周伟

摘要：通过对分体阀杆式液压程控截止阀故障分析，发现影响程控阀回讯不到位和开关卡涩等问题的原因是阀杆连接块松动。本质上是阀杆连接块结构存在内在缺陷。通过增加相关锁紧及限位结构，使阀杆可靠连接，成功消除程控阀故障，并对该形式阀门后需改进提供了依据。

关键词：程控阀;电磁阀;阀杆;回讯

一、引言

某C2回收装置采用PSA变压吸附技术，对经过干气加氢反应系统处理的干气进行提浓回收，送至下游装置处理回收。该装置采用两段变压吸附流程，一段10塔、二段6塔，设计处理能力30000Nm³/h。该装置共采用了141台液压驱动的程控阀。由于变压吸附系统的特性决定了程控阀需要频繁开关，要求阀门开关迅速、灵敏，无滞缓，密封好。

该套程控阀为截止阀，采用液压油驱动，液压油压力5.2–6.2MPa运行，通过电磁阀进行电液信号转换，达到控制阀门的目的。设计初期考虑到液压系统检修的便利性，閥杆采用了分体式设计，通过一对连接块连接上下阀杆，因此可以便捷的拆卸上阀杆和油缸。自投产以来，频繁出现程控阀回讯不到位、阀门卡阀等问题。一旦程控阀回讯不到位或卡阀故障，变压吸附系统即发生压力保护，导致整个PSA系统出现双塔切出运行序列，极大地影响了装置的平稳运行。

二、故障初步分析

该PSA装置开工后频繁出现开关回讯不到位，回讯探头与阀杆连接块上的感应盘上下错位;同时，程控阀频繁卡阀，导致吸附塔压力保护联锁触发，致使吸附塔双塔切出运行序列。最初判断有可能回讯开关故障，更换回讯开关后问题仍然存在。为此采取了临时措施在阀杆连接块上增加了金属环或探头调整板，以增加探头的感应面积。处理后阀门工作正常，但随着时间的推移发现越来越多的阀门再次出现同样的问题。

通常来说，导致卡阀的原因极有可能是电磁阀故障，或内部传动机构出现卡涩，以及液压油杂质导致的卡涩所致[1]，同时回讯探头的质量也极大地影响到回讯的正常与否。

1.液压油较脏有杂质。由于开工调试过程中油系统出现过杂质、程控阀的电磁阀本身出现过烧毁、保险丝断等故障，因此初步认为可能是油系统脏及电磁阀本身故障引起。于是更换液压油系统滤芯，后检查油滤器干净正常。该油滤器滤芯为SFAX–400×10，过滤精度10μm。该电磁阀阀芯加工精度8–10μm。液压油当中小于10μm的杂质有可能引起电磁阀卡阀，进而导致程控阀卡涩。但经供应商确认，该型号电磁阀在10μm油滤芯精度下尚未出现过由于10μm精度过滤而发生的卡阀现象，因此排除这一原因。

2.液压油粘度大。该套PSA程控阀采用了L–HM68抗磨液压油，技术交流初期经过详细讨论认为该油可以满足使用，为验证黏度的问题，采取停用液压油冷却器的循环水，将液压油温度提高到50℃以上，以在一定程度上降低液压油粘度，但通过试验，未发现该操作对阀门的卡阀现象有实质性改进。

3.回讯开关质量或者安装位置问题。在运行过程中发现卡阀后，对电磁阀进行手动开关，阀门开关正常。检查电磁阀线圈正常。为此，排除电磁阀故障原因。

三、故障深层次原因查找

该程控阀采用了分体式阀杆设计，这是与绝大多数程控阀阀杆部位最大的区别。国内同行业曾出现过类似结构的回讯检测器与阀杆松脱断裂导致的阀门故障[2，3]。于是对阀杆连接块进行重点检查，发现阀杆连接块上下偏移，分析认为这是由于阀杆上下快速运动产生的振动导致连接块松脱，为此分批次对阀杆连接块进行了紧固。但随着运行时间增加，原有出现问题的阀门再次陆续陷入故障状态。

