变压吸附程控阀故障原因分析及解决办法

张国义，崔晓锦，赵军龙，张 成，施玉宏，金建芬

（银光集团聚银化工有限公司气体制造厂，甘肃白银 730900）

变压吸附是利用吸附剂对吸附质在不同的分压下对被分离的气体混合物组成有选择吸附的特性，加压吸附脱除原料气中的杂质组分，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。一套完整的变压吸附装置主要由吸附塔、程控阀、手阀、采样阀、抽空系统、缓冲逆放系统、升压提供动力系统组成。随着变压吸附工艺的不断创新，变压吸附从最初的从塔顶出产品、塔底为解析气的工艺逐步发展到变压吸附制一氧化碳工艺中的塔底出产品，塔顶出解析气的工艺流程，致使最初变压吸附工艺中程控阀故障原因的分析、判断更加复杂且处理难度增大。不仅考虑程控阀的常见故障外漏、电磁阀、气源等造成的故障，更要考虑程控阀的内漏和每一个硬件的质量，从而对程控阀技术质量要求越来越高。但至目前，国内外程控阀均无法达到“零故障、零泄露”，所以如何及时、准确地分析判断出程控阀的故障，尤其在不停车情况下及时、准确地分析判断出故障并及时处理，对企业的安全、稳定、低耗生产尤为重要。

1 装置介绍

分厂主要有三套生产装置，六套变压吸附，另由脱硫系统、气体压缩系统、气体缓冲系统组成，变压吸附是气体净化的核心单元。其中三套为变压吸附制氢单元，塔顶出产品，塔底出解析气；二套变压吸附脱碳单元，塔顶产出纯度在88%以上的半净化气，塔底利用真空泵抽空工艺除出废气；一套是一氧化碳和氢气分离单元，从塔底采用真空泵抽空输出产品CO，塔顶产出纯度85%以上富氢气供后段使用。六套变压吸附共有190台程控阀。

1.1 流程简图

变压吸附流程见图1。

图1 变压吸附流程图

1.2 程控阀结构特点

利用专用程控阀，其结构简图如图2。特点：阀芯结构采用特殊材料冲刷设计，有效提高阀门的使用寿命。采用软质特殊材料密封，具有可靠的内密封特性，填料承采用具有径轴向自补偿自紧式密封结构，采用压空作为动力，启闭速度快。

图2 程控阀结构

2 程控阀故障所造成的影响和危害

因目前化工企业均为连续、高负荷运行，如何保证连续、稳定生产是所有化工企业所研究的课题之一，也是增效降低成本的前提。分厂是公司全生产线的中间生产装置，六套变压吸附是核心工序，一旦出现故障将会导致前段工序降负荷，后段工序停车，造成原材料和能源动力损耗，使成本大大增加。在不计前后装置因停车损失外，分厂造成一次程控阀故障停车，损失约20万元，另外，如发生程控阀故障，易导致产品气质量不合格，存在更大的安全隐患。在2016-2019年曾多次发生因程控阀故障造成产品CO中H2超标、后工序反应床高温而连锁停车。即程控阀故障不但造成成本消耗大大增加，而且严重威胁后工序的安全运行，所以如何快速分析判断出程控阀故障并准确解决故障是分厂保证变压吸附安全、稳定运行的关键。

3 程控阀主要故障及排除方法

3.1 主要故障

（1）程控阀阀芯密封面损坏或内部软密封变形，造成外漏和内漏。

（2）程控阀阀杆断裂或阀杆抱死。

（3）电磁阀卡，主要表现在电磁阀卡死和程控阀无法动作，严重时不得不紧急停车处理更换电磁阀，其原因可能是气源较脏。

（4）电磁阀线圈烧毁。主要由于湿气或水滴进入线圈，密封不良处导致线圈电流过大而烧毁，主要表现为阀门不能正常开启。

（5）气源减压阀坏。主要表现在减压阀漏气，气源压力不够，导致阀门打不开。

（6）程控阀气缸活塞板断裂，造成汽缸内仪表风串气，阀门打不开或常开。

（7）程控阀阀杆旋转，造成阀杆上移而导致阀门内漏。

3.2 程控阀故障的分析及处理方法

（1）程控阀外漏，因外漏使环境中可燃有毒气体浓度较高，易发生人员中毒事故，存在安全隐患。因此需加强日常巡检、验漏，利用便携式可燃有毒检测仪定期验漏。程控阀外漏主要是阀芯处密封不好，可以采用对阀芯紧固的办法解决，但每次不能紧固过多，防止一次紧固而使阀芯软密封垫子彻底损坏。

