一起空分分子篩閥門故障分析及預(yù)防措施

孫博(煙臺(tái)國(guó)潤(rùn)銅業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 264002)

0 引言

分子篩純化系統(tǒng)在空分系統(tǒng)整個(gè)工藝流程中起著非常重要的作用，配套閥門的可靠、靈活、穩(wěn)定運(yùn)行是分子篩純化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提[1]。分子篩閥門一般使用氣動(dòng)閥，除閥門本體外還配有氣缸、過(guò)濾減壓器、電磁閥、行程開關(guān)、定位器等部件。煙臺(tái)國(guó)潤(rùn)銅業(yè)有限公司16 000 m3/h空分設(shè)備由杭州福斯達(dá)深冷裝備股份有限公司整體設(shè)計(jì)制造，采用常溫分子篩吸附凈化，膨脹空氣進(jìn)上塔，規(guī)整填料上塔、下塔、輔塔，全低壓三塔富氧流程。于2017年7月正式投產(chǎn)。分子篩純化系統(tǒng)切換閥門均采用國(guó)產(chǎn)某公司生產(chǎn)的氣動(dòng)閥門。分子篩純化系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 分子篩流程圖

1 故障分析及維修經(jīng)過(guò)

2019年12月18日分子篩時(shí)序自動(dòng)暫停，停在MS1202切換MS1201步驟，KV1201已開啟，重啟時(shí)序，恢復(fù)正常。儀表進(jìn)行檢查，氣源壓力正常，肥皂水檢查各接口未發(fā)現(xiàn)漏氣。2020年1月1日故障，停在MS1202切換MS1201步驟，KV1201未能打開。手動(dòng)開閥后，重啟時(shí)序，恢復(fù)正常。1月2日，儀表進(jìn)行檢修，更換了電磁閥。1月3日故障，停在MS1201準(zhǔn)備泄壓步驟，KV1201未能關(guān)閉。手動(dòng)關(guān)閉。重啟時(shí)序，恢復(fù)正常。儀表檢修后判斷閥門氣缸內(nèi)漏，由于系統(tǒng)無(wú)法停車，暫時(shí)無(wú)法徹底修復(fù)，要求故障時(shí)操作工手動(dòng)操作。之后1月份出現(xiàn)故障12次，有6次為行程開關(guān)故障，調(diào)整后恢復(fù)正常。4月份出現(xiàn)故障3次，8月份出現(xiàn)故障3次，其中一次為KV1202。

8月23日，系統(tǒng)停車，進(jìn)入大修期。大修期間，在廠家技術(shù)人員的指導(dǎo)下，對(duì)KV1201、KV1202閥門氣缸進(jìn)行了拆解。發(fā)現(xiàn)KV1201氣缸壁磨蝕嚴(yán)重，O型圈磨損，KV1202氣缸輕微磨蝕，兩個(gè)氣缸壁均發(fā)現(xiàn)水滴。采用打磨氣缸壁，更換氣缸密封件，涂抹氣缸潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的方式進(jìn)行維修，并更換KV1201行程開關(guān)。

2 閥門故障原因分析

2.1 氣缸進(jìn)水是閥門故障的直接原因

水分進(jìn)入氣缸后會(huì)腐蝕氣缸壁，使光滑的氣缸壁變得粗糙，并產(chǎn)生的鐵銹。

氣缸受缸壁粗糙及鐵銹影響，運(yùn)行卡澀，并且活塞O型圈與鐵銹擠壓摩擦，造成O型圈磨損、氣缸內(nèi)部漏氣，開關(guān)動(dòng)作時(shí)間逐漸延長(zhǎng)[2]，超過(guò)時(shí)序限定時(shí)間后，時(shí)序自動(dòng)暫停，但閥門仍將緩慢動(dòng)作到位。這與第一次故障現(xiàn)象吻合。

