汽油吸附脱硫装置程控阀存在问题的分析及处理

卢　楠

(中国石化上海石油化工股份有限公司炼油部，上海200540)



汽油吸附脱硫装置程控阀存在问题的分析及处理

卢楠

(中国石化上海石油化工股份有限公司炼油部，上海200540)

摘要：汽油吸附脱硫(S Zorb)装置的核心为闭锁料斗部分，采用闭锁料斗控制系统来控制31个球阀的开关动作,以此来实现对吸附剂再生和还原的过程。S Zorb装置球阀采用GOSCO的两位式开关阀，若阀门回讯不到位或者阀门本身内漏位都会影响生产运行。介绍了在开车、检修、正常生产过程中程控阀存在的问题，针对回讯不到位所进行的改造、阀门关不到位所采用的处理方法，对程控阀的日常维护保养策略也进行了介绍。

关键词：开关球阀程控阀维护保养问题对策

随着环境治理力度的不断加强，环保要求日趋严格，为满足市场对低硫汽油的需求，中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)炼油部于2012年六期炼油改造工程中新建一套1.5 Mt/a催化汽油吸附脱硫(S Zorb)装置，设计加工原料为3.5 Mt/a催化装置生产的稳定汽油，产品为低硫精制汽油。该装置处于联合装置的尾部，一旦发生问题会影响上游装置的生产。因此，长周期平稳运行S Zorb装置就成了上海石化炼油部工作的重点。

闭锁料斗系统作为S Zorb装置工艺部分的核心，由31台程控阀来调节吸附剂的再生和还原。因该阀门属于程序控制，开关动作频繁，并且介质为吸附剂，属于固体介质，具有一定的硬度，在频繁的开关过程中容易造成阀芯的磨损、卡滞。同时，该阀门除了阀内件故障影响工艺操作之外，阀门的回讯作为程序判别阀门可靠开、关的关键部件也影响控制程序的运行。所以，在正常生产过程中，影响料斗程序运行可能有不同的原因，因此应根据不同的原因制定解决方案，尽量避免因阀门问题造成的S Zorb装置停车。

1S Zorb装置的工艺简介

装置采用S Zorb专利技术,该技术基于吸附作用原理对汽油进行脱硫，通过吸附剂选择性地吸附含硫化合物中的硫原子而达到脱硫目的。与加氢脱硫技术相比，该技术具有脱硫率高(可将硫脱至10 mg/kg之下)、辛烷值损失小、操作费用低的优点[1]。

1.1S Zorb装置的工艺特点

S Zorb装置的工艺主要有以下特点：(1)装置反应器采用流化吸附反应床，反应物料自反应器下部进入；(2)装置中吸附剂连续再生，再生器也采用流化反应，再生空气一次通过；(3)反应部分为高压临氢环境，再生部分为低压含氧环境，通过闭锁料斗步序控制实现氢氧环境的隔离和吸附剂的输送；(4)再生部分设置内取热系统，用于降低再生器和再生器接收器内部的温度；(5)为了避免工艺物料携带出吸附剂，再生器内通过旋风分离器实现气固分离，反应器、闭锁料斗、吸附剂储罐等设备则设置精密过滤器；(6)为了降低能耗，反应产物分离部分采用热高分流程。

1.2闭锁料斗的工艺过程及控制原理

在正常的连续生产过程中，闭锁料斗的控制是由闭锁料斗控制系统(Lockhopper Management System，以下简称LMS)自动完成。

正常生产过程中，待生和再生过的吸附剂分批地交替通过闭锁料斗，其过程如下：在待生吸附剂填充阶段，待生吸附剂依靠重力从反应接收器流入闭锁料斗；闭锁料斗降压后用氮气吹扫，在吸附剂排空阶段，经过吹扫的吸附剂依自身重力流入再生进料罐；在再生吸附剂填充阶段，已再生过的吸附剂从再生器接收器流入闭锁料斗；闭锁料斗用氮气吹扫后用氢气加压，在吸附剂排空阶段，再生过的吸附剂依自身重力流入还原器。闭锁料斗的压力在不同工艺过程操作之前进行相应调整，以满足不同工艺过程的需要。通过改变闭锁料斗的填充料位可以改变每次循环所输送吸附剂的数量，而通过改变闭锁料斗的循环时间可以改变单位时间内的循环次数，通过上述两种方式达到控制吸附剂循环速率的目的。

