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化工合成氨裝置氣動調(diào)節(jié)閥故障解決方案
在自動化較高的化工控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥作為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的終端執(zhí)行裝置，接受控制信號，實現(xiàn)對化工流程的連續(xù)調(diào)節(jié)，運行期間出現(xiàn)的故障直接關(guān)系著生產(chǎn)裝置的安全運行。據(jù)現(xiàn)場實際統(tǒng)計大約70%的故障來源于調(diào)節(jié)閥。
針對合成氨生產(chǎn)裝置的儀表調(diào)節(jié)閥運行十幾年來曾出現(xiàn)的典型故障現(xiàn)象進行了總結(jié),并分析其原因,提出了相應(yīng)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(fā)生了爆炸。他沒有調(diào)查事故發(fā)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(fā)生了爆炸的反應(yīng)。稍后，德國化學(xué)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(fā)現(xiàn)，他在計算時誤用一個熱力學(xué)數(shù)據(jù)，以致得到錯誤的結(jié)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(tǒng)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(chǎn)率僅有2%，卻也是一項重大突破。
1 化工合成氨裝置氣動調(diào)節(jié)閥故障解決方案概述
某合成氨裝置中，一段爐是轉(zhuǎn)化工段的核心，引起一段爐停運的任何聯(lián)鎖動作均將導(dǎo)致其后續(xù)工藝系統(tǒng)的停車，其中一段爐爐膛負壓的控制是關(guān)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(nèi)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(gòu)，需要的動力較大，氣動執(zhí)行機構(gòu)及控制氣路較復(fù)雜。為控制，PV－03048采用A閥（小閥）、B閥（大閥）分別控制，根據(jù)工況需要開啟其中一個或兩個。這些閥門參與聯(lián)鎖TRIP03.5控制，保證一段爐系統(tǒng)在正常的負壓下安全運行。當(dāng)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(fā)出一個跳車信號。這些閥門屢次在開車或行程校驗時出現(xiàn)失控不動作現(xiàn)象，危害爐膛負壓的控制。
2 化工合成氨裝置氣動調(diào)節(jié)閥故障解決方案存在問題
PV－03048A/B的作用是穩(wěn)定調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥，氣路非常復(fù)雜，初步檢查發(fā)現(xiàn)電磁閥線圈磁性不夠，導(dǎo)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(lián)鎖開關(guān)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(cè)氣路不通，閥門調(diào)節(jié)失靈，無法正常開啟一段爐加熱系統(tǒng)。
大型合成氨裝置采用*節(jié)能工藝、新型催化劑和高效節(jié)能設(shè)備，提高轉(zhuǎn)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(shù)，并改造蒸汽系統(tǒng)；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(jié)能設(shè)備和變壓吸附回收技術(shù)，降低能源消耗。
3 化工合成氨裝置氣動調(diào)節(jié)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?？刂茍D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(guān)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(jīng)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(guān)閉。I/P轉(zhuǎn)換器接受主控4～20mA信號，轉(zhuǎn)換后輸出至氣動定位器，兩路輸出C1、C2，C1經(jīng)氣控閥Ⅳ氣路至調(diào)節(jié)閥氣缸開閥側(cè)；C2經(jīng)氣控閥II、III關(guān)調(diào)節(jié)閥氣路至調(diào)節(jié)閥氣缸關(guān)閥側(cè)。上止逆閥保證關(guān)閥氣不能去氣控閥I放空。這樣隨主控4～20mA信號開、關(guān)調(diào)節(jié)閥門。
需要強調(diào)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(tài)下，強制去關(guān)閉調(diào)節(jié)閥PV－03048B，實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的事故關(guān)功能。這時閥I打開，當(dāng)有氣源時，氣源經(jīng)下止逆閥、閥I、上止逆閥、關(guān)閥氣路去關(guān)調(diào)節(jié)閥；無氣源時，平時儲存在氣罐內(nèi)的氣源，經(jīng)閥I、上止逆閥、關(guān)閥氣路去關(guān)調(diào)節(jié)閥。下止逆閥保證氣罐內(nèi)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(tài)下關(guān)閉并保證事故關(guān)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(guān)閉，A—R導(dǎo)通，P口是接在事故關(guān)閥氣側(cè)，保證了事故關(guān)閥氣不能放空。
3.2 化工合成氨裝置氣動調(diào)節(jié)閥故障解決方案PV－03048B不能動作原因分析
（1）經(jīng)觀察該閥門有時動作緩慢。檢查發(fā)現(xiàn)閥門氣缸有串氣現(xiàn)象，更換了雙氣缸的活塞密封環(huán)，有時可以動作，即使能動作但全關(guān)后再啟動非常困難。
（2）由于閥門是多翻板連桿機構(gòu)，啟動不順，懷疑是否是閥門運行動作阻力大。檢查各個聯(lián)軸節(jié)及軸承，發(fā)現(xiàn)這些地方由于閥門運行環(huán)境溫度高，干澀活動阻力大。加注耐高溫潤滑脂，手動開關(guān)靈活了。
（3）再次停車后開車，又出現(xiàn)該閥不動作。檢查發(fā)現(xiàn)，不論給多少信號，關(guān)閥側(cè)始終有氣，閥門全關(guān)。斷開定位器C2側(cè)輸出，關(guān)閥側(cè)仍有氣。懷疑氣控閥I故障不切換。換了閥I后，現(xiàn)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(yīng)的檢查或其他原因，閥門的電磁閥往往會斷電，氣控閥復(fù)位，恢復(fù)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(diào)節(jié)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(yè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域,且公開了一種便于維修化工生產(chǎn)調(diào)節(jié)閥門包括安裝塊,外閥,連內(nèi)閥,安裝塊的兩側(cè)活動連接有固定釘,安裝塊的兩側(cè)固定內(nèi)嵌有傳感器,安裝塊的頂部轉(zhuǎn)動連接有蓋板,蓋板頂部固定安裝有指示燈,安裝塊的內(nèi)部中間活動安裝有外閥,該調(diào)節(jié)閥門通過傳感器對連接對連接進行監(jiān)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(xiàn),以此提示工作人員閥門與管道連出現(xiàn)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(nèi)閥對管道流量進行精控,內(nèi)閥活動連接于外閥內(nèi)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(lián)軸節(jié)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(jīng)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(diào)節(jié)閥故障解決方案結(jié)語
據(jù)了解，十多年來，我國合成氨裝置先后經(jīng)過油改煤、煤改油、油改氣和無煙煤改粉煤等多次反復(fù)的原料路線改造和節(jié)能改造，先后在烴類蒸汽轉(zhuǎn)化工段、變換工段、脫碳工段、控制系統(tǒng)等進行了數(shù)十項大型改造。其中造氣爐、爐況監(jiān)測與系統(tǒng)優(yōu)化、脫硫系統(tǒng)等技改始終是重點。但是，由于裝置原料路線、資源供應(yīng)、運輸、資金與技術(shù)成熟度等諸多方面原因，合成氨節(jié)能技術(shù)改造的效果始終未能達到預(yù)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(jīng)過近一年的生產(chǎn)運行實踐，這三臺閥門工作正常，至今沒有出現(xiàn)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。
