均切換控制正常，閥門(mén)動(dòng)作自如。經(jīng)過(guò)近一年的生產(chǎn)運行實(shí)踐，這三臺閥門(mén)工作正常，至今沒(méi)有出現過(guò)一次故障。這種改造簡(jiǎn)單易行、成本低、實(shí)用性強，為合成裝置其他控制閥故障排除摸索出一條新路。