自力阀在石化储罐应用中存在的问题探析

2022-07-13赵连元王波

石油和化工设备 2022年4期

赵连元，王波

（独山子石化公司储运一部，新疆独山子 833699）

前言：

某公司储运联合中间油罐区31台储罐，每台罐顶安装一台氮气自力阀。于2009年投用使用至今，在日常使用及维护中出现问题较多，2020年因氮气自力阀故障检修52台次，受下雨、春夏相交、秋冬相交等气温变化明显的时段对氮气自力阀微调定压值87台次。自立阀故障问题，引起储罐低、高压报警频繁，导致操作波动，严重影响罐区安全运行。

1 氮气自力阀使用现状：

某车间中间油罐区共计31台储罐的罐顶安装氮气自力阀。于2009年投用,其中FISHER自力阀27台、JORDAN自力阀4台（T-23、24、26、27罐）。主要作用于储罐顶部，对储罐压力进行一个相对恒定控制，确保氮封储罐压力安全。

氮气自力阀的作用就是要当储罐液面下降压力降低时，向罐内补充氮气，当储罐液面上升压力增加时，停止补充氮气，同时被压缩的氮气从呼吸阀适量排出，从而始终保持罐内的氮气压力微量正压。做到既隔绝空气，又保证储罐不变形。

自力式氮气阀，由阀体、阀座、阀芯、阀杆、膜盖、膜片、压缩弹簧、调节螺母等部件组成。

图1.1 氮气自立阀结构图

2018年为顺应保护大气环境质量、彻底实现大气污染治理的趋势、贯彻国家政策、满足国家法律法规、标准要求，依据《石化行业挥发性有机物综合整治方案》的要求，对中间油储罐进行了改造，将中间油罐区31台储罐日常“大小呼吸”产生的油气通过罐顶铺设的油气分支收集管线汇入主油气管线，油气沿主油气管道进入VOCs预处理单元低温柴油洗系统，利用低温柴油吸取废气中的重组分，保持废气中成分稳定；然后废气进入VOCs预处理单元脱硫除臭系统，通过催化氧化湿法去除废气中的硫化物；经过预处理后的废气进入热力焚烧设施，天然气提供初始能量，在950℃、微负压的炉膛环境下将废气中的有机物全部氧化成CO2、H2O，产生的高温烟气经引风机和烟囱排往大气。确保油气不外溢污染环境。

当储罐油气挥发量增大接近储罐压力工艺指标1000KPa时废气线控制阀打开，液环压缩机抽取罐内油气，降低罐压；当罐内压力降低后达到设定值后废气线阀门关闭，保持罐压；当外界气温降低导致储罐油气挥发降低时为平衡罐内压力，氮气自力阀开启对罐内充入氮气保持罐压，确保罐压力不低于100KPa指标。通过这次改造，消减了储罐油气外排数量，达到了VOCs治理的目的，但同时出现夜间或因外界气温降低储罐油气挥发量小时液环压缩机抽取氮气送至TO炉情况。这就导致氮气自力阀频繁动作，加速自力阀的老化情况，随使用年限在日常使用中暴露出一些问题。

2 氮气自力阀目前存在的问题：

中间油储罐于2009年投用至今。部分自力阀使用已达13年；投用前期缺乏定期维护经验，导致阀门配件存在磨损及损坏，日常维护工作量大。设计选型时未考虑低温影响，同时因为VOCs治理项目改造，DCS罐顶压力选点不合理，也存在超压导致储罐其它设施损坏的风险。主要问题表现在以下几个方面：

（1）氮气自力阀持续补氮气，导致罐压高于工艺指标出现仪表高报；同时导致氮气耗量增加；

（2）氮气自力阀到定压值后不补氮气，导致罐压低于工艺指标出现仪表低报；

（3）自力阀选型未考虑冬季低温天气，导致冬季故障率高，现场维护困难；

（4）中间油低液位储罐多，受气温影响导致罐压波动频繁，工况条件差，导致自力阀频繁动作，附件加剧老化，需要频繁检修及更换配件；

（5）、DCS罐顶压力选点不合理，存在自力阀定压困难，储罐超压导致液压呼吸阀膜片受损及VOCs超标排放的风险；

3 原因分析及采取的措施：

3.1 针对氮气自力阀持续补氮气问题，通过拆检发现自力阀中阀芯起密封作用的O型圈磨损老化，无法密封住氮气导致压力无法控制，就会出现当罐压到设定值时自力阀阀芯回座后密封圈不起作用，持续补充氮气情况，导致氮气耗量增加。解决措施：需要更换新O型圈消除漏气问题；同时阀芯长期使用未定期添加润滑脂导致阀芯干磨，外壁出现较深的凹槽，在使用中也会影响对氮气的密封效果。解决措施：需要下线对缺陷部位研磨消除缺陷。

