空分设备气动式阀门与入口导叶的技改与维护检修

周金城（马鞍山钢铁股份有限公司气体销售分公司，安徽马鞍山　243000）

空分设备气动式阀门与入口导叶的技改与维护检修

周金城
（马鞍山钢铁股份有限公司气体销售分公司，安徽马鞍山243000）

【摘要】介绍了空压机防喘振阀与入口导叶、氧气输送阀与放空阀、分子筛吸附器切换阀存在问题及改造措施，阐述了空分设备低温与常温气动阀门、氮压机入口导叶存在问题及维护检修措施。

【关键词】空分设备；阀门；入口导叶；卡阻；调节性能；压力

Technical Modification and Maintenance of the Pneumatic Valve and Inlet Guide Vane in Air Separating Plant

ZHOU Jincheng
(The Gases Sale Co. of Maanshan Iron and Steel Co., Ltd., Maanshan, Anhui 243000, China)

【Abstract】Existing problems in the anti- surge valve and inlet guide vane, oxygen transfer valve and vent valve and switch valve of molecular sieve absorber of air separating plant and modification measures are introduced. Existing problems in the low- temperature and room temperature pneumatic valves and the inlet guide vane of nitrogen compressor and maintenance measures are also discussed.

【Key words】air separating plant; valve; inlet guide vane; jamming; adjusting function; pressure

1　引言

气动式阀门与入口导叶是空分设备配备常用终端控制元件。马鞍山钢铁股份有限公司（以下简称马钢）20000 m3/h与35000 m3/h空分设备配备控制阀与入口导叶均为气动式。

20000m3/h空分设备由杭氧设计制造，采用双层卧式分子筛吸附器吸附净化、膨胀空气进下塔、氧气内压缩与氮气外压缩流程。

35000m3/h空分设备由法液空设计制造，采用双层立式径向流分子筛吸附器吸附净化、膨胀空气进上塔、氧气与氮气均为外压缩流程。

20000m3/h与35000 m3/h空分设备自投产后，马钢针对配备气动式阀门与入口导叶运行中存在问题，采用针对性技术改造方法与有效维护检修措施，使气动式阀门与入口导叶调节性能正常，保证空分设备安全稳定运行。

2　技术改造

2.1空压机防喘振阀

20000m3/h空分设备空压机配备1只气闭式防喘振阀。在空压机启动时，通过逐步关小防喘振阀，提高出口压力。在空压机停机、跳机时，通过开启防喘振阀，降低出口压力，避免空压机喘振。

2.1.1存在问题及原因分析

20000m3/h空分设备自投产，空压机防喘振阀调节性能低，未能满足空压机启动升压、停机降压、跳机卸压需要。防喘振阀故障时空压机状况见表1。

表1　防喘振阀故障时空压机状况

经过多次对防喘振阀检查，发现连接阀瓣处阀杆锈迹现象严重，阀瓣O形密封件变形且密封件被灰褐色固体结垢物覆盖，使防喘振阀动作缓慢或阀门卡阻。

2.1.2改造措施及效果

在2004~2007年，为防止防喘振阀阀杆生锈、阀瓣O形密封件变形或结垢，对防喘振阀连接阀瓣处阀杆镀铬，避免锈迹产生。实际效果不佳，仍无法避免空压机带载停机、跳机。

在2008年5月，为防喘振阀旁通1只设有电磁阀的气闭式快速放散阀，该阀门为两位阀。在空压机停机、跳机时，快速放散阀的电磁阀失电，快速放散阀在5 s内全开，空压机完全卸载，避免空压机出现“喘振”现象。

在2009年4月，针对空压机启动升压时，防喘振阀调节性能低，阀门动作缓慢现象，将原配备防喘振阀整体更换。新防喘振阀更换后，对防喘振阀进行PID参数设定，使防喘振阀1%开度调节响应时间不大于4 s，以此提高阀门调节性能，满足空压机启动升压需要。

空压机增设的快速放散阀与更换的防喘振阀构成空压机防喘振阀门系统运行至今，达到空压机启动升压、停机降压、跳机卸压要求，有效避免空压机喘振，效果显著。

2.2空压机入口导叶

20000m3/h空分设备空压机配备1套气动式入口导叶，入口导叶由定位器、执行机构与转动叶片组成。

2.2.1存在问题及原因分析

20000m3/h空分设备正常运行时，空压机出口压力与流量出现间断、无规则波动现象，造成在分子筛吸附器升压阶段发生多起粗氩塔氮塞、下塔液泛故障。对空压机检查发现，安装在入口导叶执行机构支架上定位器因振动大发生故障，使入口导叶无规则波动，空压机出口压力与流量波动。

空压机入口导叶安装在紧邻一级工作轮的进气管道上，在空压机运行时，进气管道高频振动大，导致安装在执行机构支架上定位器因振动大而发生故障。

2.2.2改造措施及效果

为消除空压机进气管道高频振动对入口导叶定位器影响，使定位器正常工作，对入口导叶定位器进行移位技术改造。

采用入口导叶定位器与执行机构分开安装方法。将入口导叶原配备定位器更换为分体式阀门定位器，分体式阀门定位器由内置阀位变送器与分体式阀位传感器组成。将内置阀位变送器移至空压机机架外侧，安装在轻微振动的固定支架上，仅将抗振性能好的分体式阀位传感器安装在入口导叶执行机构上。

