EVA装置超高压特殊阀门控制优化及可靠性提升

2022-12-08杨利丰耿昊天

仪器仪表用户 2022年7期

杨利丰，李政，耿昊天

（中化泉州石化有限公司，福建泉州 362103）

10 万吨/年EVA 装置是引进的ExxonMobil Chemical 工艺技术的聚烯烃装置[1]。其工况苛刻，设计压力高达200 MPa，控制及联锁逻辑复杂，开车难度大，国内同类型装置较少，对设备及高压超高压控制阀门的稳定可靠性要求极高。高压超高压阀门在装置安装建设、阀门调试，及吹扫初期阶段就存在控制逻辑功能设计不完善，设备及回路接线设计错误，以及在吹扫初期阶段部分电动高压阀门出现不同程度的阀杆锈蚀、阀杆转动，行程固定指示件与鞍架摩擦，联轴器内件磨损严重等问题，气动高压阀门的智能定位器存在抗电磁干扰能力差，阀门行程超调，动作响应延迟，回讯开关的防爆一体接线盒进水导致电路损坏，液压超高压阀门的反馈放大器LWA 工作不稳定，伺服阀漏油等多项问题。

高压超高压阀门存在的控制联锁逻辑功能及设备隐患问题不解决，对装置投料开工以及后期装置安全平稳连续运行会产生较大影响，高压超高压特殊阀门控制优化及可靠性提升的攻关工作势在必行。

1 高压超高压阀门的控制功能联锁逻辑设计优化

1.1 控制功能的设计优化

1）电动高压阀门MZV-108/MZV-286/MZV-309/MZV-311/MZV-315/MZV-325 在DCS 系统中未设计电动执行机构远程/就地状态指示、电动阀执行机构公共报警、阀门步进停止控制功能。通过增加控制电缆，充分利用电动执行机构的“STOP/MAINTAIN”技术功能特性，优化电动执行机构的控制功能和报警功能，确保了该阀门的运行可靠稳定、控制精准。

2）电动高压阀门MZV-280/MZV-826 在DCS 系统中未设计电动执行机构远程/就地状态指示，电动阀执行机构公共报警，阀门步进停止控制功能。需要增加这些功能，MZV-318/MZV-319 在DCS 系统原设计图纸中无开阀、关阀控制信号，增加相应的开关阀的控制连接设计，增加控制电缆，由总包院修改现场电动高压阀门接线。并增加电动高压阀门在联锁状态后DCS 系统中手操器的MV 跟踪状态，重新设计修改完善逻辑控制功能，使高压阀门达到后期操作无扰动平稳状态。

3）气动高压阀门PZV-014A 原设计控制功能为智能阀门定位器失电、气源失气、联锁电磁阀失电时阀门全开，后期专利商要求变更为智能阀门定位器失电、气源失气时阀门全开，电磁阀联锁得电时阀门全开。修改控制逻辑后，还需要更改现场电磁阀的气路连接，最终完成专利商的新要求。优化当联锁条件激活后，强制DCS 系统的控制器模式为手动控制模式，MV 的输出信号为故障安全状态100%。

4）对气动高压阀门LZV-253 优化，当联锁条件激活后动作，强制DCS 系统的控制器模式为手动控制模式，MV 的输出信号为故障安全状态0%。

5）对液压超高压阀门XZV-009/XZV-010/XZV-011/XZV-012/XZV-013/XZV-014/XZV-015，通过优化联锁逻辑，当联锁条件激活后，强制DCS 系统的控制器模式为手动控制模式，MV 的输出信号为故障安全状态0%。

6）优化液压超高压阀门XZV-016 联锁逻辑，当联锁条件激活后，强制DCS 系统的控制器模式为手动控制模式，MV 的输出信号为故障安全状态100%。

7）优化液压超高压阀门PZV-805 联锁逻辑，采用超驰旁路控制。当反应器分解联锁触发关闭HPLDV 阀后，超驰所有其它的联锁关闭HPLDV 阀门信号条件。

8）根据专利商的关键回路和复杂回路控制策略，DCS系统控制器输出为0%对应全关闭阀门（输出-6.9%信号，确保阀门紧密关闭）。

控制系统DCS 控制器[2]输出100%对应于全开阀门（输出106.9%信号，确保阀门绝对全开）。

对于故障开启控制阀，DCS 控制器输出100%对应4 mA 模拟输出，DCS 控制器输出0%对应20 mA 模拟输出。因此，在经过数字到模拟转换器之前，控制器输出必须反转。

