聚丙烯装置PDS阀门故障分析及处理措施

［摘 要］茂名石化20 万t/a 聚丙烯装置产品排放系统PDS 切断阀，由于阀门的高速开关和高频次动作，要求其具有非常强的耐受力和耐磨性能，且对执行机构及附件的要求也很高。文章介绍了聚丙烯装置高频PDS 阀门的故障状况，对故障进行了分析并采取了改进措施，以降低其故障率，提高使用寿命。

［关键词］PDS 阀门；高频；执行机构；故障；阀位开关

［中图分类号］TQ325.14 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）04–0055–03

茂名石化20 万t/a 聚丙烯装置共有36 台PDS 切断阀，在生产过程中的主要作用是将反应器粉料排放到接收罐，阀门的开关时间1～2 s，动作频次最高125万次/a。阀门投用后故障较多，主要故障发生在高频执行机构。故障频发对生产造成影响，为减少阀门故障，统计分析故障原因，以及采取对应措施降低故障。

1 聚丙烯装置PDS阀门概况

聚丙烯装置PDS 切断阀口径从DN25 到DN250不等，使用的执行机构类型有齿轮齿条式、拨叉式及扇形执行机构3 种，作用形式均为单作用，阀门生产厂家为ARGUS，执行机构的生产厂家为AUTOMAX及KINETROL，KINETROL 厂家生产扇形执行机构，用于5 台高频动作125 万次/a 的阀门。聚丙烯装置PDS 阀门统计见表1。

2 阀门执行机构的类型

阀门的执行机构一般有齿轮齿条式、拨叉式及扇形3 种，尺寸小于DN100 的阀门，使用齿轮齿条式执行机构，大尺寸的阀门使用的是拨叉式执行机构，高频动作125 万次/a 的5 台阀门使用扇形执行机构。

2.1 齿轮齿条式执行机构

齿轮齿条式执行机构是常用的执行机构，用在扭矩较小的切断阀，靠轮齿齿条传动，动作平稳可靠，使用广泛。36 台阀门中有19 台为此种执行机构，应用于阀门尺寸小于DN100，阀门计算扭矩小于500N · m 的场合。这种执行机构由于阀门扭矩小，动作平稳，故障率较低。

2.2 拨叉式执行机构

拨叉式执行机构主要用在口径大，扭矩大的阀门，其扭矩随角度改变而改变，相比齿轮齿条式，拨叉式执行机构更能节省力矩，耗气量也较小。36 台阀门中12 台采用了拨叉式执行机构，主要用在DN100 及以上尺寸，阀门扭矩大于1 500N · m 的场合，这种执行机构扭矩大，动作速度快，故障率较高。

2.3 扇形执行机构

扇形执行机构为叶片式，输出轴和叶片为整体铸造，无动作间隙及金属摩擦，0° ～90°的动作输出扭矩恒定，动作速度快，无曲柄或齿轮，没有动力损失，在目前执行机构中较为简单、合理、可靠。36台阀门中5 台高频阀使用，动作频率高达125 万次/a，但由于动作频率高且速度快，故障率也高。

3 故障统计分析

3.1 故障统计

自装置投产后，PDS 阀门的故障率较高，表2 为PDS 阀门2017—2020 年的主要故障统计。

3.2 故障分析

按表2 的故障分类，将PDS 阀门的故障分为阀位开关、执行机构、阀体及其他附件4 类故障，阀位开关的故障高达50%，执行机构占28%，阀体故障占13%，其他附件如电磁阀、过滤减压阀等故障占9%。

3.2.1 阀位开关故障

切断阀阀位开关为WESTLOCK 2649 系列，阀位开关内有直径为1/4 英寸的转轴与执行机构联接，阀位开关随阀门转动，由于转动高频次及高速度，此转轴断裂导致阀位开关故障频繁，90% 的故障发生在高频次及高速动作阀门上。阀位开关及其转轴示意如图1 所示。