隨著活塞O型圈的不斷磨損，氣缸內(nèi)部漏氣速度加快，達(dá)到一定程度時(shí)，活塞推力下降過(guò)快，閥門將無(wú)法動(dòng)作到位[2]。這與之后的故障現(xiàn)象吻合。

2.2 氣缸進(jìn)水原因

2.2.1 儀表氣帶水進(jìn)入氣缸

空分系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)。儀表氣使用的是分子篩后的凈化空氣，有相關(guān)的露點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備，查閱記錄，露點(diǎn)一直在-80℃以下，符合儀表氣的相關(guān)要求，并且如果分子篩后空氣帶水，將造成冷箱內(nèi)板式換熱器冰堵，而整個(gè)周期板式換熱器工作正常，該情況可以排除。

空分系統(tǒng)開車時(shí)。使用儀表壓縮機(jī)提供儀表氣，該設(shè)備已使用20余年，干燥工序有可能失效造成儀表氣帶水。大修結(jié)束，空分系統(tǒng)再次開車時(shí)，使用手持式露點(diǎn)儀檢測(cè)露點(diǎn)為-63 ℃，符合儀表氣的相關(guān)要求，該情況可以排除。

2.2.2 雨、雪、潮濕空氣通過(guò)電磁閥、調(diào)壓過(guò)濾器、管路漏點(diǎn)進(jìn)入氣缸

空分系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)。電磁閥前的儀表管路處于正壓狀態(tài)，即便出現(xiàn)泄漏，外界水分也無(wú)法進(jìn)入，并且儀表工已使用肥皂水進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，該情況可以排除。電磁閥本身。該氣缸配套2位5通電磁閥(圖2)，存在接口3、接口5與外界相通。當(dāng)閥門開啟或關(guān)閉時(shí)，氣缸排氣側(cè)排氣，處于常壓狀態(tài)4小時(shí)左右，氣缸為室外放置，缺少擋雨設(shè)施，只使用塑料布包裹防雨，為保證排氣順暢，排氣口扭至水平，存在雨水進(jìn)入的可能。根據(jù)電磁閥與氣缸連接方式，氣缸兩端的入口位于電磁閥下方，管路明顯下彎，雨水更易進(jìn)入，與KV1201、KV1202氣缸均為兩端銹蝕且銹蝕地點(diǎn)靠近進(jìn)氣口的現(xiàn)象吻合。該情況可能性較大。車間對(duì)此進(jìn)行了改造，加裝了防雨罩，隨后系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行一年多，閥門未出現(xiàn)類似故障。

圖2 2位5通電磁閥圖形符號(hào)

空分系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停車時(shí)。儀表管路處于常壓狀態(tài)，水汽有可能從電磁閥排氣口或主管道漏點(diǎn)進(jìn)入。電磁閥處于常態(tài)位時(shí)，接口3關(guān)閉，接口5連通。接口5與氣缸中部連通，與腐蝕部位不符，從電磁閥排氣口進(jìn)入的情況可以排除。主管道漏點(diǎn)進(jìn)入的水汽可以通過(guò)接口2進(jìn)入氣缸兩端，但是接口1的進(jìn)氣管明顯上彎，液態(tài)水難以進(jìn)入，氣態(tài)水進(jìn)入量有限，該情況可能性較小。

3 應(yīng)急措施

銅冶煉企業(yè)的空分設(shè)備主要是為冶煉工藝提供氧氣，如果突然停氧，將對(duì)冶煉工藝造成影響，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失，所以一切應(yīng)急措施都以不停氧為目標(biāo)。分子篩閥門發(fā)生此類故障時(shí)，一般為時(shí)序切換節(jié)點(diǎn)。如果是吸附器切換的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，將造成已處于吸附末期的吸附器持續(xù)工作。單一吸附器的設(shè)計(jì)裕量一般為30 min，如果30 min內(nèi)無(wú)法排除故障，吸附器可能被穿透，將造成空分系統(tǒng)停車、停氧。所以針對(duì)不同的閥門采取適當(dāng)?shù)氖謩?dòng)操作極為關(guān)鍵。手動(dòng)操作閥門完成時(shí)序規(guī)定的開關(guān)動(dòng)作，保證工藝的順暢，需要在短時(shí)間內(nèi)完成，此時(shí)分子篩未被穿透，空分系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行。之后需要適當(dāng)調(diào)整加溫時(shí)長(zhǎng)、再生氣量、再生氣溫度，保證再生充分。