从表面上看该部分程控阀出现的回讯不到位和卡阀现象并无本质性的联系。但通过对回讯不到位的阀门进行检查，发现分体阀杆与阀杆连接块之间出现了不同程度的轴向偏移，见图1所示。由于连接块与阀杆通过螺纹连接，一旦出现轴向的上下偏移，也必然产生连接块环向转动。为此对现场的所有故障阀门进行了检查，发现阀杆连接块上的4颗紧固螺钉均出现不同程度的松动，同时偏离阀门支架，部分阀门仅有一侧的2颗螺栓正常，为此也验证了阀杆出现偏转位移的情况，图2为正常状态时紧固螺钉未出现偏移的位置示意。

经分析，我们认为当阀杆连接块的螺钉出现松动后，导致两个结果，其一，阀杆偏转致使回讯探头脱离检测区，其二，阀杆单侧受力不均与填料发生不均匀摩擦致使阀杆卡涩。如图3所示，上下阀杆密封处均与填料及密封O型圈发生直接摩擦，以上阀杆为例分析其受力状态，正常无故障的上阀杆在开阀时受力所示：液压油施加在上阀杆的压力N，介质压力通过阀芯和连接块传递到上阀杆的压力T，上阀杆上段所受摩擦力F1、F2，上阀杆下段所受填料摩擦力F3、F4。在正常开阀状态下：

当阀杆连接块出现松动后，导致阀杆出现环向和轴向的不均匀错位，导致阀杆两侧所受摩擦力不均匀，受力状况如下。

当阀杆侧向存在不均匀的摩擦力时，阀杆运行距离约60mm，运行时间0.05s，此时速度约1.2m/s，加速度达到了24m/s2，在如此大的加速的情况下，瞬时的巨大的静摩擦力将导致阀杆运行受阻，这才是导致阀杆卡涩的本质原因。

四、改进措施

经分析，阀门同时出现回讯不到位和卡阀问题的本质原因为阀杆连接块旋转和松脱所致。原阀杆连接块采用了螺纹连接，通过4颗螺钉紧固。当阀门快速上下移动到位时，瞬间速度变为零，存在较大冲击，这一冲击将不可避免的产生较大振动，长时间运行将使阀杆连接块出现旋转和松动。

针对出现的问题，最初认为在阀杆上增加开口销来解决这一问题，但通过分析发现，使用开口销后将会降低阀杆的强度，同时使开口销承受巨大的剪切扭矩，因此开口销需要较大的直径，但这样又间接的降低了阀杆的强度。

经过反复论证，对阀杆连接块改进如图4所示，连接块上下部分各增加一颗紧定螺钉，以防止连接块与阀杆间出现松动偏转。为防止连接块4颗紧固螺钉松动，采用了加长型螺钉并安装弹簧垫，并采用与阀杆连接螺纹反向的螺纹，防止随着振动4颗固定螺钉出现松动。为防止万一阀杆运动过程中仍不可避免的出现位移误差，将连接块的感应区加厚以增加感应面积，提高回讯探头的感应能力。

五、结论及建议

经过多方面原因查找分析，最终得出阀门故障的原因及改进：

（1）阀杆连接块松脱是导致卡阀和回讯不到位的根本原因;通过增加防松装置，阀杆连接块可以可靠运行，对同类结构阀门的改进具有积极意义。

（2）应在开工前期全面优化油系统冲洗方案，干净后方可投入系统运行;

（3）应定期检查油滤器滤芯，确保油系统的干净;

参考文献

王敬涛.变压吸附液动程控阀故障的分析与维护[J].化工技术与开发，2013，（6）.

戴新.变压吸附程控阀典型故障剖析[J].化肥工业，2001，28（3）.

申毅.液动程控阀指示杆与活塞杆连接处销子断裂分析[J].城市建设理论研究，2014.（9）.