一起空分分子筛阀门故障分析及预防措施
2022-03-03孙博烟台国润铜业有限公司山东烟台264002
孙博(烟台国润铜业有限公司,山东 烟台 264002)
0 引言
分子筛纯化系统在空分系统整个工艺流程中起着非常重要的作用,配套阀门的可靠、灵活、稳定运行是分子筛纯化系统稳定运行的重要前提[1]。分子筛阀门一般使用气动阀,除阀门本体外还配有气缸、过滤减压器、电磁阀、行程开关、定位器等部件。烟台国润铜业有限公司16 000 m3/h空分设备由杭州福斯达深冷装备股份有限公司整体设计制造,采用常温分子筛吸附净化,膨胀空气进上塔,规整填料上塔、下塔、辅塔,全低压三塔富氧流程。于2017年7月正式投产。分子筛纯化系统切换阀门均采用国产某公司生产的气动阀门。分子筛纯化系统流程图如图1所示。
图1 分子筛流程图
1 故障分析及维修经过
2019年12月18日分子筛时序自动暂停,停在MS1202切换MS1201步骤,KV1201已开启,重启时序,恢复正常。仪表进行检查,气源压力正常,肥皂水检查各接口未发现漏气。2020年1月1日故障,停在MS1202切换MS1201步骤,KV1201未能打开。手动开阀后,重启时序,恢复正常。1月2日,仪表进行检修,更换了电磁阀。1月3日故障,停在MS1201准备泄压步骤,KV1201未能关闭。手动关闭。重启时序,恢复正常。仪表检修后判断阀门气缸内漏,由于系统无法停车,暂时无法彻底修复,要求故障时操作工手动操作。之后1月份出现故障12次,有6次为行程开关故障,调整后恢复正常。4月份出现故障3次,8月份出现故障3次,其中一次为KV1202。
8月23日,系统停车,进入大修期。大修期间,在厂家技术人员的指导下,对KV1201、KV1202阀门气缸进行了拆解。发现KV1201气缸壁磨蚀严重,O型圈磨损,KV1202气缸轻微磨蚀,两个气缸壁均发现水滴。采用打磨气缸壁,更换气缸密封件,涂抹气缸润滑脂润滑的方式进行维修,并更换KV1201行程开关。
2 阀门故障原因分析
2.1 气缸进水是阀门故障的直接原因
水分进入气缸后会腐蚀气缸壁,使光滑的气缸壁变得粗糙,并产生的铁锈。
气缸受缸壁粗糙及铁锈影响,运行卡涩,并且活塞O型圈与铁锈挤压摩擦,造成O型圈磨损、气缸内部漏气,开关动作时间逐渐延长[2],超过时序限定时间后,时序自动暂停,但阀门仍将缓慢动作到位。这与第一次故障现象吻合。
随着活塞O型圈的不断磨损,气缸内部漏气速度加快,达到一定程度时,活塞推力下降过快,阀门将无法动作到位[2]。这与之后的故障现象吻合。
2.2 气缸进水原因
2.2.1 仪表气带水进入气缸
空分系统运行时。仪表气使用的是分子筛后的净化空气,有相关的露点检测设备,查阅记录,露点一直在-80℃以下,符合仪表气的相关要求,并且如果分子筛后空气带水,将造成冷箱内板式换热器冰堵,而整个周期板式换热器工作正常,该情况可以排除。
空分系统开车时。使用仪表压缩机提供仪表气,该设备已使用20余年,干燥工序有可能失效造成仪表气带水。大修结束,空分系统再次开车时,使用手持式露点仪检测露点为-63 ℃,符合仪表气的相关要求,该情况可以排除。
2.2.2 雨、雪、潮湿空气通过电磁阀、调压过滤器、管路漏点进入气缸