闭锁料斗为循环控制，每一个循环的设计时间为20 min，经历9个步骤，必须确保每一步都在安全的条件下相继完成特定的吹扫、充压、泄压、装料、排料等步骤。闭锁料斗的控制系统和逻辑监控过程使其在工艺条件反常时也能置于安全状态。

1.3闭锁料斗系统程控阀简介

1.3.1闭锁料斗系统程控阀的正常运行

闭锁料斗系统共有31台程控阀，程序根据设定，按运行步骤依次打开和关闭相应的阀门，阀门的状态信号也会即时反应在集散控制系统(DCS)画面上。

LMS系统画面上每个阀门下面都显示了该阀门开关所用的时间，正常情况下阀门开关时间不应该超过7 s，如果阀门动作时间超过7 s，则表示该阀门动作存在一定的阻力，可能存在阀芯磨损等情况。

1.3.2闭锁料斗系统程控阀的组成及材质

闭锁料斗系统程控阀采用了加拿大高斯特(GOSCO)公司的M-CLASS开关阀，阀门主要由阀体、执行机构、回讯盘、电磁阀等组成。

阀门为流道中无阀轴阻挡式的球芯双阀座浮动球阀，全金属双向密封。电磁阀采用的是通用型2位3通直动式，阀门的正常开关均通过控制电磁阀得失电来完成。阀位回讯开关为两套独立的接近式开关，为无源干接点输出，两线制。执行机构采用单作用弹簧复位的执行机构。

阀体和阀盖材质分别采用ASTM A217 WC6和ASTM A351 CF8M；阀杆材质采用Inconel 718；阀球阀座采用基体材质Inconel 718表面进行热化学渗硼硬化处理，硬度可以达到HRC97，密封等级可以做到6级，弓形球体设计，可大大减少阀门开关角度较小时对阀球阀座的磨蚀。

填料采用的是阀杆双填料设计，填料由3个模压成型的三明治式的组合纯石墨环和2个填充有Inconel材质缠绕丝的石墨抗挤压环两部分组成；阀杆设计有轴肩，为防飞出压力密封阀杆，压力越大越紧密，材质是Inconel 718。

2开车准备及开车过程中遇到的问题及解决方法

2.1回讯不到位及解决方法

程控阀阀门回讯机构为机械式(如图1所示)，图2则为执行机构与回讯转轴连接部件。

图1　程控阀回讯盘

图2　回讯转轴

回讯机构与执行机构由一段金属杆相连接，金属杆一端插在执行机构的外轴上，另一端插进回讯里。装置开工调试前期，该回讯没有问题，但是随着动作次数的增加，逐渐有阀门回讯不到位的情况，且现场查看阀门本体是到位的。然后拆开回讯检查，发现金属杆和塑料接头的连接处存在一定的空隙，而塑料接头与回讯转轴也存在空隙，即虽然执行机构转动带动金属杆转动，由于空隙存在，接头带动转轴转动的范围略小于执行机构实际转动范围。

该回讯开关位置各有一个感应模块，只有当转轴感应金属对准模块的感应位置(图3部件上端圆圈处)才会构成回路，且对位置精度要求很高，稍有错位就不会构成回路，即回讯不到位。

图3　回讯感应模块

当发现该问题的原因后，立刻将回讯转轴的连接方式进行了整改，去掉了塑料接头，并重新加工了金属杆，改由回讯转轴直接通过金属杆连接到执行机构的外轴上，避免了多次连接产生的空隙。并对原金属支架重新进行了加工来适应新的连接方式。

2.2阀体关不到位及解决方法

在整改过回讯机构之后又出现了出现电磁阀失电后回讯不到位的情况，到现场查看后确认有10台为执行机构放空后程控阀本身无法回座到位。此时已经将吸附剂装入闭锁料斗中，因阀门不到位导致了料斗的停运。