对于故障关闭的控制阀，当DCS 控制器输出为0%时，对应4 mA 模拟输出；当DCS 控制器输出为100%时，对应20 mA 模拟输出。因此，控制器输出直接通过数字到模拟转换器。

控制系统设置必须按照相应的配置规定进行实施，控制系统的功能文件对横河VP 控制系统的要求大部分符合专利商要求，只有MV 输出-6.9%、106.9%信号的规定要求在DCS 集成工厂FAT 阶段没有实施。在本次的高压超高压阀门可靠性优化中，增加了MV 输出-6.9%紧密关闭阀门功能，由于横河DCS 系统不支持-6.9%的设置，通过把专利商要求的-6.9%输出的电流值与横河DCS 系统MV 输出电流值相对应，把此值做为输出限值，就满足了紧密关闭阀门的控制功能要求。

1.2 联锁逻辑审查修改及设计优化

1）液压超高压阀门XZV-009/XZV-010/XZV-011/XZV-012/XZV-013/XZV-014/XZV-015/XZV-016/XZV-017/XZV-018，从DCS 系统送SIS 系统的阀门模式控制信号原设计为通讯方式。为保证控制安全可靠，按照规范要求修改为硬接线方式。联锁发生后，从SIS 系统发送到DCS 系统的联锁ILOCK_SYS 状态信号，原逻辑设计为通讯方式，为保证控制安全可靠，修改为硬接线方式，XZV-017/XZV-018 逻辑漏项缺少一路DO 输出，由总包院增加相应的控制电缆及现场相关设施。

2）在SIS 系统增加液压超高压阀门PZV-805 来自DCS系统来的复位信号，确保复位信号可靠。关阀逻辑设计错误，优化后取消一路DO 输出，修改了两个错误的联锁逻辑条件TSHHH415、TSHH200 的因果关系。

3）液压超高压阀门XZV-806 逻辑漏项缺少一路DO输出，由总包增加相应的控制电缆及现场相关设施。

4）对液压高压阀门XZV-265 修改了错误的联锁逻辑条件YZL-CM100 的因果关系。逻辑漏项缺少一路DO 输出，要求总包院增加相应的控制电缆及现场相关设施。

5）修改液压高压阀门XZV-272 联锁逻辑条件YZLCM100 的因果关系，在辅操台上增加了开关阀回讯指示灯信号，对于工艺安全操作起到警示作用。

6）液压超高压阀门XZV-807 修改了错误的联锁逻辑条件PZT-805，TSHHH-800 的功能错误及动作关系。

7）气动高压阀门PZV-014A 原逻辑未设计关阀控制信号，一并按照硬接线方式进行增加。修改了联锁逻辑条件PZT-805，TSHHH-800 的功能错误及动作因果关系。

8）气动高压阀门LZV-253，原逻辑未设计超驰开关，应进行增加。

9）气动高压阀门XZV-273/XZV-274/XZV-275/HV-276/XZV-310/XZV-312/XZV-316/XZV-326/XZV-879 DCS系统侧设计了开阀、关阀控制信号，SIS 系统侧未设计功能及逻辑，进行了开阀、关阀控制信号的增加。

10）电动高压阀门MZV-108 在DCS 系统侧设计了开阀、关阀控制信号，SIS 系统侧未设计相应的开关阀的控制连接，而且开阀、关阀的逻辑功能错误，不能正常控制阀门，阀门步进逻辑控制功能设计错误。增加相应的开关阀的控制连接，修改开关阀门、阀门停止的逻辑控制，及对阀门步进逻辑控制功能修改。

