李亦方

（國能包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古自治區(qū) 包頭 014010）

聚乙烯裝置是某煤化工公司的一個主要的工藝裝置，該裝置于2010 年建成投產(chǎn)。引進(jìn)美國UNIVATION 公司氣相法聚乙烯專利技術(shù)，以乙烯為主要原料，丁烯-1 或己烯-1 為共聚單體，年產(chǎn)30 萬噸聚乙烯（顆粒）樹脂。

1 回路及儀表

反應(yīng)回路由一個流化床反應(yīng)器，一臺循環(huán)氣壓縮機(jī)以及一臺循環(huán)氣冷卻器組成，反應(yīng)器是一個連續(xù)返混的反應(yīng)器。循環(huán)氣壓縮機(jī)使反應(yīng)氣通過床層循環(huán)，以提供良好返混所需要的攪拌作用，將乙烯原料帶至反應(yīng)器并帶走反應(yīng)熱[1]。FV4001-1 是控制新鮮乙烯氣體至反應(yīng)器的進(jìn)料閥，這個閥門控制反應(yīng)器新鮮乙烯氣體進(jìn)料量。來自界區(qū)外新鮮乙烯經(jīng)質(zhì)量流量計FT4001-1 和乙烯調(diào)節(jié)閥FV4001-1 后，在循環(huán)氣壓縮機(jī)入口前經(jīng)一個三通與反應(yīng)器頂部出來的反應(yīng)氣匯合后，進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)入口，通過循環(huán)氣壓縮機(jī)升壓后，再送入反應(yīng)器，調(diào)節(jié)反應(yīng)器的負(fù)荷。

FV4001-1 乙烯進(jìn)料閥閥門相關(guān)信息如下：

介質(zhì)：來自精致單元新鮮乙烯氣體，口徑6″，壓力等級300LB

閥門類型：套筒調(diào)節(jié)閥

泄漏等級：Ⅳ級

故障類型：FC

閥前/閥后壓力：2.935MPa/2.275MPa

閥門定位器：西門子6DR5210-0EN00-0AA3

電磁閥：ASCO NF8327B112

2 故障情況描述

2.1 故障前工藝情況

乙烯調(diào)節(jié)閥故障當(dāng)天早上，工藝人員按計劃逐步降低聚乙烯反應(yīng)器負(fù)荷，準(zhǔn)備清空脫氣倉料位，為擠壓造粒機(jī)組停車消缺做準(zhǔn)備工作。

2.2 故障現(xiàn)象及描述

擠壓機(jī)按計劃正常手動停車，反應(yīng)器切換到循環(huán)流化工況，催化劑停止注入后，再全關(guān)乙烯進(jìn)料閥FV4001-1。工藝操作人員中控手動全關(guān)閥門后，發(fā)現(xiàn)乙烯流量計FT4001-1 還有數(shù)值，懷疑現(xiàn)場閥門沒有全關(guān)，立即聯(lián)系儀表班組人員和工藝人員共同到現(xiàn)場檢查閥門是否關(guān)閉[2]，經(jīng)確認(rèn)乙烯進(jìn)料閥FV4001-1 確實(shí)沒有關(guān)閉后，安排工藝人員在現(xiàn)場手動關(guān)閉調(diào)節(jié)閥前后的截止閥，阻止新鮮乙烯氣體繼續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)。

3 故障判斷

儀表人員現(xiàn)場檢查乙烯進(jìn)料閥動作情況，發(fā)現(xiàn)閥門定位器接收的指令為“0”，但是，現(xiàn)場閥門定位器顯示的反饋開度在18%左右，閥桿行程指示刻度也在18%左右。儀表人員對乙烯進(jìn)料閥進(jìn)行以下幾個方面的檢查：

3.1 檢查閥門氣路

1）氣密檢查閥門氣源管路及附件，未發(fā)現(xiàn)氣源管路及附件的接頭有松動漏氣問題[3]。

2）檢查閥門頂部防雨帽，未發(fā)現(xiàn)漏氣。

3）檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜頭和閥桿O 型圈，未發(fā)現(xiàn)漏氣。

3.2 檢查調(diào)節(jié)閥

1）將閥門定位器氣源出口管斷開，發(fā)現(xiàn)閥門行程指示開度在18%左右。

圖1 調(diào)節(jié)閥閥芯拉傷、局部介質(zhì)殘留堆積Fig.1 Strain of the regulating valve spool and accumulation of local medium residues

圖2 平衡密封環(huán)壓縮磨損、介質(zhì)堆積結(jié)垢Fig.2 Compression wear of the balance seal ring, media accumulation and scaling

2）閥門無手輪，無法手動關(guān)閉，將閥門防雨帽拆除，使用0.30MPa 的儀表風(fēng)從防雨帽處向執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜頭進(jìn)氣，閥桿向下移動2%左右的行程，還是無法全關(guān)。