（2）因电磁阀或仪表风原因导致阀门的不动作，需加强DCS系统中对吸附趋势的监控（图3）。

图3 变压吸附各步序吸附趋势图

因程控阀故障均能反映在吸附趋势的正常与否，导致阀门打不开或常开不关或阀门开关动作缓慢，造成吸附趋势的异常。一旦发生，首先根据吸附趋势图分析是否为公用阀门造成，因公用阀门会造成多条吸附趋势均存在异常，最容易判断，如是公用阀门造成，通知巡检和仪表人员到现场检查处理，同时根据吸附趋势异常的严重程度和处理快慢，确定是否切除故障吸附床处理；

如排除是公用阀门，则从吸附趋势均降ED1～3，均升ER1～3，逆放BD，置换、终充等步骤逐步分析，因排除公用阀后，如某台床阀门存在问题，必导致相邻吸附床吸附趋势反向变化，从而判断出具体阀门的故障，根据阀门开关周期时间进行处理。

（3）吸附趋势图。造成多条吸附趋势均存在异常，最容易判断，如是公用阀门造成，通知巡检和仪表人员到现场检查处理，同时根据吸附趋势异常的严重程度和处理快慢，确定是否切除故障吸附床处理；如排除是公用阀门，则从吸附趋势均降ED1～3，均升ER1～3，逆放BD，置换、终充等步骤逐步分析，因排除公用阀后，如某台吸附床阀门存在问题，必导致相邻吸附床吸附趋势反向变化，从而判断出具体阀门的故障，根据阀门开关周期时间进行处理。

（4）程控阀内漏的判断与处理。当发生内漏较大情况，从吸附趋势上能直观看出某一台床压力突降，而另一台床或几台床压力突升的状况，针对单台床压力突降和多台床压力突升，分别判断，确认是否是同一组阀门故障或是公用阀门故障造成。另对变压吸附带抽空程序的微漏现象，需对各步骤采样分析判断，主要对抽空步骤采样分析，这样能及时、准确地判断出是单台床程控阀的内漏或是多台床程控阀的内漏，使排查范围大大缩小；另在抽空度较高时，如阀门有内漏必将造成吸附趋势趋呈水平或升高状态（图4、图5、图6），从而能较清楚地判断出具体故障阀门，在不停车状态下对故障阀门阀芯采取微量下调，保证正常运行。分厂在2016-2019年多次成功地对出现的内漏阀门，均在未停车状况下进行了及时处理，保证了生产的安全、连续运行。

图4 抽真空正常趋势图

图5 抽真空末期微漏趋势图

图6 抽真空末期泄漏较大趋势图

（5）对程控阀阀杆位置做好标识定位工作。因程控阀开关频率较高的特点，在程控阀频繁开关过程中易造成阀杆丝扣旋转而使阀杆上移（不同的程控阀可能结构不一样），造成阀芯落不到位，密封不严。对此需加强日常检查和现场标识工作，利用生产稳定指标稳定阶段，对阀杆位置进行定位标识，从而保证在日常巡检时能及时发现阀门阀杆是否旋转或移动，并根据旋转和移动程度及时调整，起到提前预防提前维修的作用，从而保证生产连续稳定运行。

4 结语

变压吸附技术开创了干法气体分离、净化应用技术的先河，其环保低能耗是传统气体分离、净化工艺不可比拟的，但因阀门较多，如何及时发现，准确判断和处理程控阀故障，是减少停车和实现低耗运行的关键。随着变压吸附工艺的不断创新发展，程控阀已成为变压吸附工艺稳定运行的关键设备，提高程控阀质量和对其日常故障的准确判断处理是保证工艺安全、稳定运行的关键因素，是提高变压吸附运行效率的关键所在。经多年运行经验，在做好硬件设施质量把关，加强现场巡检和日常维护保养外，对每次故障原因的分析总结至关重要，为此分厂建立了一套独立的故障检查、排除方法，为更好地、高效地利用变压吸附生产线提供保障，为企业做出贡献。同时建议在变压吸附设计中，增加对程控阀发生内漏时的自检系统，一旦存在内漏时，通过对管道中气源组分的变化自动检测，从而实现智能化检查内漏，进一步提高程控阀故障的分析判断效率，降低故障损耗。