11）电动高压阀门MZV-286/MZV-309/MZV-311/MZV-315/MZV-325 在DCS 系统侧设计了开阀、关阀控制信号，SIS 系统侧未设计相应的开关阀的控制连接，应增加相应的开关阀的控制连接。

12）电动高压阀门MZV-280 在DCS 系统侧设计了阀门的手/自动MODE 选择功能，SIS 系统侧未设计相应的控制连接，而且开阀、关阀的逻辑功能错误，不能正常控制阀门，阀门步进逻辑控制功能设计错误。增加相应的手/自动MODE 选择功能的控制连接，修改开关阀门、阀门停止的逻辑控制，及对阀门步进逻辑控制功能修改。逻辑输出漏项缺少去辅操台开关阀回讯、阀门准备好等指示灯信号，要求设计增加相应的控制电缆及相关设施。增加阀门联锁ILOCK_SYS 状态信号给DCS 系统，实现阀门手操器操作无扰动。

13）电动高压阀门MZV-826 在DCS 系统侧设计了开阀、关阀控制信号，SIS 系统侧未设计相应的开关阀的控制连接。在DCS 系统侧设计了阀门的手/自动MODE 选择功能，SIS 系统侧未设计相应的控制连接，而且开阀、关阀的逻辑功能错误，不能正常控制阀门，阀门步进逻辑控制功能设计错误。增加相应的手/自动MODE 选择功能的控制连接，修改开关阀门、阀门停止的逻辑控制，及对阀门步进逻辑控制功能修改。增加阀门联锁ILOCK_SYS 状态信号给DCS 系统，实现阀门手操器无扰动操作。

14）电动高压阀门MZV-318/MZV-319 在DCS 系统侧设计了开阀、关阀控制信号，SIS 系统逻辑图未设计相应的开关阀逻辑控制，修改增加开关阀的控制连接，增加开阀、关阀的逻辑功能，增加阀门步进逻辑控制功能设计，增加开关阀门、阀门停止的控制逻辑。

2 实施的主要攻坚措施

通过高压超高压控制阀的专利商控制策略规定、TechnipFMC 文件[3]、总包设计院图纸的审查，以及对装置建设、吹扫阶段出现的设备问题进行逐一分析，分类研究，结合现场实际情况采取了不同的措施，主要创新点及改进如下：

1）逐台梳理高压超高压阀门的控制方案、控制逻辑图、控制功能、回路设备接线，以及高压阀门参与联锁的动作关系，把设计、缺陷、功能及施工错误进行修改完善。

2）调研国内同类型装置高压超高压阀门现状，从使用情况、维护维修、备件储备、故障解决方法及频次等方面进行对标，制定本装置阀门改进优化措施。

3）高压电动阀门联轴器内的球头与推力件摩擦力大，导致阀杆转动的问题，采取改造球头及推力件接触面精细研磨，在联轴器内注入润滑油，及二硫化钼锂基酯润滑等保护螺纹，减小阀杆推力件与球头的摩擦力，避免阀杆大范围转动。

4）超高压液压三通阀门关闭不严，反应器无法保压的问题，在装置的高压阀门实验站通过多次试验调整，测出液压油路调压阀最佳工作位置点，调整好油缸的关闭压力，在高压阀门实验站通过高压测试超高液压三通阀能够严密关闭。

5）通过高压阀门阀杆除锈和采取防腐措施，解决了高压电动阀阀杆严重锈蚀问题。

6）超高压液压阀XZV-016 DCS 控制系统给全关信号，现场阀门关闭，但DCU 回讯显示值在6%～10%之间波动，DCU 红灯亮，出现错误信息。对LWA 进行零点调整后，第一次给信号关闭阀门时，DCU 回讯显示值为0%，但是之后再给信号开关阀门，DCU 回讯显示值在6%～10%之间出现不规律数值，而且DCU 会出现报错信息，此方法试验测试2 ～3 次后，问题仍无法消除，更换新LWA 后，DCS 控制系统给全关信号，现场阀门关闭，DCU 回讯显示值在0%左右，数值稳定没有波动现象，投用使用至今未出问题。