3）斷開執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥桿之間的連接塊，閥桿沒有向下移動的跡象[4]。

初步判斷閥腔內(nèi)有異物卡住，造成閥門無法全關(guān)，準(zhǔn)備閥門下線維修。

3.3 其他附件檢查

對調(diào)節(jié)閥其他附件進(jìn)行檢查，避免未發(fā)現(xiàn)其他隱性故障而造成閥門故障等情況發(fā)生。

1）檢查閥門定位器正常。

2）檢查空氣過濾減壓閥正常。

3）電磁閥帶電情況下，斷開電磁閥出口氣源管，氣源正常。

4 閥門解體

4.1 檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)

閥門解體前，先對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行氣密性檢查，判斷氣缸是否存在竄氣或膜頭漏氣問題，檢查無問題。

圖3 新鮮乙烯氣體進(jìn)料PID圖Fig.3 PID Diagram of fresh ethylene gas feed

圖4 乙烯氣體通過循環(huán)氣壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入反應(yīng)器Fig.4 Ethylene gas enters the reactor after being compressed by the circulating gas compressor

4.2 檢查閥體

對閥門進(jìn)行解體[5]，檢查發(fā)現(xiàn)以下幾個問題：

1）閥芯導(dǎo)向部位大面積拉傷，并且局部有介質(zhì)殘留、堆積結(jié)垢情況，如圖1。

2）平衡密封環(huán)被壓縮磨損，有介質(zhì)殘留、堆積結(jié)垢情況，如圖2。

5 閥門故障原因分析

5.1 閥門故障前運(yùn)行狀況

聚乙烯裝置反應(yīng)器正常生產(chǎn)時，新鮮乙烯氣體進(jìn)料閥FV4001-1 開度保持在40%～60%之間，并且經(jīng)常保持一個開度不變化，通常在裝置停車或臨時檢修時才會關(guān)閉該閥門。日常生產(chǎn)時閥門開度變化較小，大約1%～3%閥位變化，閥門動作順暢未出現(xiàn)過卡滯情況，乙烯流量計測量數(shù)值隨著閥門開度變化保持一致。因此，沒有引起工藝和儀表人員的關(guān)注。

從精制單元過來的乙烯氣體，到反應(yīng)器單元時，先經(jīng)過一個單向閥（止逆閥），再經(jīng)過乙烯流量計（質(zhì)量流量計），最后經(jīng)過乙烯流量調(diào)節(jié)閥FV4001-1（見圖3）；在循環(huán)氣壓縮機(jī)入口管線前，通過一個三通與反應(yīng)器頂部出來的反應(yīng)氣匯合后，到達(dá)循環(huán)氣壓縮機(jī)入口，循環(huán)氣壓縮機(jī)將氣體壓縮后，再送入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行聚合反應(yīng)，如圖4。

5.2 失效分析

5.2.1 主要原因

調(diào)節(jié)閥閥芯和平衡密封環(huán)局部堆積聚乙烯爆聚料，導(dǎo)致閥門卡澀是本次故障的主要原因。當(dāng)裝置臨時停車檢修，反應(yīng)器切換到循環(huán)模式時，F(xiàn)V4001-1 調(diào)節(jié)閥雖然關(guān)閉，但是循環(huán)氣壓縮機(jī)一直在運(yùn)行，用于反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)氣循環(huán)，避免乙烯粉料在反應(yīng)器內(nèi)堆積、架橋結(jié)塊。

從圖3 和圖4 可以看出，調(diào)節(jié)閥FV4001-1 與循環(huán)氣管線之間沒有單向閥（止逆閥），反應(yīng)氣（循環(huán)氣）里面含有少量的催化劑。在開停工期間，偶爾會出現(xiàn)乙烯進(jìn)料管線內(nèi)壓力低于反應(yīng)氣（循環(huán)氣）管線內(nèi)壓力的情況，在循環(huán)氣壓縮機(jī)的帶動下，反應(yīng)氣會反竄到FV4001-1 調(diào)節(jié)閥所在的管線，乙烯調(diào)節(jié)閥閥腔內(nèi)的反應(yīng)氣在催化劑的作用下會慢慢形成爆聚料。該閥門類型為套筒閥，流通的介質(zhì)為清潔物料，多年未下線檢查，爆聚料在閥芯導(dǎo)向部位和閥籠間擠壓、摩擦，形成拉傷，爆聚料和閥芯拉傷經(jīng)過長期的積累，最終導(dǎo)致閥芯卡住，無法關(guān)閉[6]。

