溫 濤 王 琪 任 勇

（中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠）

CPS 硫磺回收裝置是我國自主開發(fā)的一種高硫收率的低溫克勞斯硫磺回收裝置［1］。 該裝置采用循環(huán)工藝，CPS 循環(huán)可以看作是催化劑的“再生（除硫）—冷卻（反應）—吸附（反應至飽和狀態(tài)）”的循環(huán)過程。通過3 個二通閥、3 個三通閥和1 個溫控閥根據(jù)預設順控程序進行動作切換，實現(xiàn)3 個CPS 反應器依次作為主反應器從再生—冷卻—吸附3 個階段的循環(huán)轉換。

目前國內(nèi)CPS 硫磺回收裝置二通閥和三通閥主要采用原裝進口的氣動程控閥，該閥結構設計特殊、公稱直徑較大（DN350mm～DN600mm）、購買價格昂貴、委外維修成本高。 在生產(chǎn)過程中，一旦二通閥或三通閥發(fā)生故障，CPS 反應段將無法實現(xiàn)順序控制， 輕則導致硫磺回收率降低，重則導致尾氣總硫排放率升高，甚至引起CPS 硫磺回收裝置異常停車。

1 典型故障分析處置

1.1 故障現(xiàn)象

某廠進行天然氣凈化裝置臨停檢修， 在對CPS 硫磺回收裝置進行除硫操作過程中，控制室DCS 操作站顯示二通閥 “KV-1420 開啟超時”的報警信號。 經(jīng)確認，在控制室輸出為開閥指令狀態(tài)下，該閥實際行程無法到達全開位置，閥門開啟行程開關無法閉合而導致DCS 無法接收到該閥的行程狀態(tài)，最終造成CPS 反應段不能按照預設順控程序進行程序切換。

對該閥進行手動狀態(tài)下的開關動作測試。 在第1 次開關測試過程中，控制室給KV-1420 開閥指令， 該閥緩慢開啟至50%左右便不再動作；控制室給KV-1420 關閥指令， 該閥最初不動作，在活塞式執(zhí)行機構氣缸中充滿額定工作壓力為0.4MPa 儀表風的條件下才能實現(xiàn)瞬間關閉且閥門產(chǎn)生巨大撞擊聲。 隨后進行第2 次開關動作測試，控制室給KV-1420 開閥指令，觀察到該閥緩慢開啟至80%左右的行程便不再動作，同時觀察到該閥在開閥動作過程中， 于50%～80%行程之間存在非常明顯的卡滯現(xiàn)象；控制室給KV-1420關閥指令，發(fā)現(xiàn)該閥卡死在80%左右的行程處不再動作。

1.2 故障原因分析

依次檢查二通閥KV-1420 相關的控制電路、儀表風管路、儀表風壓力、電磁閥及活塞式執(zhí)行機構等未與介質(zhì)接觸的外部環(huán)節(jié)，其工作狀況均正常，從而排除這些故障因素。

根據(jù)圖1 所示的二通閥的結構原理，可以看出該閥閥芯與閥座之間采用環(huán)形平面密封方式。據(jù)此分析，即使在生產(chǎn)過程中堆積有大量異物也不會導致閥芯與閥座之間做相對運動時摩擦力增大，故而排除閥芯卡死在閥座中這一氣動閥常見故障原因。

圖1 二通閥結構原理

結合二通閥KV-1420 手動狀態(tài)下開關動作測試結果進行分析，該閥在CPS 硫磺回收裝置正常生產(chǎn)過程中已帶入了大量的FeS 等雜質(zhì)至其導向襯套或填料函中，進而在進行反復動作測試時將FeS 堆積在某一行程處，最終造成閥桿與導向襯套或者填料襯套卡死的故障。

由于二通閥KV-1420 的公稱直徑較大（DN600mm），綜合考慮吊裝、搬運及維修等因素，從閥蓋處將二通閥解體，并將除閥體部分以外的其他部件吊裝下來進行進一步檢查、維修。 檢查發(fā)現(xiàn)閥桿與導向襯套配合間隙非常小且閥桿表面已堆積了大量的FeS（圖2）。由此可以推論CPS硫磺回收裝置正常生產(chǎn)期間二通閥不斷切換開關狀態(tài)，閥桿與導向襯套做相對運動，由于摩擦力的作用，使得附著在閥桿上面的FeS 脫落并將部分FeS 帶入導向襯套內(nèi)。 經(jīng)過長周期運行，導向襯套與閥桿配合間隙之間積滿了FeS。 通過二通閥無法實現(xiàn)全開故障發(fā)生后的手動開關動作測試情況分析：第1 次測試時二通閥僅能開啟至50%左右行程且關閉困難， 可以看出在50%左右行程處由于FeS 的存在增大了閥桿與導向襯套間的摩擦力， 使得0.4MPa 壓力儀表風不足以推動閥桿進一步向全開位置運動；而在閥門關閉時閥芯與閥座產(chǎn)生了巨大撞擊，從而再一次改變了FeS 在導向襯套內(nèi)的分布狀態(tài)， 所以在做第2 次測試時，二通閥開啟過程中跨過了50%左右這一行程并向全開位置運動， 但是在50%～80%行程之間存在非常明顯的卡滯現(xiàn)象且最終停留在80%左右的行程處不再動作， 由此可見FeS 大量堆積在80%左右的行程處，導致閥桿與導向襯套卡死在該處。

