PX装置程控阀的故障分析及改进措施

魏臻，魏剑萍

(中国石油化工股份有限公司 镇海炼化分公司，浙江 宁波，315207)

目前中国采用的对二甲苯(PX)吸附分离工艺包主要有UOP和AXSEN两种，其中AXSEN工艺包的吸附分离单元是由2个吸附塔组成。该工艺是根据模拟移动床逆流选择性吸附原理，将含有4种C8芳烃同分异构体的混合进料从不同位置引入装有24层吸附剂床层的吸附塔，利用吸附剂对4种C8芳烃同分异构体吸附能力强弱的差异，从而达到分离PX的目的[1]。吸附塔通过144台程控阀对进料、抽余液、抽出液、脱附剂和反洗液5股物流控制实现选择性吸附分离的连续操作。在吸附塔运行过程中，程控阀一旦出现故障轻则影响收率，重则影响产品产量和质量，因此对程控阀的稳定运行要求很高[2-3]。目前在同类装置上程控阀都采用进口品牌产品，主要有HARTMANN，ARGUS和SEGULT。

1 程控阀的技术要求

PX吸附分离塔上使用的程控阀动作约1.6×104次/年，每一次动作，开阀约75 s，关阀约30 min。阀开全行程的定义为： 从控制系统发出开阀命令(电磁阀励磁)开始计时，直到控制系统接收到现场阀位回讯器传回的阀开(ZSO)信号为止，该过程中系统所记录的时间称为程控阀开阀全行程时间；阀关全行程的定义为： 从控制系统发出关阀命令(电磁阀失电)开始计时，直到控制系统接收到现场阀位回讯器传回的阀关(ZSC)信号为止，该过程中系统所记录的时间称为程控阀关阀全行程时间。阀开和阀关速度应在3 s左右，不应超过5 s。

1.1 对阀体的要求

程控阀阀体、阀盖、填料、法兰及阀内件的材质必须能够承受工艺介质的腐蚀，整体锻造，连接形式为法兰直接连接，密封面形式为RF，阀体与法兰之间无焊缝。阀体为固定球、金属密封、全通径、二位式球阀，泄漏等级为Class Ⅵ级，密封性符合ANSI/FCI 70-2[5]规定，填料外泄漏满足ISO 15848-2[6]或GB/T 26481—2011《阀门的逸散性试验》[7]标准要求。

1.2 对执行机构的要求

执行机构应满足在0.4 MPa风压条件下正常使用寿命不低于3×105次的要求，选型时对输出力矩应有一定余量，通常为阀门最大扭矩的1.5倍；由于速度快，为防止端面撞坏，执行机构还应有避免冲击端盖的限位保护功能。进口阀门选用的执行机构都是拨叉式，拨叉式气缸具有扭矩大、空间小、其扭矩曲线更符合阀特性等特点，常用在大扭矩的阀上，它的原理是通过与活塞一体化的拨叉盘，将活塞的直线运动转化为圆盘的旋转运动，圆盘带动输出轴转动，实现对阀的控制。在执行器开启时输出100%力矩，在中间过程输出力矩发生变化，先减小到50%再增大到75%(关闭)，输出力矩为变化值[8]。拨叉式执行机构的力矩与阀门开度关系曲线如图1所示。

图1 拨叉式执行机构的力矩与阀门开度关系曲线示意

基于装置程控阀的特殊要求和拨叉式执行机构的优点，结合现场案例以某进口品牌的拨叉式气动执行器在实际使用中的问题和改进方案进行说明。

2 程控阀的故障分析

某公司PX装置选用的是AXSEN工艺包，吸附分离单元核心设备主要由顺序控制系统(SCS)和144台程控阀组成。SCS根据工艺条件组态顺控程序，按顺序将直流24V开关信号送至现场电磁阀，电磁阀根据开关电信号去改变供气方向，推动执行机构的动作来改变阀门状态以满足工艺生产的需要。同时，程控阀通过阀位传感器，将程控阀开关状态反馈至SCS，用于状态显示和顺序控制。