3.1 切換閥

使用扳手、管鉗或制作的專用工具，夾緊閥軸，順著動(dòng)作方向扭動(dòng)，待行程開關(guān)接觸后，閥門動(dòng)作到位。期間操作要緩慢，工具不得碰觸行程開關(guān)，防止行程開關(guān)錯(cuò)位，無(wú)法正確反饋。手動(dòng)操作期間DCS系統(tǒng)要保持對(duì)閥門的控制，保證電磁閥閥位正確，氣缸可以順利排氣。如果氣缸內(nèi)漏嚴(yán)重，阻力過(guò)大，難以操作，可以將閥門氣源暫時(shí)關(guān)閉，此時(shí)先導(dǎo)型電磁閥將失去作用，需要將氣缸氣路接口拆開，排氣后繼續(xù)操作。

3.2 調(diào)節(jié)閥

該系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥配有手輪，斷開儀表氣，將閥門調(diào)整到手動(dòng)模式，使用手輪操作，觀察現(xiàn)場(chǎng)定位器刻度保證閥門開度符合工藝要求。如果沒有手輪，只能使用工具輔助操作，期間盡量不要斷開儀表氣，否則在氣流沖擊下閥門難以保持開度，需要人員一直在現(xiàn)場(chǎng)持工具固定。

4 預(yù)防措施

4.1 外部設(shè)施

執(zhí)行機(jī)構(gòu)加裝防雨罩，配套的電磁閥加裝保溫箱，可有效避免因環(huán)境原因而造成閥門故障。

4.2 附件配置

電磁閥最好使用雙控三位5通電磁閥，當(dāng)系統(tǒng)停車時(shí)，電磁閥進(jìn)氣口、排氣口都處于關(guān)閉狀態(tài)，更利于保護(hù)氣缸。電磁閥排氣口可以配置防水的消音器或加延長(zhǎng)管，管口朝下。配置帶有水分離功能的過(guò)濾減壓器，可以有效應(yīng)對(duì)儀表氣帶水的突發(fā)情況。

4.3 儀表氣

空分系統(tǒng)開車時(shí)的臨時(shí)儀表氣需要進(jìn)行露點(diǎn)檢測(cè)，合格后才能送入儀表管路。如果干燥工序使用切換流程，切換末期需要再次檢測(cè)。空分系統(tǒng)運(yùn)行期間，要保證分子篩后的空氣潔凈。

4.4 維保制度

定期計(jì)量切換閥門的動(dòng)作時(shí)間，觀察調(diào)節(jié)閥的開度曲線，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常后，要及時(shí)排查故障，防止閥門失靈。

定期檢查電磁閥排氣管，根據(jù)閥門狀態(tài)和電磁閥的圖形符號(hào)來(lái)判斷切換閥氣缸是否存在內(nèi)漏。

空分系統(tǒng)停車時(shí)，使用液氮儲(chǔ)罐或其他潔凈氣源，為儀表管路充氣保壓。堵住電磁閥兩個(gè)排氣口，防止外界水汽進(jìn)入。

5 結(jié)語(yǔ)

本次故障反映出對(duì)于閥門的穩(wěn)定運(yùn)行，合理的外部設(shè)施、附件配置是前提，合格的儀表氣、完善的維保制度是關(guān)鍵。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，及時(shí)的手動(dòng)操作、適當(dāng)?shù)脑诰€搶修將有效避免空分系統(tǒng)的不必要停車，減少因空分系統(tǒng)停車造成的經(jīng)濟(jì)損失。