化工合成氨裝置氣動調節閥故障解決方案

在自動化較高的化工控制系統中，調節閥作為自動調節系統的終端執行裝置，接受控制信號，實現對化工流程的連續調節，運行期間出現的故障直接關系著生產裝置的安全運行。據現場實際統計大約70%的故障來源于調節閥。

針對合成氨生產裝置的儀表調節閥運行十幾年來曾出現的典型故障現象進行了總結,并分析其原因,提出了相應的處理方法.認為N2和H2在高壓下可以直接化合生成氨，接著，他用實驗來驗證，但在實驗過程中發生了爆炸。他沒有調查事故發生的原因，而是覺得這個實驗有危險，于是放棄了這項研究工作，他的合成氨實驗就這樣夭折了。后來才查明實驗失敗的原因，是他所用混合氣體中含有O2，在實驗過程中H2和O2發生了爆炸的反應。稍后，德國化學家能斯特通過理論計算，認為合成氨是不能進行的。因此人工合成氨的研究又慘遭厄運。后來才發現，他在計算時誤用一個熱力學數據，以致得到錯誤的結論。在合成氨研究屢屢受挫的情況下，哈伯知難而進，對合成氨進行全面系統的研究和實驗，終于在1908年7月在實驗室用N2和H2在600℃、200個大氣壓下合成氨，產率僅有2%，卻也是一項重大突破。

    1 化工合成氨裝置氣動調節閥故障解決方案概述

    某合成氨裝置中，一段爐是轉化工段的核心，引起一段爐停運的任何聯鎖動作均將導致其后續工藝系統的停車，其中一段爐爐膛負壓的控制是關鍵。空氣壓縮機燃氣透平出口燃燒乏氣，一部分作為一段爐燃燒空氣，由AV－03010控制進一段爐燃燒空氣的氧含量，保證一段爐內燃氣燃燒充分；另一部分至一段爐對流段利用余熱，由PV－03048A/B輔助控制爐膛負壓；還有一部分由HV－02001控制進行放空。這些閥門控制的氣道口徑大，采用了相同的多翻板連桿推動機構，需要的動力較大，氣動執行機構及控制氣路較復雜。為控制，PV－03048采用A閥（小閥）、B閥（大閥）分別控制，根據工況需要開啟其中一個或兩個。這些閥門參與聯鎖TRIP03.5控制，保證一段爐系統在正常的負壓下安全運行。當燃氣透平跳車或一段爐膛壓力升高大于100Pa時，TRIP03.5動作：切斷一段爐燃燒空氣AV－03010和對流段乏氣排放閥PV－03048A/B，同時打開乏氣放空閥HV－02001，并向TRIPB發出一個跳車信號。這些閥門屢次在開車或行程校驗時出現失控不動作現象，危害爐膛負壓的控制。

    2 化工合成氨裝置氣動調節閥故障解決方案存在問題

    PV－03048A/B的作用是穩定調節從燃氣輪機排出的高溫乏氣去一段爐對流段，輔助控制爐膛負壓。在大修中做行程校驗和開車時PV－03048A/B閥不動作，該閥是氣缸式調節閥，氣路非常復雜，初步檢查發現電磁閥線圈磁性不夠，導致電磁閥輸出氣量小，氣控閥不切換，閥門不動作。更換電磁閥后仍不行，無法控制爐膛負壓，負壓聯鎖開關就會連鎖引起跳車。AV－03010在大修后開車不動作，檢查電磁閥有電，開閥側氣路不通，閥門調節失靈，無法正常開啟一段爐加熱系統。

大型合成氨裝置采用*節能工藝、新型催化劑和高效節能設備，提高轉化效率，加強余熱回收利用；以天然氣為原料的合成氨推廣一段爐煙氣余熱回收技術，并改造蒸汽系統；以石油為原料的合成氨加快以潔凈煤或天然氣替代原料油改造；中小型合成氨采用節能設備和變壓吸附回收技術，降低能源消耗。

    3 化工合成氨裝置氣動調節閥故障解決方案原因分析

    3.1 控制介紹

    以PV－03048B閥控制為例，原控制氣路圖見圖1。控制圖中I、II、III、IV分別是四個氣控閥。PLT是控制氣口，R是放空口，P、A是通氣口。其中氣控閥II、III、IV是FC事故關型，PLT有氣時氣控閥P—A通，PLT無氣時P—A不通，A—R通；氣控閥Ⅰ是FO事故開型，PLT有氣時P—A不通，A—R通，PLT無氣時P—A通。

    正常運行時，電磁閥帶電通氣，控制氣經電磁閥后連至各氣控閥PLT口之氣路送至四個氣控閥PLT端，閥Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ打開，閥I關閉。I/P轉換器接受主控4～20mA信號，轉換后輸出至氣動定位器，兩路輸出C1、C2，C1經氣控閥Ⅳ氣路至調節閥氣缸開閥側；C2經氣控閥II、III關調節閥氣路至調節閥氣缸關閥側。上止逆閥保證關閥氣不能去氣控閥I放空。這樣隨主控4～20mA信號開、關調節閥門。