入口导叶阀位信号由分体式阀位传感器输出，通过增设仪表电缆送至内置阀位变送器，内置阀位变送器将输出气源信号由增设外接气路信号管传至入口导叶执行机构，调节入口导叶转动叶片角度。

2012年1月，入口导叶定位器移位改造完成，定位器在微振动环境中运行至今，未发生故障，空压机出口压力与流量稳定，效果明显。

2.3氧气输送阀与放空阀

20000m3/h空分设备氧气输送阀与放空阀均为气动薄膜阀，阀门类型为蝶阀。在管网氧气压力波动时，调节氧气输送阀与放空阀，使出主换热器热端氧气流量与压力稳定。

2.3.1存在问题及原因分析

在20000 m3/h空分设备运行，氧气管网压力波动大时，氧气流量因氧气输送阀与放空阀调节性能低波动幅度大，严重影响空分工况。

氧气管网压力升幅过快时，氧气输送阀与放空阀无法及时调节，氧气流量降幅大，造成液氧泵出口压力高联锁跳机。

氧气管网压力过低时，氧气输送阀与放空阀调节效果不佳，氧气流量高，造成粗氩塔“氮塞”。

通过对氧气管网压力波动与空分设备氧气流量变化分析，认为上述现象是由于氧气输送阀与放空阀为蝶阀所致，此类阀门调节性能低，不适应马钢氧气管网频繁波动的特点，阀门选型不佳。

2.3.2改造措施及效果

将氧气输送阀与放空阀整体更换，阀门仍选择气动薄膜阀，阀门类型改为套筒阀，同时对阀门加装增速器，提高阀门调节性能。并且对两只阀门响应速度与控制重新进行匹配。

2004年10月，氧气输送阀与放空阀改造后，阀门调节灵敏，20000 m3/h空分设备氧气流量稳定。

2.4分子筛吸附器切换阀KV1202

35000m3/h空分设备分子筛吸附器配备切换阀KV1202为国外厂家制造气动式三杆阀。该气动式三杆阀由主阀部分阀杆、主动杆、从动杆、固定杆与执行机构气缸、活塞、活塞杆、推杆组成。

2.4.1存在问题及原因分析

35000m3/h空分设备自投产，B#分子筛吸附器空气进气阀KV1202在阀门开启时，阀门逐渐出现动作缓慢、卡阻、未开启现象。

为使分子筛吸附器正常运行，通过调节切换阀KV1202执行机构力臂与气缸仪表气源压力，使切换阀KV1202正常开启，但实际效果不佳。

为保证设备稳定运行，增设1台小型手动葫芦吊，在切换阀KV1202未能开启，DCS控制画面出现切换阀门反馈信号报警时，人为使用手动葫芦吊沿三杆阀执行机构气缸活塞杆开启方向拉动活塞杆运动，使切换阀KV1202开启。

为查明切换阀未能开启原因，在空分设备停机时，在切换阀KV1202进气连接管道上制作一只“人孔”，从管道内部检查阀门主动杆、从动杆与阀板状况，阀门连杆机构无损坏现象，动作正常。在管道外部检查阀门执行机构，发现活塞运动有卡涩现象。经向阀门制造厂咨询得知，该三杆阀气缸配备活塞杆长度设计不佳，执行机构力矩偏小，执行机构无法推动连杆机构运动，造成切换阀KV1202未能开启。

2.4.2改造措施及效果

利用手动葫芦吊使切换阀KV1202气缸内活塞运动，开启阀门，造成切换阀KV1202气缸、活塞杆已严重变形，无法修复，为此更换切换阀KV1202。

因订购该进口原型号三杆阀时间长、价格高，遂对切换阀KV1202进行国产化技术改造，专门订购1只适合B#分子筛吸附器运行的国产三杆阀KV1202。

根据B#分子筛吸附器实际运行参数，切换阀KV1202开启时所承受最大压差数值，尤其气缸配备活塞杆长度，专门设计制造1只国产三杆阀，使之在有效动作时间内能完全正常开启、关闭。

2002年，国产气动三杆阀KV1202运行至今，阀门开启、关闭均正常，效果较好。

3　维护检修措施

3.120000 m3/h空分设备常温气动阀返厂维修

3.1.1存在问题

马钢20000 m3/h空分设备配备常温气动阀由无锡工装设计制造。20000 m3/h空分设备运行至2009年，气动阀门发生多起故障，影响设备安全稳定运行。常温气动阀门故障状况见表2。

表2　20000 m3/h空分设备常温气动阀门故障状况

3.1.2维护检修措施

利用20000 m3/h空分设备2009年热备用时间长，将8只分子筛吸附器切换阀、空冷塔进气阀、氮气放散阀、污氮气压力调节阀拆卸，运至阀门制造厂维修。制造厂对返厂维修阀门，根据故障状况分别更换执行机构总成、气缸、O形密封垫片、轴承、弹簧，消除气动阀门故障。

