吳冬玲

(中國石化上海石油化工股份有限公司儀控中心，上海 200540)

工業(yè)化是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、不斷發(fā)展的過程，伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)備的更新?lián)Q代也越來越快，為降低對進(jìn)口設(shè)備的依賴，節(jié)約成本，縮短制造周期，應(yīng)在依托逐漸發(fā)展壯大的中國本土制造業(yè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)更好、更快的設(shè)備更新，消除故障隱患。如石油化工生產(chǎn)中使用的主要控制閥門伴隨運(yùn)行時(shí)間不斷變長必然存在各種問題或故障隱患，為恢復(fù)或提高設(shè)備系統(tǒng)的使用精度、額定功能與安全可靠性，需對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)或更新，以提高設(shè)備運(yùn)行效率，確保生產(chǎn)人員的可操作性，保障企業(yè)老舊裝置的生產(chǎn)能力和長周期運(yùn)行。

1 裝置概況及釜底閥簡介

1.1 裝置概況

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)合成樹脂部1號(hào)高壓聚乙烯(1PE)裝置始建于1976年，采用三菱油化-BASF超高壓管式E法高壓聚乙烯技術(shù)，聚合壓力為280 MPa(超高壓)，聚合溫度310～340 ℃，經(jīng)改造后，合計(jì)生產(chǎn)能力為73 kt/a，是上海石化壓力等級(jí)最高、自控聯(lián)鎖系統(tǒng)較為復(fù)雜、工藝設(shè)備要求最苛刻、安全危險(xiǎn)性最大的生產(chǎn)裝置之一。但在目前形勢下，該裝置的運(yùn)行時(shí)間已是國內(nèi)同類裝置中最長，部分設(shè)備日漸老化，在運(yùn)行過程中必然存在一定的故障隱患。為有效減少故障風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)環(huán)境，提出以結(jié)構(gòu)先進(jìn)、技術(shù)完善、效率高、能耗少的新型設(shè)備來代替陳舊設(shè)備，從而不斷增強(qiáng)企業(yè)的生產(chǎn)力和市場競爭力。

1.2 釜底閥簡介

1PE裝置的工藝生產(chǎn)分為壓縮、聚合、造粒、風(fēng)送、包裝等5個(gè)工序，有兩條生產(chǎn)線(一系列和二系列)，每條生產(chǎn)線均涉及3臺(tái)釜底閥(工藝俗稱排料閥，一系列為1HCV301/1HCV302/1HCV303，二系列為2HCV301/2HCV302/2HCV303)。這些釜底閥位于高壓循環(huán)(HPR)系統(tǒng)，主要用于排除高壓循環(huán)氣體各段的溶劑油、低聚物等，其流程主要是將未反應(yīng)的乙烯由高低壓制品分離器(V-202)頂部送入高壓循環(huán)氣體第一冷卻器(E-30lA/B)，由前半段為熱水、后半段為冷水或再冷水三重匯流構(gòu)成的第一冷卻器(E-301A/B)冷卻到120 ℃，隨后進(jìn)入第一分離器(V-301)，以便把低聚物分離出來，氣體再進(jìn)入也由三重匯流構(gòu)成的第二冷卻器(E-302)，經(jīng)過冷水或再冷水冷卻到55 ℃，通過第二分離器(V-302)進(jìn)入由三重匯流構(gòu)成的第三冷卻器(E-303)冷卻到35 ℃，通過第三分離器(V-303)和高壓循環(huán)過濾器(F-101A/B)進(jìn)入后段壓縮機(jī)(K-102)1段入口再度返回循環(huán)，每個(gè)分離器下方安裝一臺(tái)釜底閥進(jìn)行分時(shí)分段排料。釜底閥的主要流程如圖1所示。