对阀芯及阀座进行检查后判断影响因素一方面可能因为冬天气温低，而阀体内部温度较高，内外温差较大使得阀体和阀座膨胀程度不一致，进而导致阀门动作卡涩；另一方面也有可能是因刚刚开车，管道内存在的杂质卡在了阀芯处。

随后对关不到位的阀门进行解体，发现有的阀门确实因为阀芯处发现焊渣等杂质导致阀门卡住；有的阀门无需解体，现场用手轮轻轻一摇便关到位了。对于这种情况，与生产厂家讨论后认为原因可能是介质为固体颗粒，存在一定的摩擦阻力，而执行机构采用Kinetrol单作用弹簧来进行复位，开关阀的执行机构采用标准规格的弹簧，即标准弹簧的回弹力可能无法抵消固体介质造成的摩擦阻力，所以才有阀门关不到位的情况。因此生产厂家的建议是调节弹簧，增加弹簧的回弹力。不过该执行机构采用的是全进口设备，从技术层面来说无法确定如何调节弹簧，也不知道回弹力应该调到多少合适；从质量保修角度一旦对全进口的阀门进行私下拆解，生产厂家对该阀门的质量将不再进行担保。

经过再次讨论，提出可以将程控阀仪表风气路进行优化改造的建议，将原两位三通电磁阀改为两位五通电磁阀，使电磁阀失电后执行机构内仪表风由直接放空改为反向进执行机构增加弹簧回座力推动程控阀回座。改造后程控阀开关动作到位，开关行程时间未见增长，运行状态正常，证明该技术改造获得成功。

同时，针对杂质问题，装置在开工阶段，特别是装置中交首次开工时，务必将管线内焊渣、杂物等清除干净，管线干燥无水分。该球阀对管道要求较高，稍有杂质容易影响阀门的正常使用，且会对阀门的球面和阀座造成严重的磨损，影响其密封性。

3生产过程中遇到的问题及解决方法

3.1机械故障导致回讯不到位的问题

回讯经过改造后已经达到了长周期平稳运行的标准，不过在生产过程中依然会出现回讯不到位的现象。

2013年3月起，部分程控阀开始陆续出现阀体开关到位，但阀位回讯不到位的情况。出现该问题的主要原因如下：一是阀位回讯罩密封圈太细，密封不严，在下雨天回讯罩容易进水，进水后可能导致回讯传感器的接线短路将系统内部保险丝熔断；二是容易有粉尘、吸附剂等颗粒杂质进入到回讯轴内，导致回讯轴与回讯盘之间卡死，造成转动不灵；三是回讯盘与执行机构的连接件强度不够，长期使用后出现连接件变形导致回讯罩动作卡涩的情况。

针对上述问题，于2013年6月集中对回讯罩密封圈(加粗)及部分连接件进行更换。同时制定了巡检制度，要求运保单位每个月的月初和月末对回讯盘进行检查，在大雨或者雾霾等恶劣天气之后更要加强检查，同时也为阀门的电磁阀做了防雨罩，防止因电磁阀进水影响阀门，并要求运保单位每个月对电磁阀进行巡检。自此每次回讯机构若进水或者有杂质都能被及时清除，保证了回讯机构内部的洁净，避免了对内部元件及接线端子的腐蚀和对回讯轴造成卡滞。

另外，生产过程中也出现过前面提到的回讯模块失灵的情况，但运行至今仅更换过1个回讯模块。因此单独采购了6个新的回讯机构放在运保单位，便于在遇到回讯机构卡死等需更换回讯的问题时能够立即更换，不耽误生产。需注意的是，在更换回讯机构过程中，需要将回讯的信号线拆除，在拆线和接线的过程中一定要注意线路的绝缘处理，否则容易造成系统保险丝熔断的现象。