20000m3/h空分设备自2010年3月启动运行至今，常温气动阀门调节性能较好，效果明显。

3.214500 m3/h与20000 m3/h氮压机入口导叶卡阻处理

20000m3/h空分设备配备14500 m3/h氮压机与35000 m3/h空分设备配备2#20000 m3/h氮压机均为英格索兰设计制造。2台氮压机入口导叶均选用1只同类型气动蝶阀作为入口导叶。

14500m3/h氮压机设置在密闭厂房内，20000 m3/h氮压机露天设置，仅建有半封闭式防雨棚。

3.2.1存在问题

14500m3/h与20000 m3/h氮压机投产后，入口导叶均出现卡阻现象。造成运行氮压机停机或跳机时无法卸载、启动后无法加载、启动时负载大电流高启动失败。

14500m3/h氮压机入口导叶卡阻均发生在氮压机长期备用后启动时，20000 m3/h氮压机入口导叶卡阻均发生冬季低温状态。

经对14500 m3/h氮压机入口导叶检查发现，长期处于备用状态氮压机入口导叶即气动蝶阀执行机构转动部件锈蚀严重，造成入口导叶卡阻。

经对20000 m3/h氮压机入口导叶冬季低温、夏季高温对比检查发现，因20000 m3/h氮压机露天设置，在冬季低温环境下，入口导叶即气动蝶阀阀板变形，造成入口导叶卡阻。

3.2.2维护检修措施

定期对备用状态14500 m3/h入口导叶即气动蝶阀执行机构转动部件添加润滑油，避免转动部件锈蚀。

对20000 m3/h氮压机入口导叶即气动蝶阀增设电伴热带，同时对入口导叶增设保温材料，避免阀板在低温环境变形。

以上维护检修措施实施后，14500 m3/h与20000 m3/h氮压机运行至今，氮压机入口导叶未有卡阻现象，效果显著。

3.335000 m3/h空分设备低温气动薄膜阀更换

3.3.1存在问题

35000m3/h空分设备配备低温气动薄膜阀均为法液空提供，空分设备自1998年投产，低温气动薄膜阀故障率逐年增加。该类型气动薄膜阀均未设置手柄进行手动控制，在阀门故障时，对空分设备工况影响大。

因阀门备件采购时间长、价格高，阀门故障时无法及时处理，经常“带病”运行，未能保证设备安全稳定运行。同时，因低温气动薄膜阀调节性能逐年下降，35000 m3/h空分设备自动变负荷技术改造无法实施。

3.3.2维护检修措施

经对35000 m3/h空分设备低温气动薄膜阀故障归类分析及阀门状况排查，向原阀门设计、制造厂订购一批同型号阀门及执行机构。

2011年，在35000 m3/h空分设备改造性大修冷箱扒砂时，将10只气动薄膜阀整体更换、9只气动薄膜阀膜头更换。

35000m3/h空分设备低温气动薄膜阀及阀门膜头更换后，设备运行至今，阀门调节性能正常。同时，35000 m3/h空分设备自动变负荷技术改造完成。

3.435000 m3/h空分设备常温气动调节阀修复

35000m3/h空分设备常温气动调节阀均为法液空提供，氧气放空阀FIC1510B、空冷塔液位调节阀LIC1007、空气短路循环调节阀HV1215配备气动执行机构均为同一型号。执行机构转轴安装1只滚动轴承，轴承水平不受力，仅起固定、滑动作用。

3.4.1存在问题

2013年10月12日，35000 m3/h空分设备运行时，氧气放空阀FIC1510B在DCS控制画面已全开，氧气产量由32500 m3/h降至2800 m3/h，上塔与下塔压力上升。

经对氧气放空阀FIC1510B检查发现，该阀门现场处于全关状态，阀门执行机构滚动轴承密封盖锈蚀脱落，轴承内套及部分滚珠脱落，轴承未脱落滚珠锈蚀严重。

同时对LIC1007、HV1215气动调节阀检查发现，执行机构滚动轴承滚珠均已严重锈蚀。

3.4.2维修检修措施

因订购该型号阀门执行机构周期长，马钢自行加工3只耐磨性好的铜套代替滚动轴承，同时，加工安装新的密封盖，避免执行机构转动部件故障。

上述3只气动常温调节阀修复后，35000 m3/h空分设备运行至今，阀门调节性能正常，效果较好。

4　结束语

针对20000 m3/h与35000 m3/h空分设备运行中，气动阀门与入口导叶出现各种问题，采用针对性技术改造方法与有效维护检修措施，使气动阀门调节性能正常，保证空分设备安全稳定运行。

热电

作者简介：周金城（1971－），男，1994年毕业于马钢职工大学制氧专业，制氧高级技师，现从事制氧生产技术工作。

收稿日期：2015－01－30

【中图分类号】TB657.7

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764(2015)04-0024-03