图3.1 阀芯密封O型圈磨损情况

图3.2 阀芯磨损情况

3.2 针对氮气自力阀到定压值后不补氮气问题；拆解阀门后发现因长期使用，导致压缩弹簧弹性不足，无法给到膜片应有的力，导致自力阀动作滞后或不动作，同时使用调节螺母对自力阀补气压力微调就会不准或失效；另外一个主要原因是自力阀膜片磨损或失去弹性导致无法调节补气；表象就是自力阀定压值和实际现场补氮气和停止的显示罐压力不一致；解决措施：更换新的压缩弹簧和膜片解决问题。

图3.3 压缩弹簧变心情况

图3.4 膜片磨损或失去弹性情况

阀门型号老旧，部分配件无法做到采购更换，只能进行修复。导致故障反复出现，且维护费用高，数量多又导致检修工作量大。

3.3 针对自力阀选型未考虑冬季低温天气，导致冬季故障率高，现场维护困难问题；通过2020年冬季中间油自力阀检修问题汇总发现FISHER自力阀不耐低温。27台自力阀中有23台在冬季出现异常。拆解发现主要原因是:

（1）阀芯起密封作用的O型圈材质不耐低温，进入冬季后随着气温降低，多台自力阀出现持续补气问题。

拆解发现原厂丁腈橡胶材质的O型圈变硬无弹性，导致轻微漏量。通过查询资料和维护单位沟通，采购更换成耐低温的氟橡胶材质O型圈后问题解决，该材质使用温度范围在-40℃至250℃。

（2）部分FISHER自力阀阀芯使用的纺织润滑脂冬季后润滑效果不好，粘稠度变大，增大阀门动作阻力，导致自力阀阀芯运行滞后，引起阀门补气滞后或时间延长，导致罐压超压或低报。更换耐低温的长城航空润滑脂后问题消除。该润滑脂耐低温可达-50℃，具有耐低温防锈耐磨损的优点。

（3）FISHER自力阀顶部设有排气孔，当阀门动作时需要进行排气，当积雪积冰将排气孔堵塞后如积雪较厚自力阀无法动作，就会导致罐压低报。制作防雪的护罩固定消除了该问题；

（4）针对中间油低液位储罐多，受气温影响导致罐压波动频繁，工况条件差，导致自力阀频繁动作，附件加剧老化，需要频繁检修及更换配件问题；分析主要是部分储罐因生产原因液位较低，导致夜间温度较低时或冬季储罐介质挥发量较小，为保证预处理废气量氮气自力阀需要频繁开启、关闭来保证罐压在一个恒定值。如选取中间油10302-T-10罐9月2日22:00-23:00时间段DCS的罐压曲线统计（见图4.3）,一个小时出现波峰、波谷共57次。自力阀在1个小时要动作57次。导致自力阀频繁动作，配件磨损加剧。该罐长期低液位运行；因此和生产专业对接，尽量保证储罐高液位运行，如长期不使用储罐建议清罐备用，避免出现类似问题。

图4.3 自力阀频繁动作趋势图

（5） DCS罐顶压力选点不合理，存在超压导致储罐液压呼吸阀膜片受损的风险。罐顶氮气自力阀的引压线均安装在罐顶，从而确保自力阀动作是真实罐压的反馈结果。2018年VOCs治理项目改造时，用于远传及就地显示储罐压力的压力变送器因施工时无法在罐顶动火均安装在罐顶的油气收集线上。导致目前操作室DCS上和现场显示的罐压不是真实罐压。通过部分储罐原有压力变送器对比确认废气线压力因受废气线带液，废气线控制阀开度等情况影响废气线上显示压力和实际罐压差值较大，存在以下风险：

（a）氮气自力阀压力调整时参考的压力不是真实罐压，就会导致定压不准；

（b）当DCS上废气线压变显示数值小于罐压实际压力时，罐实际已超压，罐顶呼吸阀排气，但DCS上显示压力正常，岗位无法发现及处理，就会导致呼吸阀膜片加速老化损坏，VOCs排放超标等后果；（如：2020年10月2日13:10分10302-T-24罐DCS上压力显示为880Pa，罐顶压变实际显示为1092Pa。两块表间差值为212Pa。）；

（c）当DCS上废气线压变显示数值大于罐压实际压力时，因罐压低，氮气自力阀进行补气，但岗位根据DCS上压力值错误判断自力阀设备故障（持续补气），错误开大废气线控制阀抽取废气导致能耗损失；同时错误记录设备故障导致报警，报警偏差分析错误。（如：2021年4月20日18:00分10302-T-24罐DCS上压力显示823.8Pa，废气线阀门开度100%；班组反馈自力阀故障持续补气，现场查看罐顶压变显示罐压为214Pa，自力阀补气是正常的情况，后对废气线放空打开检查确认是含水导致）。

以上问题目前已制定相关比对计划，定期联系维护单位将压变的零点重新标定，确保罐压真实。