3.2程控阀内件内漏卡滞造成的阀门问题

在其他单位的同类装置中，遇到最多的问题便是阀门内漏。因装置操作介质有高温油气、氢气、氮气及富含吸附剂颗粒(粒度为0～150 μm)，操作工况具有阀门前后压差大和开关频繁(20～30 min开关一次)等特点，在经过长周期运转后，阀芯和阀座会因不断摩擦产生很多划痕，造成阀芯、阀座的磨损(见图4～5)，并且易发生内漏的阀门都是安装在吸附剂经常流经的管路上，易与吸附剂进行接触。

图4　程控阀阀座受损情况

图5　程控阀球形阀芯

因工艺原因，在球阀工况无法改变时，可以将一些特定部位阀门作为易损件管理并定期更换。例如球阀XV2408，因存在承压方向倒置现象，会有微量吸附剂不可避免的进入球阀密封面，长期使用中阀球与阀座将有一定磨损，最终阀内漏而报废。如果采取定期更换，在阀门磨损初期予以送厂家研磨修理，球阀仍可循环使用，可大幅降低装置维护成本。此外，尽可能采购同一厂家的程控球阀，可以使部分同规格型号的阀通用，降低备阀数量。

3.3程控阀的检修及验收

每次装置有机会停车检修时，程控阀都会是必修内容。但因检修时间紧，阀门检修时间长等因素，每年检修一般只会对经常发生内漏或者位置经常接触吸附剂的重点阀门进行检修。主要程控阀故障及检修情况见表1。

表1　程控阀故障及检修情况

对于磨损的处理，一般对球体采用重新制作，在球体表面喷涂耐磨合金，表面硬度HRC65～68，喷涂后的球体上高精度磨床磨削以保证球体圆度和粗糙度，最后脱脂处理，保证密封要求。对阀座采用同样制作，阀座密封表面喷涂耐磨合金HRC62～65，喷涂后的阀座上高精度磨床磨削以保证阀座密封面圆度和粗糙度，最后脱脂处理，保证密封要求[2]。装配时需严格控制好波形弹簧及阀座密封圈的压缩量，中法兰螺栓采用扭力扳手控制阀门扭矩。

阀门检修好之后，去检修单位对阀门进行验收，主要考查的是阀门的动作时间和密封度。因程序控制要求，该阀门的开、关时间不得超过7～8 s。又因为闭锁料斗工艺属于反应部分为高压临氢环境，再生部分为低压含氧环境，所以对阀门的泄漏等级要求很高，要求达到6级密封，无泄漏。

4结语

经过各专业技术人员的摸索与总结，已经对开工以来出现的技术问题进行了有效的整改，同时在管理上加强了巡检制度，要求运保人员定期对电磁阀、回讯开关进行检查。目前上海石化S Zorb装置的程控阀已经满足工艺长周期平稳运行的要求，在工艺技术、生产环境无法有效提高的情况下，如何最大限度的延长程控球阀使用寿命和迅速的在线更换阀门是保证装置运行稳定的关键因素之一。

参考文献

[1]郭晓亮.S Zorb装置长周期运行影响因素及对策[J].炼油技术与工程，2013，43(1):5-8.

[2]张昆.程控球阀在S Zorb装置上的应用[J].炼油技术与工程，2013,43(10)：1-4.

Analysis on Problems of S Zorb Program-controlled Valves and the Treatments

Lu Nan

(RefineryDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.，Shanghai200540)

ABSTRACT

Keywords：switching ball valve,program-controlled valve,maintenance,problems,countermeasures

收稿日期：2016-01-20。

作者简介：卢楠，男，1987年出生，2010年毕业于辽宁石油化工大学，工学学士，仪表工程师，长期从事仪表管理工作。

文章编号：1674-1099(2016)02-0021-05中图分类号：TE682

文献标识码：A

The core of gasoline desulfurization adsorption (S Zorb) device is a lock hopper section.The lock hopper control system is utilized to control the switching of 31 ball valves so as to achieve the processes of regeneration and restoring of adsorbent.The ball valves in S Zorb device were GOSCO two position switch valves,which may affect the production and operation if the valve fails to echoplex in place or appears internal leakage.The problems of the program-controlled valves in the processes of startup,maintenance and normal production,transformation for improper echoplex and treatments for failure of switching off of valve were introduced,as well as the routine maintenance strategies of the program-controlled switching valve.