沈文欽 陸 軍 蔡 琳

(中國石油獨山子石化公司乙烯廠)

聚烯烴裝置PDS閥門長周期運行管理

沈文欽 陸 軍 蔡 琳

(中國石油獨山子石化公司乙烯廠)

對獨山子石化聚烯烴裝置PDS閥門運行狀態(tài)和故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，提出各項對應(yīng)的解決措施。通過實際應(yīng)用證明了該方法的有效性。

PDS閥門 聚烯烴 故障原因 解決辦法

隨著各種新型工藝技術(shù)的開發(fā)和工藝技術(shù)的進(jìn)步，聚烯烴裝置的生產(chǎn)能力越來越大，企業(yè)之間的競爭也越來越激烈，聚烯烴裝置的長周期運行不僅能降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)的市場競爭力，更能保證裝置的安全和穩(wěn)定運行。聚烯烴裝置在大型乙烯石化企業(yè)中屬于主體裝置，由于其工藝是由氣相和淤漿原料反應(yīng)生產(chǎn)固體聚烯烴物的過程，因此要實現(xiàn)連續(xù)長周期生產(chǎn)的難度很大，其中影響裝置長周期運行的主要因素之一就是自動控制產(chǎn)品排料系統(tǒng)(Products Discharge System，PDS)中產(chǎn)品排料閥(PDS閥)運行是否可靠。

1 聚烯烴裝置PDS閥門運行現(xiàn)狀介紹

中國石油獨山子石化乙烯廠聚烯烴一聯(lián)合車間由3套裝置組成：30萬噸高密度聚乙烯裝置、60萬噸全密度聚乙烯裝置、55萬噸聚丙烯裝置。高密度聚乙烯裝置和聚丙烯裝置采用INEOS液相環(huán)管聚乙烯和氣相聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)，排料系統(tǒng)閥門選用的是日本KTM閥門；全密度聚乙烯裝置采用的是Univation氣相流化床生產(chǎn)技術(shù)，選用的是德國ARGUS閥門。詳細(xì)的閥門使用情況見表1。

表1 3套裝置PDS閥門數(shù)量和品牌

3套裝置常年高負(fù)荷運行，轉(zhuǎn)產(chǎn)頻繁，不同牌號的聚乙烯、聚丙烯粉料自聚能力不同，顆粒硬度不同，致使PDS閥門的運行工況不斷發(fā)生變化。長期處于氣粉顆?；旌衔锖透哳l次開關(guān)運行環(huán)境，加之使用工況苛刻，PDS閥門故障率相對較高。一旦故障處理不及時將導(dǎo)致生產(chǎn)裝置降負(fù)荷或停工，對生產(chǎn)的平穩(wěn)運行造成極大影響。以55萬噸聚丙烯裝置為例，2010～2014年，共出現(xiàn)故障105次，其中動作最頻繁的4"閥門故障66次，10"閥門故障26次，1"閥門故障7次，8"閥門故障6次。閥門維修保運單位在沒有專業(yè)設(shè)備和技術(shù)能力的條件下，采用對閥門進(jìn)行備件更換、閥芯閥座研磨等簡單方式處理。該類閥門配件價格高，供貨和制造周期長，計劃申報到采購到貨大約需一年時間，這就需要儲備大量的備件。此外裝配維修技術(shù)差是制約該類閥門長周期運行的關(guān)鍵因素。所以選擇合適的維修方式并制定合理的管理辦法是PDS閥門長周期運行的當(dāng)務(wù)之急。

2 PDS閥門的特點

由于工藝技術(shù)的特點和要求，PDS閥門需滿足下述性能。

高頻率動作。PDS閥門由排料系統(tǒng)控制，根據(jù)不同閥門的位置和作用，閥門每年動作次數(shù)約為20～80萬次。

快速開關(guān)性能。設(shè)計要求PDS閥門具有快速開關(guān)功能，6″口徑及以下的閥門開關(guān)時間在1.5s內(nèi)；6″口徑以上的閥門開關(guān)時間在2.5s內(nèi)。