3.2.2 阀门执行机构故障

阀门的动作频次越高，其执行机构故障越高，高频动作125 万次/a 的5 台阀门，其执行机构先后出现弹簧故障，其他频次较高的DN150、DN200 的执行机构弹簧也出现故障。

3.2.3 阀体故障

阀体故障较低，占总体故障率的13%，主要故障为阀轴磨损及球面磨损，其中，阀轴磨损较为严重，2021 年大修拆下检修的阀门共12 台，其中3 台阀轴磨损需要更换。

3.2.4 故障分析结论

故障阀门中， 查其动作时间， 阀门要求的打开或关闭行程时间小于1 s，对于DN100，DN150，DN200 这些尺寸的阀门，其动作时间小于1 s，要求十分苛刻。阀门尺寸越大，其动作速度越快，则故障越高。阀门高频动作125 万次/a 的5 台阀门，故障率最高，占阀门故障的50%。

通过以上分析不难发现，影响故障的因素为阀门动作速度及频次，阀位开关、执行机构及阀体的故障都受这两个因素影响。动作频次及动作速度由生产过程决定，无法改变，要降低故障，不仅要改进动作频次高及动作速度快的执行机构，还要解决阀门开关的故障问题。

4 改进措施

4.1 阀位开关改进

为解决阀位开关转轴断裂的问题，设计了取消阀位开关转轴的方案，用两个非接触式磁性开关，安装在阀门支架两侧，利用阀转轴突起齿轮铁块靠近阀位开关，改变开关状态。阀位开关安装示意如图2 所示。

利用装置检修的机会，对所有PDS 阀门的阀位开关进行改造，改造后阀位开关故障率减少95%。改造后阀位开关安装示意如图3 所示。

4.2 阀门执行机构的改进

（1）更改高频执行机构作用方式。高频动作125万次/a 的5 台阀门，使用的执行机构为弹簧式单作用扇形执行机构，理论上这些执行机构可确保4 百万次以上操作，但其弹簧结构为盘簧，只能确保两百万次操作。为了提高执行机构的使用寿命，将执行机构的单作用方式改为双作用方式，取消弹簧，现场增加储气罐以确保事故状态下阀门关闭。现场5台高频阀门，改双作用扇形执行机构后，状况良好，使用寿命由两年提高到4 年。

（2）动作速度快的执行机构改型。速度极快（要求全行程时间小于1 s），尺寸为DN150 及DN200 的阀门各2 台，这些阀门动作速度超过500kM/h，执行机构故障率高。这4 台阀门执行机构原采用的是拨叉式执行机构，更换为扇形执行机构，更换后运行稳定，使用寿命由两年提高到4 年。

4.3 选择国产阀门配件

阀门维修较为频繁，每次拆检时需要更换密封件，进口阀门配件较为昂贵，为了节省费用，选择国产阀轴及阀体密封件，国产备件经过测试，运行稳定。

4.4 其他措施

除上述措施对阀门的改动，还采取了以下方法降低阀门故障。

（1）拨叉式执行机构活塞杆脱落，推动轴与拨叉连接处脱开，阀门频繁动作时产生振动造成丝扣松动，采取打螺纹胶固定或焊死螺纹再回装。

（2）对于尺寸大于DN100 的且垂直安装无固定的切断阀高频执行机构，加装弹性支架。

（3）检查执行机构的气源压力，将阀门的气源压力调整到低于执行机构的最大操作压力，有利于延长执行机构的使用寿命。

（4）投用阀门反吹气，防止粉料进入阀门腔体，粉料进入腔体会造成扭矩加大，加剧阀门磨损及执行机构损坏。

5 结束语

通过对聚丙烯装置PDS 阀门故障进行分析可知，阀门的高速开关和高频次动作，使其故障率升高，故障对生产运行影响较大，通过对阀门采取改进措施，为装置安全稳定运行创造了良好的条件。

参考文献

[1] 石油化工自动化仪表选型设计规范：SH/T 3005—2015[S].