圖1 閥門主要工藝流程

釜底閥的原始設(shè)備生產(chǎn)廠家為KISHIKAWA(日本)，設(shè)計(jì)入口最大壓力達(dá)20.2 MPa，出口壓力為0.2 MPa，工藝生產(chǎn)過程中要求每0.5 h動(dòng)作一次且動(dòng)作持續(xù)0.2 s(可通過延時(shí)繼電器調(diào)整)，因此動(dòng)作頻繁，且檢修過程中又經(jīng)過多次堆焊打磨，造成閥門磨損日趨嚴(yán)重，閥桿的動(dòng)作方向也有所偏移，使用周期逐漸縮短(工藝操作上要求若8 h內(nèi)該閥門不能動(dòng)作即強(qiáng)制執(zhí)行停車程序以保障生產(chǎn)安全)。因此，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測繪及改進(jìn)要求，決定采用以國代進(jìn)的方式研制國內(nèi)自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造的高性能釜底閥，其結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 釜底閥結(jié)構(gòu)

1PE裝置釜底閥適用于高壓差的場合，因受實(shí)際生產(chǎn)工藝所用的介質(zhì)(漿料聚乙烯+乙烯氣體)、溫度(設(shè)計(jì)使用最高250 ℃)、壓力(設(shè)計(jì)使用最高35 MPa)、腐蝕等因素限制，需使閥體耐壓等級(jí)、使用溫度范圍及耐腐蝕性能和材質(zhì)都不低于工藝連接管道材質(zhì)的要求，因此閥體采用國內(nèi)自主開發(fā)的超高壓合金鍛件材料；另外，其閥門內(nèi)件(閥桿、閥芯等)為了滿足耐腐蝕、耐流體沖蝕等要求，選用具有高強(qiáng)度、硬度和抗腐蝕的馬氏體不銹鋼(17-4PH)；填料函在溫度高于200 ℃的情況下選用雙層填料結(jié)構(gòu)，填料材質(zhì)則選用了柔性石墨(美國進(jìn)口EVSP9000)。

2 閥門故障及改進(jìn)措施

2.1 閥桿故障

1PE裝置的兩條生產(chǎn)線共涉及6臺(tái)釜底閥，自建成投用以來因工藝生產(chǎn)流程需要不得不定時(shí)頻繁動(dòng)作，且經(jīng)過多次拆裝修理，縮短了釜底閥的使用年限，經(jīng)常發(fā)生內(nèi)漏現(xiàn)象及閥座磨損的故障。因此決定更換新閥門，同時(shí)將閥門的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)(2019年初次更換3臺(tái)國產(chǎn)YD102Y高性能釜底閥)。

在閥門的長期運(yùn)行及檢修過程中觀察發(fā)現(xiàn)，造成閥門動(dòng)作故障的主要原因在于每次閥門的閥桿向上打開時(shí)，工藝生產(chǎn)流程系統(tǒng)內(nèi)的壓力就會(huì)把閥桿推向排料口方向，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)閥桿也會(huì)偏向排料口，先碰到閥門排料口的閥座，如此頻繁的動(dòng)作致使閥桿和閥座磨損，從而引起閥門內(nèi)漏。因此提出將原始閥桿增加4條導(dǎo)向槽的改進(jìn)措施，并在2019年6月首次更換的3臺(tái)排料閥中應(yīng)用，其后運(yùn)行正常。借助裝置停車檢修機(jī)會(huì)將閥門進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)閥桿及閥座都沒有磨損，閥門的動(dòng)作狀態(tài)也良好，從而有效降低了因閥門內(nèi)漏故障引起生產(chǎn)波動(dòng)或非計(jì)劃停車的風(fēng)險(xiǎn)，保障了工藝生產(chǎn)的安穩(wěn)運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)控制故障

該閥門控制采用獨(dú)立的繼電器系統(tǒng)，以一條生產(chǎn)線的3臺(tái)閥門為一組，通過配置一定數(shù)量的繼電器實(shí)現(xiàn)在可操作范圍內(nèi)的閥門動(dòng)作程序。系統(tǒng)主要使用的繼電器類型為延時(shí)繼電器(ms級(jí))，是一種實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)延時(shí)接通或斷開的自動(dòng)控制電器，由時(shí)間設(shè)定按鈕和控制觸點(diǎn)等組成，分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型。前者在繼電器通電后其觸點(diǎn)延時(shí)一定時(shí)間后再發(fā)生動(dòng)作，觸點(diǎn)斷電后立即釋放；后者在觸點(diǎn)通電后馬上動(dòng)作，在斷電后則延時(shí)一段時(shí)間觸點(diǎn)才釋放。觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間由時(shí)間設(shè)定旋鈕設(shè)定[2]。該控制柜獨(dú)立安裝在裝置中控室內(nèi)。