抗磨損性能。閥芯，反應(yīng)生成的粉狀顆粒在催化劑的活性下，顆粒的硬度變大，高頻次快速開關(guān)，對閥芯和閥座密封面產(chǎn)生極大磨損。閥芯和閥座采用硬化處理技術(shù)，使閥座的表面硬度達(dá)到55～58HRC，厚度不小于2mm，閥球的表面硬度達(dá)到63～66HRC，硬化層厚度不小于1mm，并且硬化層與基材通過形成的過渡層有機結(jié)合成一體，避免長周期運行中的硬化層脫層，精密的加工與研磨技術(shù)確保嚴(yán)格的金屬密封等級在VI級以上。閥桿，PDS閥門閥桿上下軸承采用高強度的硬質(zhì)合金軸承，承受閥門運行的力量和磨損，多道防塵結(jié)構(gòu)防止顆粒介質(zhì)進(jìn)入運動面和填料函。閥桿與填料接觸部分噴焊Ni合金，硬度45～50HRC，表面粗糙度0.2～0.4μm，結(jié)構(gòu)如圖1所示。這樣大幅降低閥桿與填料運動時的摩擦系數(shù)，降低閥門填料部分的開關(guān)力矩，有利于提高閥桿填料的密封性和長期力矩穩(wěn)定性。

圖1 閥桿填料結(jié)構(gòu)

閥桿防塵結(jié)構(gòu)如圖2所示。對軸承和閥桿填料函做好防塵是閥門開關(guān)力矩穩(wěn)定的一個關(guān)鍵因素，如果在軸承和填料函中進(jìn)入物料，會使運動面的摩擦系數(shù)增加，從而使執(zhí)行機構(gòu)的開關(guān)力矩增大，力矩增加會造成閥門開關(guān)時間增加，在設(shè)計結(jié)構(gòu)和材料時，要充分考慮少量粉塵進(jìn)入摩擦面和填料函的結(jié)果，并有抗粉塵的能力，避免粉塵的進(jìn)入影響閥門性能。

圖2 閥桿防塵結(jié)構(gòu)

自清潔功能。閥座采用弧面刮刀式設(shè)計，使閥門在開關(guān)時將大量聚烯烴物顆粒清除在外而不帶入到閥體空腔內(nèi)，從而達(dá)到自清潔的功能。

閥座防塵功能。閥座采用蝶形彈簧或柱狀彈簧壓載，給閥座提供均勻預(yù)緊力，保證了閥門的密封性。為防止彈簧腔進(jìn)入粉料，閥座兩端采用O形圈防塵結(jié)構(gòu)(圖3)。閥座的防塵是閥門性能長期穩(wěn)定的關(guān)鍵。首先保證彈簧性能的穩(wěn)定，閥座長期受力均勻，其次彈簧受力的空間和自由度不受影響，保證閥門性能和開關(guān)力矩長期穩(wěn)定。

圖3 閥座防塵結(jié)構(gòu)

閥體結(jié)構(gòu)特點。閥體結(jié)構(gòu)為固定球設(shè)計，上、下閥桿嚴(yán)格對中，閥門在高頻次動作下有更好的穩(wěn)定性，使閥門扭矩保持長期均勻性。

3 PDS閥門運行中出現(xiàn)的故障和原因分析

閥體故障。閥門無法關(guān)閉或打開時，解體閥體發(fā)現(xiàn)閥芯、閥座出現(xiàn)磨損，表面涂層已經(jīng)消失，并且閥芯頂端或底端出現(xiàn)磨損溝槽。原因為閥座兩端O形密封圈長期使用硬化，密封性能下降，導(dǎo)致聚烯烴粉料進(jìn)入彈簧腔中，如圖4所示，彈簧受力的空間和自由度發(fā)生改變，致使閥座偏移磨損閥芯，最終發(fā)生閥芯磨損，閥座抱死閥芯故障。

執(zhí)行機構(gòu)故障。執(zhí)行機構(gòu)在長期運行過程中同樣出現(xiàn)無法關(guān)閉或打開故障，檢查執(zhí)行機構(gòu)發(fā)現(xiàn)撥叉與活塞桿銷軸間隙增大并出現(xiàn)磨損，銷軸受力彎曲變形，如圖5所示，致使氣缸活塞桿中心度發(fā)生偏移，活塞受力不均勻發(fā)生偏磨拉傷汽缸壁，最終導(dǎo)致執(zhí)行機構(gòu)無法動作。

圖4 故障閥座聚合粉料自聚情況

氣動分配器故障。冬季低溫環(huán)境，閥門開關(guān)過程中出現(xiàn)兩位五通電磁閥滑閥不切換故障。兩位五通電磁閥動作頻次與閥門開關(guān)頻次一致，儀表風(fēng)中存在水汽，低溫環(huán)境下滑閥潤滑性能下降，致使滑閥卡澀，最終導(dǎo)致氣路切換不暢閥門動作緩慢或開關(guān)不到位。