空分系统运行时。电磁阀前的仪表管路处于正压状态,即便出现泄漏,外界水分也无法进入,并且仪表工已使用肥皂水进行检测,未发现漏点,该情况可以排除。电磁阀本身。该气缸配套2位5通电磁阀(图2),存在接口3、接口5与外界相通。当阀门开启或关闭时,气缸排气侧排气,处于常压状态4小时左右,气缸为室外放置,缺少挡雨设施,只使用塑料布包裹防雨,为保证排气顺畅,排气口扭至水平,存在雨水进入的可能。根据电磁阀与气缸连接方式,气缸两端的入口位于电磁阀下方,管路明显下弯,雨水更易进入,与KV1201、KV1202气缸均为两端锈蚀且锈蚀地点靠近进气口的现象吻合。该情况可能性较大。车间对此进行了改造,加装了防雨罩,随后系统平稳运行一年多,阀门未出现类似故障。
图2 2位5通电磁阀图形符号
空分系统长时间停车时。仪表管路处于常压状态,水汽有可能从电磁阀排气口或主管道漏点进入。电磁阀处于常态位时,接口3关闭,接口5连通。接口5与气缸中部连通,与腐蚀部位不符,从电磁阀排气口进入的情况可以排除。主管道漏点进入的水汽可以通过接口2进入气缸两端,但是接口1的进气管明显上弯,液态水难以进入,气态水进入量有限,该情况可能性较小。
3 应急措施
铜冶炼企业的空分设备主要是为冶炼工艺提供氧气,如果突然停氧,将对冶炼工艺造成影响,产生经济损失,所以一切应急措施都以不停氧为目标。分子筛阀门发生此类故障时,一般为时序切换节点。如果是吸附器切换的关键节点,将造成已处于吸附末期的吸附器持续工作。单一吸附器的设计裕量一般为30 min,如果30 min内无法排除故障,吸附器可能被穿透,将造成空分系统停车、停氧。所以针对不同的阀门采取适当的手动操作极为关键。手动操作阀门完成时序规定的开关动作,保证工艺的顺畅,需要在短时间内完成,此时分子筛未被穿透,空分系统可以继续运行。之后需要适当调整加温时长、再生气量、再生气温度,保证再生充分。
3.1 切换阀
使用扳手、管钳或制作的专用工具,夹紧阀轴,顺着动作方向扭动,待行程开关接触后,阀门动作到位。期间操作要缓慢,工具不得碰触行程开关,防止行程开关错位,无法正确反馈。手动操作期间DCS系统要保持对阀门的控制,保证电磁阀阀位正确,气缸可以顺利排气。如果气缸内漏严重,阻力过大,难以操作,可以将阀门气源暂时关闭,此时先导型电磁阀将失去作用,需要将气缸气路接口拆开,排气后继续操作。
3.2 调节阀
该系统调节阀配有手轮,断开仪表气,将阀门调整到手动模式,使用手轮操作,观察现场定位器刻度保证阀门开度符合工艺要求。如果没有手轮,只能使用工具辅助操作,期间尽量不要断开仪表气,否则在气流冲击下阀门难以保持开度,需要人员一直在现场持工具固定。
4 预防措施
4.1 外部设施
执行机构加装防雨罩,配套的电磁阀加装保温箱,可有效避免因环境原因而造成阀门故障。
4.2 附件配置
电磁阀最好使用双控三位5通电磁阀,当系统停车时,电磁阀进气口、排气口都处于关闭状态,更利于保护气缸。电磁阀排气口可以配置防水的消音器或加延长管,管口朝下。配置带有水分离功能的过滤减压器,可以有效应对仪表气带水的突发情况。
4.3 仪表气
空分系统开车时的临时仪表气需要进行露点检测,合格后才能送入仪表管路。如果干燥工序使用切换流程,切换末期需要再次检测。空分系统运行期间,要保证分子筛后的空气洁净。
4.4 维保制度
定期计量切换阀门的动作时间,观察调节阀的开度曲线,当发现异常后,要及时排查故障,防止阀门失灵。
定期检查电磁阀排气管,根据阀门状态和电磁阀的图形符号来判断切换阀气缸是否存在内漏。
空分系统停车时,使用液氮储罐或其他洁净气源,为仪表管路充气保压。堵住电磁阀两个排气口,防止外界水汽进入。
5 结语
本次故障反映出对于阀门的稳定运行,合理的外部设施、附件配置是前提,合格的仪表气、完善的维保制度是关键。当故障发生时,及时的手动操作、适当的在线抢修将有效避免空分系统的不必要停车,减少因空分系统停车造成的经济损失。