閥門控制系統(tǒng)由工藝操作人員進(jìn)行日常操作，通過鑰匙開啟控制柜上相應(yīng)的旋鈕開關(guān)以切換手動(dòng)和自動(dòng)狀態(tài)、氣源空氣的開和關(guān)以及選擇試驗(yàn)?zāi)Ｊ?。在機(jī)柜面板上還設(shè)置了3個(gè)對應(yīng)控制閥門打開的按鈕和對應(yīng)顯示閥門開關(guān)狀態(tài)的指示燈，當(dāng)控制系統(tǒng)切換到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，3臺(tái)排料閥依據(jù)繼電器系統(tǒng)以事先設(shè)定的邏輯程序進(jìn)行閥門動(dòng)作的自循環(huán)流程，即從HV301起至HV302到HV303按照設(shè)定的時(shí)間間隔(20 s)觸發(fā)閥門依次動(dòng)作，每小時(shí)輪回動(dòng)作一次。

由繼電器組成的控制系統(tǒng)主要由元器件和導(dǎo)線連接而成，能完成既定的邏輯控制需求，其結(jié)構(gòu)組成簡單、成本低廉，所以適用于小型的控制系統(tǒng)要求。而繼電器元件內(nèi)部的機(jī)械物理觸點(diǎn)在長時(shí)間運(yùn)行后容易損壞，接線也容易受到外部振動(dòng)或環(huán)境腐蝕等因素的影響，使整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性逐漸降低(供電電源線故障，更換新電纜后正常)。

2.3 隱患排除

一臺(tái)閥門的動(dòng)作好壞不僅取決于閥門本身狀況是否完好，其附件的完好性也有著至關(guān)重要的作用，因?yàn)楹芏鄷r(shí)候閥門動(dòng)作的異?；蚴Э囟加筛郊收弦穑虼嗽谌粘＿\(yùn)行過程中對閥門附件設(shè)備的維護(hù)保障及優(yōu)化改進(jìn)也是必須的。

2.3.1 電磁閥更新

電磁閥是一種利用線圈通電和斷電以控制液體、氣體或蒸汽通斷的設(shè)備，用以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換[2]。一般通電后電磁閥動(dòng)作，失電后利用彈簧進(jìn)行復(fù)位，其關(guān)閉和打開的動(dòng)作比較快速，而從安全角度考慮，電磁閥使用較長時(shí)間后，其線圈也就存在著一定的隱患。1PE裝置每臺(tái)閥門涉及2臺(tái)電磁閥(為確保工藝生產(chǎn)過程中閥門的正常運(yùn)行，任一電磁閥得電即動(dòng)作)。從建成投用以來，雖然運(yùn)行過程中并未出現(xiàn)過故障，但從使用時(shí)間上看已超出規(guī)定年限，且該款電磁閥的同類備件在國內(nèi)外市場上已停產(chǎn)，故進(jìn)行設(shè)備的更新以消除潛在隱患。

2.3.2 氣源管改進(jìn)

閥門動(dòng)作能否正常與氣源供氣也有很大關(guān)系，氣源供氣壓力不能正常達(dá)標(biāo)，供氣氣源含水、油、微塵或其他雜質(zhì)使供氣管路堵塞而不通暢，氣源管線泄漏等，都會(huì)對閥門的正常運(yùn)行帶來一定的故障隱患。原閥門在運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生動(dòng)作延遲，不能在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成工藝要求的閥門動(dòng)作，觀察現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境發(fā)現(xiàn)，原先使用的氣源管直徑為6 mm，氣源管又較長(取源口引出至閥門)。將氣源管直徑改為8 mm，更新后閥門動(dòng)作延遲的現(xiàn)象有所改善，且運(yùn)行狀態(tài)良好。