电磁阀采用ASCO公司“二位五通”先导式电磁阀；程控阀阀位传感器采用P+F公司电感式传感器。程控阀控制气路原理如图2所示。

图2 程控阀控制气路原理示意

在顺序控制过程中程控阀的开度必须在相应控制指令发出后5 s内到位，若SCS超过5 s未检测到正确的阀门回讯，SCS判断阀门故障，该阀自动切至维护状态。回讯报警的原因有阀门拒动或动作超时及回讯故障。

2.1 阀门拒动或动作超时

引起阀门拒动或动作超时的原因有很多，主要有附件故障、执行机构故障、阀体故障等。

1)电磁阀故障。电磁阀由阀体、线圈和滑块等部分组成，常见故障现象除了电磁阀内密封件因长周期运行、密封效果下降外，尤其是在冬天，气温约在-3 ℃以下时电磁阀阀体内部滑块切换不到位现象也会在新的电磁阀中出现，分析故障原因发现是出厂时电磁阀内滑块油脂添加过多，解决方法是只需要拆出滑块，用干净抹布去除多余的润滑脂即可。

2)执行机构故障。执行机构故障主要有气缸窜气、排气不畅及活塞卡涩等现象，处理方法如下：

a)气缸窜气。气缸窜气的直接原因是密封圈老化和磨损，密封性能下降，处理方法是更换活塞和轴封的O型密封圈。

b)气缸排气不畅。排气不畅的其中一种原因是消音器堵塞，由于消音器长期暴露在空气中，空气中的粉尘会吸附在消音器上。在低温天气时，消音器因节流偶尔也会出现结霜现象，堵塞后缸内的气体无法及时排出，造成阀门动作超时，处理方法是清洗更换或拆除消音器。

c)缸体磨损。缸体磨损主要是由于活塞导向环磨损，活塞在动作过程发生偏心擦碰缸壁引起，处理方法是直接更换缸体。

d)活塞卡涩。活塞卡涩主要是活塞上固定滚珠的销子松动滑出，卡在两个活塞之间，处理方法是销子孔两侧重新铆孔或整体更换活塞。

2.2 回讯检测故障

程控阀中阀门开关时间和位置均正常，但回讯检测不正常，主要是由执行机构中轴与回讯杆连接部位磨损后传感器探头感应偏移、回讯器内转轴断裂及回讯传感器损坏造成的。处理方法： 对于中轴磨损问题，需要更换中轴或执行机构才能彻底解决回讯检测问题；回讯器转轴断裂一般需要整体更换回讯器；传感器故障则需要更换传感器。

3 执行机构的国产化

进口程控阀阀体部分使用情况总体良好，但执行机构故障率偏高，进口执行机构固定销采用销子口周围铆钉变形、产生摩擦力来阻止固定销滑出，长期运行后必然导致销子滑出，损坏气缸。采用国产执行机构替代方案最为关键是要解决销子脱出问题，改进后的传动固定销材质采用优质合金钢，尾部增加了滚花加工，并把滚花部分用压机压到活塞铝铸件内，使固定销与活塞紧密配合，不容易出现松动或掉落情况。

国产程控阀执行机构另一个改进方案是执行机构的快速替换性，即执行机构及其附件的固定安装与原执行机构一致。经验表明，现场应用的144台进口程控阀主要问题就是气缸故障，而要在进口阀体上更换成国产执行机构，首先要注意国产执行机构配进口阀体的适配性；此外，国产气缸电磁阀安装板的加工也非常重要，安装板要做到“前后、上下、左右”均可微调，以适应快速更换气缸的需要。为了尽量缩短气缸更换时间，原进口阀上的回讯、电磁阀的接线可以不拆线、直接安装到国产气缸上。进口气缸上的回讯和电磁阀安装布置如图3所示。

图3 进口气缸上的回讯和电磁阀安装布置示意

4 结束语

程控阀是PX装置吸附分离单元的核心设备之一，每台程控阀的开关时间、泄漏量都有严格要求，任何一台程控阀开关时间超时或开关不到位，都可能影响产品质量，为此，在线监测程控阀全行程开关速度、定期预防性更换气缸都是行之有效的手段，另一方面，进口程控阀虽然总体使用情况良好，但对于现场使用后暴露出来的问题改进缓慢，加上进口周期长、费用贵等弊病，故对其国产化改造有较大的应用前景。