5.2.2 次要原因

聚乙烯裝置正常生產(chǎn)時，乙烯進(jìn)料閥FV4001-1 的開度一直保持在40%～60%之間，閥門開度變化在1%～3%之間，生產(chǎn)期間不會執(zhí)行閥門全開或全關(guān)的操作，聚乙烯爆聚物會在閥芯的上部和下部堆積，久而久之越來越多，最終出現(xiàn)閥門無法全關(guān)的情況。

6 防范措施及優(yōu)化

6.1 防范措施

6.1.1 建立維護(hù)臺賬

對重要（關(guān)鍵）儀表設(shè)備建立故障臺賬，記錄儀表設(shè)備故障時間、原因及處理方法；結(jié)合閥門類型、故障原因、使用（故障）時間等因素，編制預(yù)知性檢維修計劃。

6.1.2 預(yù)知性維修

1）做好預(yù)估判斷，進(jìn)行預(yù)知性維護(hù)或維修，避免發(fā)生重復(fù)性故障或隱患；對類似工況或重要（關(guān)鍵）儀表設(shè)備先進(jìn)行“健康”判斷，發(fā)現(xiàn)問題提前維護(hù)或維修。

2）在反應(yīng)器停車檢修期間，下線解體檢查相類似閥門[7]，發(fā)現(xiàn)問題及時處理（清理聚合物等），確保重要（關(guān)鍵）閥門穩(wěn)定運(yùn)行，可靠控制，做好基礎(chǔ)工作。

3）根據(jù)儀表設(shè)備的安裝位置、使用功能、故障影響范圍、聯(lián)鎖條件、故障頻率、在線使用年限等多方面考慮，將儀表設(shè)備（現(xiàn)場儀表、控制系統(tǒng)、分析儀表）分為A 級、B 級、C 級3 個級別，對分級后的儀表設(shè)備進(jìn)行制度化、標(biāo)準(zhǔn)化管控，同時提高巡檢質(zhì)量。

a）對A 級設(shè)備（A 類機(jī)組、關(guān)鍵設(shè)備）要做到逐臺檢查，要求儀表技術(shù)人員和保運(yùn)班組工程師（班長）對檢修質(zhì)量和檢修全過程進(jìn)行監(jiān)督、檢查、驗(yàn)收。

b）對B 級設(shè)備（有備用設(shè)備，但影響裝置生產(chǎn)較大）要做好抽查，要求保運(yùn)班組工程師和班長對檢修質(zhì)量和檢修全過程進(jìn)行監(jiān)督、檢查、驗(yàn)收簽字。

c）對C 級設(shè)備，要求班長或作業(yè)負(fù)責(zé)人對檢修質(zhì)量和過程進(jìn)行監(jiān)督、檢查、驗(yàn)收簽字。

6.2 技術(shù)優(yōu)化

1）建議工藝在乙烯進(jìn)料調(diào)節(jié)閥和循環(huán)氣管線之間增加單向閥（止逆閥），既避免該類故障重復(fù)發(fā)生，也能提高儀表設(shè)備的使用壽命和裝置的安全性。

2）工藝優(yōu)化開停車過程中的操作方法，避免出現(xiàn)乙烯進(jìn)料管線內(nèi)壓力低于反應(yīng)器內(nèi)壓力。

3）在反應(yīng)器停車期間，將乙烯進(jìn)料閥的后手閥關(guān)閉，避免調(diào)節(jié)閥與反應(yīng)氣體接觸。

7 調(diào)節(jié)閥常見故障及解決辦法

7.1 調(diào)節(jié)閥不動作

原因1：無儀表氣源或儀表氣源壓力，遠(yuǎn)低于執(zhí)行機(jī)構(gòu)最小動作壓力值。

措施：檢查儀表氣源管線是否通暢、氣源球閥是否全部打開，檢查空氣過濾減壓閥氣源壓力設(shè)定值是否達(dá)到閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的使用要求。

原因2：有氣源，閥門定位器無信號輸出。

措施：檢查閥門定位器。檢查閥門定位器控制電纜，用萬用表測量控制系統(tǒng)到現(xiàn)場的控制信號4mA ～20mA 是否正常，如不正常或沒有信號，檢查控制系統(tǒng)、控制電纜等接線情況。

原因3：閥門定位器輸出壓力正常，閥門仍不動作。

措施1：檢查氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣缸是否有嚴(yán)重漏氣現(xiàn)象，如果漏氣[8]，及時更換膜片或活塞O 型圈及相關(guān)密封件。

措施2：檢查氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣缸完好不漏氣，則可能是閥芯與閥座、襯套之間卡住，需下線解體閥門，判斷故障原因。

措施3：調(diào)節(jié)閥附件（放大器、繼動器）故障或設(shè)置不對，儀表氣源未正常通過閥門附件進(jìn)入氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，及時調(diào)整或更換相關(guān)附件。