2.3.3 保溫伴熱改進(jìn)

閥門的保溫伴熱是節(jié)省能源、提高設(shè)備熱效率、確保產(chǎn)品質(zhì)量、使設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的一項(xiàng)保護(hù)措施，主要用于保障設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行或停機(jī)后穩(wěn)定散熱[3]。閥門的保溫結(jié)構(gòu)因本身形狀的復(fù)雜性造成保溫位置不佳，給保溫效果帶來一定的影響。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)用情況，主要采取了伴熱管的方式進(jìn)行加熱保溫，改造現(xiàn)場伴熱管加熱，即沿著物流管道的底部伴有纏繞小直徑的管道，通入蒸汽或熱水將熱量傳給物料，從而使管道內(nèi)部的介質(zhì)保持流通順暢，消除了原先因保溫伴熱位置不佳導(dǎo)致的物料不暢造成閥門動(dòng)作延遲或卡死的問題，保障閥門動(dòng)作達(dá)到相關(guān)規(guī)定的要求。

2.3.4 填料更換

在日常運(yùn)行中由于閥門動(dòng)作頻次較高，極易造成內(nèi)部填料嚴(yán)重磨損。根據(jù)閥門檢維修經(jīng)驗(yàn)，利用裝置停車檢修機(jī)會(huì)(閥門使用時(shí)間達(dá)半年及以上)，針對該系列閥門更換填料密封組件，消除潛在的隱患風(fēng)險(xiǎn)，確保閥門正常運(yùn)行。閥門填料的密封是將填料裝填在閥桿與填料函之間以防止介質(zhì)向外滲漏的一種動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)閥桿與填料做相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于填料的自潤滑作用或產(chǎn)生的油膜使填料與閥桿之間的邊界保持潤滑狀態(tài)，延遲了填料與閥桿的磨損，能較長期地保持緊密貼合從而阻止介質(zhì)滲漏；而在閥桿運(yùn)動(dòng)時(shí)又不可避免地在填料與閥桿之間產(chǎn)生微小又不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)間隙，依靠填料自身的可塑性及回彈性填補(bǔ)了該運(yùn)動(dòng)間隙，使填料和閥桿保持緊密貼合[4]。填料的正確安裝及使用是確保閥門在運(yùn)行過程中降低發(fā)生“跑、冒、滴、漏”幾率的關(guān)鍵，選用合適的填料是滿足相應(yīng)閥門工作條件的重要因素。

2.4 日常維護(hù)

釜底閥作為生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵設(shè)備對工藝產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量影響很大，一旦生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障就必須及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，又不能影響生產(chǎn)進(jìn)度，為此必須做好閥門整臺(tái)備件更換的充分準(zhǔn)備。替換下來的舊閥門進(jìn)行維修再利用，拆卸解體后更換閥桿填料、閥芯、閥座等，研磨閥芯和閥座，組裝后通過加壓測試確定完好后使用。拆下故障閥門，安裝復(fù)位備件閥門，完成調(diào)試并投入運(yùn)行，使生產(chǎn)過程快速且順利恢復(fù)，降低裝置不必要的生產(chǎn)波動(dòng)或非計(jì)劃停車的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

國產(chǎn)閥門更新運(yùn)行以來，工藝生產(chǎn)狀況一直良好且平穩(wěn)，后期1PE裝置又成功更換了一系列的產(chǎn)品出料閥(1LCV201)。借助兩項(xiàng)國產(chǎn)化閥門的研制及成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，逐步開展1PE裝置高壓賴斯閥(VPI201)的國產(chǎn)化專項(xiàng)項(xiàng)目。同時(shí)進(jìn)行繼續(xù)運(yùn)行跟蹤和故障完善，確保裝置日常生產(chǎn)的安穩(wěn)長滿優(yōu)。