圖2 閥桿與導向襯套狀態(tài)

1.3 自主維修處置措施

首先在增大氣源壓力的情況下活動二通閥，嘗試將閥桿與導向襯套分離。 根據(jù)技術參數(shù)將儀表風壓力升高至二通閥執(zhí)行機構氣缸最大允許工作壓力（0.6MPa）后，進行手動開關閥門操作，閥桿與導向襯套咬死不動作。 其后在供給儀表風的狀態(tài)下配合機械力等方法活動閥門，閥桿始終無法從導向襯套上分離。

為避免閥桿受損導致CPS 硫磺回收裝置過程氣外漏，排除其他松動閥桿方案，采用自制拉馬套件脫離閥桿的方案，并在拆除二通閥氣缸頂蓋后可靠地安裝好自制拉馬套件，如圖3 所示。

圖3 自制拉馬套件安裝

使用千斤頂勻速地加力至氣缸內(nèi)的活塞上，通過活塞帶動閥桿運動，將閥桿從蒸汽保溫夾套處頂出（圖4），但是導向襯套仍然牢固地咬合在閥桿上。

圖4 頂出的閥桿

從活塞處脫開閥桿，并將閥桿整體抽出。 使用機械力均勻地著力于導向襯套并將它從閥桿上脫離。 分別對導向襯套和閥桿進行打磨、清洗，確保導向襯套在閥桿各處活動自如（圖5）。

圖5 導向襯套和閥桿處理前后對比

導向襯套安裝孔及填料函內(nèi)參差不齊地堆積了大量的FeS 和硫磺，在復位安裝時勢必磨損導向襯套和閥桿。 于是對蒸汽保溫夾套上面的導向襯套安裝孔和填料函進行打磨、清洗、吹掃。

原廠設置的導向襯套與導向襯套安裝孔之間的安裝間隙非常?。?.05mm），為避免機械外力安裝造成導向襯套變形，利用低壓蒸汽對二通閥蒸汽保溫夾套進行加溫。 升溫至120℃并恒溫2h后，檢測導向襯套安裝孔直徑已由蒸汽加溫前的69.98mm 膨脹至70.10mm， 達到導向襯套復位安裝條件。 利用軸承安裝器進行復位安裝。 自制6mm 導向襯套固定卡銷，并修復卡銷內(nèi)螺紋安裝孔后完成導向襯套的固定。

復位安裝閥桿后，完成氣缸、活塞等部件的安裝。

對二通閥KV-1420（除閥體部分）進行如下性能測試：

a. 施加0.03MPa 壓力儀表風對KV-1420（除閥體部分）進行開關動作測試，開閥和關閥動作均正常。

b. 施加0.46MPa 壓力儀表風（額定工作壓力的1.15 倍試壓介質(zhì)）對KV-1420（除閥體部分）執(zhí)行機構氣缸進行密封性實驗，密封性良好。

c. 從吹掃氮氣接口處施加0.06MPa 儀表風對KV-1420（除閥體部分）填料函進行密封性實驗（工況下過程氣壓力為0.05MPa），氮氣從填料壓蓋處泄漏。 之后對填料壓蓋進行平衡壓緊操作后， 再次施加0.06MPa 壓力儀表風對KV-1420（除閥體部分）填料函進行密封性實驗，氮氣仍從填料壓蓋處泄漏。

由于原廠密封填料備件缺失， 采用10mm×10mm 柔性石墨盤根對填料函實施加裝填料操作后， 再次從吹掃氮氣接口處施加儀表風對KV-1420（除閥體部分）填料函進行密封性實驗，即使壓力升至0.40MPa，其密封性能依然良好。

基于加裝填料可能增大閥桿運動摩擦力的考慮，再次施加0.03MPa 壓力儀表風對KV-1420（除閥體部分）進行開關動作測試，開閥和關閥動作均正常， 充分滿足工況下氣源壓力為0.40MPa的動作性能要求。

吊裝KV-1420（除閥體部分）并將它復位安裝至閥體部分后，對KV-1420 進行聯(lián)校，開關動作和行程回訊均正常，完全滿足工藝使用要求。

2 二通閥、三通閥常見故障和處理措施

近年來，CPS 硫磺回收裝置二通閥、 三通閥出現(xiàn)了各種各樣的故障，嚴重影響了CPS 硫磺回收裝置的安全、環(huán)保生產(chǎn)。 現(xiàn)就其常見故障和處理措施進行歸納總結，詳見表1。

3 結束語

本次原裝進口二通閥閥桿與導向襯套咬死故障實屬國內(nèi)首例。 在故障發(fā)生后，結合該閥的結構原理，快速分析判斷出故障原因，并在缺乏大量易損備件的前提下完成了自主維修。

在實際生產(chǎn)過程中，由于二通閥或三通閥故障導致CPS 硫磺回收裝置不能正常生產(chǎn)的案例屢見不鮮。 在典型案例的基礎上歸納總結了該類閥門常見故障和處理措施，為維護人員及時消除故障提供了一些經(jīng)驗。

表1 二通閥、三通閥常見故障及處理措施