    需要強調的是氣控閥I的線路，它的作用是在電磁閥失電或失去氣源的事故狀態下，強制去關閉調節閥PV－03048B，實現調節閥的事故關功能。這時閥I打開，當有氣源時，氣源經下止逆閥、閥I、上止逆閥、關閥氣路去關調節閥；無氣源時，平時儲存在氣罐內的氣源，經閥I、上止逆閥、關閥氣路去關調節閥。下止逆閥保證氣罐內的氣源不致流失。同時，氣控閥III的作用是在電磁閥失電、失去氣源的事故狀態下關閉并保證事故關閥氣不致由此放空，因為氣控閥III的P、A氣口是反接的，PLT失氣后P—A關閉，A—R導通，P口是接在事故關閥氣側，保證了事故關閥氣不能放空。    3.2 化工合成氨裝置氣動調節閥故障解決方案PV－03048B不能動作原因分析

    （1）經觀察該閥門有時動作緩慢。檢查發現閥門氣缸有串氣現象，更換了雙氣缸的活塞密封環，有時可以動作，即使能動作但全關后再啟動非常困難。

    （2）由于閥門是多翻板連桿機構，啟動不順，懷疑是否是閥門運行動作阻力大。檢查各個聯軸節及軸承，發現這些地方由于閥門運行環境溫度高，干澀活動阻力大。加注耐高溫潤滑脂，手動開關靈活了。

    （3）再次停車后開車，又出現該閥不動作。檢查發現，不論給多少信號，關閥側始終有氣，閥門全關。斷開定位器C2側輸出，關閥側仍有氣。懷疑氣控閥I故障不切換。換了閥I后，現象依舊，說明不是閥I故障。

    （4）分析認為，氣控閥不切換的原因是控制氣壓不足，控制氣壓低的原因可能有：

①測量電磁閥供電電壓，不帶負載為20VDC左右，帶負載時為14VDC左右，電磁閥功率3W，可能帶負載能力不足使電磁閥不能*開啟；

②VP－41氣動定位器是耗氣型定位器，其中控制C1、C2兩路輸出的平衡滑閥閥芯長期滑動磨損，漏氣量增大，已使閥門定位不準確，必定使整個回路耗氣量增大，控制氣壓降低，氣控閥不能切換；

③一旦停車PLC也會進行相應的檢查或其他原因，閥門的電磁閥往往會斷電，氣控閥復位，恢復送電時由于上述原因會造成電磁閥開啟不足、定位器分壓太大，氣控閥控制氣壓低，氣控閥不能切換。

    4 化工合成氨裝置氣動調節閥故障解決方案控制氣路改造

    同樣以PV－03048B為例，改造后的氣路控制圖見圖2。本實用新型涉及工業設備技術領域,且公開了一種便于維修化工生產調節閥門包括安裝塊,外閥,連內閥,安裝塊的兩側活動連接有固定釘,安裝塊的兩側固定內嵌有傳感器,安裝塊的頂部轉動連接有蓋板,蓋板頂部固定安裝有指示燈,安裝塊的內部中間活動安裝有外閥,該調節閥門通過傳感器對連接對連接進行監控,閥門與管道之間緊密連接和非緊密連接情況下的傳感器的氣壓值相差很大,再通過指示燈進行體現,以此提示工作人員閥門與管道連出現問題,是工作人員能夠快速,準確的進行維修,減少了工作人員檢查故障時間,提升了維修效率,通過內閥對管道流量進行精控,內閥活動連接于外閥內部,方便對其拆裝,維護及更換.

    綜合故障原因，除更換氣動定位器、定期給各聯軸節軸承加注耐高溫潤滑脂外，另引一路氣源直接給電磁閥供氣，并將電磁閥更換成大通量、低功耗閥，提高控制氣壓力，經過試驗四個氣控閥均能正常切換，問題得到圓滿解決。

    5 化工合成氨裝置氣動調節閥故障解決方案結語

據了解，十多年來，我國合成氨裝置先后經過油改煤、煤改油、油改氣和無煙煤改粉煤等多次反復的原料路線改造和節能改造，先后在烴類蒸汽轉化工段、變換工段、脫碳工段、控制系統等進行了數十項大型改造。其中造氣爐、爐況監測與系統優化、脫硫系統等技改始終是重點。但是，由于裝置原料路線、資源供應、運輸、資金與技術成熟度等諸多方面原因，合成氨節能技術改造的效果始終未能達到預期目標。到2004年底，合成氨單位能耗平均為1700千克標煤／噸，噸氨平均水平與水平相差600～700千克標煤。

    大修將PV－03048B、PV－03048A、AV－03010進行了控制氣路改造，改造后開車控制氣路均切換控制正常，閥門動作自如。經過近一年的生產運行實踐，這三臺閥門工作正常，至今沒有出現過一次故障。這種改造簡單易行、成本低、實用性強，為合成裝置其他控制閥故障排除摸索出一條新路。