措施4：閥桿彎曲變形嚴(yán)重，解體閥門更換閥桿，更換的閥桿材質(zhì)不得低于原材質(zhì)。

措施5：氣源管路泄漏嚴(yán)重，處理泄漏點(diǎn)。

7.2 調(diào)節(jié)閥動作正常，工藝控制參數(shù)異常

原因1：調(diào)節(jié)閥閥桿斷裂。

措施：更換調(diào)節(jié)閥的閥桿，并測試閥門動作情況。

原因2：調(diào)節(jié)閥的閥芯脫落。

措施：解體檢查調(diào)節(jié)閥的閥體，重新安裝閥芯[9]，并測試閥門動作情況。

原因3：調(diào)節(jié)閥閥芯內(nèi)有異物堵塞。

措施：解體檢查調(diào)節(jié)閥的閥體，清理閥芯內(nèi)異物。

原因4：閥芯與閥桿連接部位發(fā)生相對移位，但未脫開。

措施：解體檢查調(diào)節(jié)閥的閥體，重新安裝閥芯與閥桿的連接，并測試閥門動作情況。

原因5：被控制介質(zhì)參數(shù)超限。

措施：調(diào)整工藝系統(tǒng)控制參數(shù)在正常工況范圍內(nèi)。

7.3 調(diào)節(jié)閥動作遲緩

原因1：填料緊，增大摩擦阻力。

措施1：將閥桿壓蓋填料的壓緊螺母調(diào)松后，重復(fù)開關(guān)閥門，再將閥桿壓蓋填料的壓緊螺母調(diào)整至合適力矩。

措施2：如果措施1 效果不好，需重新更換閥桿的填料，再將閥桿壓蓋填料的壓緊螺母調(diào)整至合適力矩。

原因2：閥腔內(nèi)有異物堵塞。

措施：解體檢查調(diào)節(jié)閥的閥體，清理閥腔內(nèi)異物，并測試閥門動作情況。

原因3：閥桿填料變質(zhì)硬化或石墨填料無潤滑油干燥。

措施：更換閥桿的填料。

7.4 調(diào)節(jié)閥工作時調(diào)節(jié)波動、無法穩(wěn)定控制

原因1：儀表氣源壓力波動較大。

措施1：檢查儀表空氣系統(tǒng)運(yùn)行情況。措施2：更換空氣過濾減壓閥。

措施3：更換閥門定位器。

原因2：儀表氣源壓力或閥門定位器輸出信號壓力穩(wěn)定，但調(diào)節(jié)閥工作不穩(wěn)定。

措施1：氣密檢查儀表氣源管路是否有漏氣現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題及時整改。

措施2：閥門氣動附件設(shè)定不當(dāng)，調(diào)整閥門氣動附件設(shè)定參數(shù)。

措施3：檢查氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣密性。檢查氣缸密封是否有漏氣現(xiàn)象，如果存在漏氣應(yīng)解體更換密封組件；解體檢查膜片或活塞O 型圈是否有傷痕或裂紋，造成漏氣現(xiàn)象，如有漏氣情況，更換相應(yīng)密封組件。

措施4：檢查氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)壓力平衡彈簧是否損壞，檢測每個彈簧是否存在疲勞變形情況，發(fā)現(xiàn)異常需更換所有彈簧。

措施5：檢查閥門定位器的反饋桿與閥桿連接部位是否有間隙，重新更換或緊固閥門定位器的反饋桿與閥桿之間的連接件。

措施6：調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或閥桿摩擦力過大。解體檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)或閥體[10]，檢查更換異常元件，包括閥芯、閥座、閥桿、密封組件及推桿等元件。

原因3：氣源壓力穩(wěn)定，信號壓力不穩(wěn)。

措施1：閥門定位器故障。閥門定位器重新整定，整定后如果還不穩(wěn)定，更換新閥門定位器。

措施2：更換新閥門定位器后如果還不穩(wěn)定，檢查PID參數(shù)是否異常。

措施3：更換氣源管路上的附件。檢查氣源管路上電磁閥、氣源放大器、轉(zhuǎn)換器、空氣過濾減壓閥等附件的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問題及時更換。

8 結(jié)論

調(diào)節(jié)閥是化工裝置的重要儀表設(shè)備之一，對重要（關(guān)鍵）儀表設(shè)備建立臺賬，進(jìn)行分級管控?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，做好有效地預(yù)知性維修，同時，做好日常的巡檢維護(hù)及強(qiáng)制保養(yǎng)工作。當(dāng)儀表設(shè)備出現(xiàn)故障時，做好原因分析，制定防范措施及優(yōu)化手段，可以有效降低儀表設(shè)備使用的故障率，保障生產(chǎn)裝置長周期運(yùn)行。