4 解決措施

增加閥門動作時間監(jiān)控軟件(圖6)。根據(jù)每臺閥門開關(guān)時間的要求，在DCS系統(tǒng)中編制閥門動作時間監(jiān)控軟件，對閥門開關(guān)所需時間和開關(guān)頻次進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)閥門開關(guān)時間和動作頻次超過設(shè)定值時進(jìn)行報警提示。

圖5 故障執(zhí)行機構(gòu)撥叉銷軸受力磨損彎曲

圖6 閥門動作時間監(jiān)控軟件

增加保溫伴熱措施。針對兩位五通電磁閥滑閥冬季不切換故障，利用管線內(nèi)介質(zhì)自身溫度，將閥體、執(zhí)行機構(gòu)及其附件整體進(jìn)行保溫包裹，使管線中介質(zhì)產(chǎn)生的溫度得到有效保存和利用，減少伴熱敷設(shè)工作量。

加強定期巡檢。這樣人工檢查就能發(fā)現(xiàn)閥門、執(zhí)行機構(gòu)的前期故障。全密度裝置10″PDS閥門執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)異響，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)BITTES執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，解體檢查發(fā)現(xiàn)彈簧缸彈簧斷裂，所以定期巡檢是最簡單有效的辦法，發(fā)現(xiàn)PDS閥門動作時間明顯延緩，或動作出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，即提前切換出來更換維修。

制定周期性檢修方案。每臺PDS閥門在系統(tǒng)中作用不同，動作頻次也不相同。根據(jù)閥門部位、動作頻次等因素，制定合理的檢修周期，利用裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)和停工機會，進(jìn)行整閥下線更換，保證執(zhí)行機構(gòu)與閥體故障的一致性。通過驗證，執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)的故障90%以上都是閥體長周期運行，閥座彈簧腔和側(cè)壁集聚粉料，自由度發(fā)生變化與閥芯磨損增大，撥叉與銷軸的作用力隨之增加，最終出現(xiàn)磨損故障，所以整閥下線進(jìn)行檢修很有必要。最重要的是一定要做好維修記錄，包括維修下線日期、維修內(nèi)容及閥門的狀況等，對每臺PDS閥門的運行狀況做到心中有數(shù)。

選擇正確的檢修方式。由于進(jìn)口閥門備件采購周期長、價格高，加上現(xiàn)場檢修無法實現(xiàn)閥門專業(yè)裝配效果，因此需要在國內(nèi)選擇一家設(shè)備專業(yè)、技術(shù)能力強、機加工水平高的硬密封閥門維修廠家，將故障閥門返廠進(jìn)行維修。對上下閥桿、閥芯等易磨損部位進(jìn)行堆焊噴涂硬化處理，制作新的閥座，更換密封組件等一系列工序。

易損附件定期更換。對于易損的附件，如過濾減壓閥、氣路分配器、電磁閥及閥位開關(guān)等，根據(jù)不同的環(huán)境每個大修周期或定期進(jìn)行更換，防止附件故障導(dǎo)致出料程序停止，影響生產(chǎn)正常運行。要注意的是附件更換最好用閥門原來的型號，因為在閥門設(shè)計時，氣路各附件的CV值都經(jīng)過嚴(yán)格的計算，切不可因小失大。

5 運行效果

以前，PDS閥門都是出現(xiàn)故障才進(jìn)行更換，導(dǎo)致生產(chǎn)運行發(fā)生很大波動。在正式啟動有效措施進(jìn)行管理后，再沒有發(fā)生一起因PDS閥門故障而引起的應(yīng)急處理事件。

返廠維修的方式解決了采購周期長、進(jìn)口備件價格高和現(xiàn)場維修裝配技術(shù)能力差的問題。實現(xiàn)了整閥各部位全面維修，提高了檢修質(zhì)量，縮短了檢修周期，徹底解決了現(xiàn)場檢修瓶頸。并且返廠維修費用是采購更換備件費用的1/4～1/3，降低了PDS閥門維修成本。

6 結(jié)束語

通過以上措施，中國石油獨山子石化乙烯廠聚烯烴裝置PDS閥門運行平穩(wěn)，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。有計劃的周期性檢修降低了勞動強度，國產(chǎn)化維修方式使采購和檢維修費用降低明顯，且維修質(zhì)量在裝置運行期間得到了驗證，取得了良好的效果。

TH134

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1000-3932(2017)02-0209-04

2016-06-29，

2017-01-10)

沈文欽(1981-)，工程師，從事儀表設(shè)備管理工作，shenwenqin@petrochina.com.cn。