7）超高压液压阀PZV-805 阀门正常投用过程中，DCS控制系统输出信号没有改变时，现场伺服阀[4]油管会出现不规律的振荡，现场阀门会出现开关的波动现象，且持续时间2 min ～3 min，关闭液压油后没有振动现象。更换新LWA 后，现场油管没有波动振荡，现场阀门也没有出现开关阀门的频繁波动现象，投用至今未出现问题，换下的LWA 由工厂进行修理，为企业节省设备购置费用。

8）超高压液压阀PZV-805 现场伺服阀本体控制油缸密封盖处漏油，拆下测绘密封圈尺寸，加工更换后伺服阀工作正常。

9）数字控制单元DCU[5]输出反馈阀位信号在DCS 系统中没有显示，通过对DCU 输出反馈阀位至DCS 信号的测量及计算，找到了问题，是DCU 输出反馈阀位信号与DCS系统卡件不匹配导致的无法显示。在超高压液压阀DCU 的输出端机柜侧增加9 台信号放大器，解决了因为DCU 的输出负荷能力与DCS 不匹配导致的阀位反馈指示不正常问题。

10）整定高压电动执行机构的控制参数，解决高压电动阀小信号不动作问题，使阀门达到2%～3%偏差动作。

11）联合外修单位制定了针对高压电动阀门的维修及加工方案，修复了高压电动阀的联轴器内磨损、联轴器内两半环挤压变形、联轴器定位销转动损坏阀杆，及错位、阀座损坏内漏等问题，确保其能长周期正常运行。

12）高压超高压液压阀门阀位Limit 限位开关存在设计缺陷，阀门开关到位后不能正确反馈信号，提出整改办法在阀杆固定环上增加黑金属螺钉后，阀位Limit 限位开关工作正常，更换随厂家设备配套的普通防爆格兰，采用进口双密封形式，并且改变了其它高压阀门的回讯开关防爆接线口的错误安装固定方向，避免了回讯开关因进水引起设备故障。

13）根据高压阀门气动智能定位器[6]现场实际使用情况，设计加工气动智能阀门定位器安装支架，更换抗电磁干扰性较强、稳定、工作可靠的智能阀门定位器，同时也保证了气动高压阀门的稳定性和可靠性。

14）高压电动阀门行程指示件与执行机构的鞍架刮擦严重，原因是阀杆转动带动阀门行程指示件一同旋转与执行机构的鞍架刮擦，影响阀门的开关速度及打开关闭的时间。采取攻坚措施一是针对厂家的设计缺陷对阀门行程指示件进行切削改造，二是采用尼龙材料，自行设计加工了阀门行程指示件防磨擦保护件，经过实验及投用，效果明显，彻底解决灯笼架的磨损问题。

3 实施效果

经过攻关后高压超高压阀门投用稳定可靠，达到项目攻坚的预期目标，相关的各级人员也全方位得到了提升。

1）通过自行设计加工防摩擦保护套件，局部加注润滑脂，增加反馈指示放大器[7]，采用高可靠性智能定位器替换问题定位器，以及重新设计智能阀门定位器反馈支架，设计防雨罩，调整液压三通阀调压阀，调整执行机构控制参数，优化联锁控制设置方案，调整回讯开关固定方向，对易锈蚀部件进行除锈防腐等一系列措施，彻底解决了高压超高压阀门存在的故障隐患，为装置顺利开车创造了有利条件。

2）减少EVA 装置高压超高压阀门发生故障导致停车的影响，避免企业效益损失每天近200 万元～420 万元。

3）提升了装置特殊设备的管理水平，通过利用各种专业技术的应用，增强了各工种之间的协作配合，加强及规范企业管理，提高工作效率。

4）通过特殊设备的维护，对于工人的技能和业务素质有了新的更高的要求，技术的更新进步也促进员工综合素质的不断提升。

5）通过项目的实施，收集了进口设备的全部技术文件及数据信息，为员工的技术培训做好课件，培养更多的专有人才，使装置在最佳的生产状态下长周期运行，有效地提高产品质量和产量，使企业获得最大的经济效益。