(河南能源化工集团 濮阳永金化工有限公司 ， 河南 濮阳 457000)

0 前言

随着变压吸附技术的发展，对程控阀自动程度要求越来越高，程控阀的作用越来越明显，如何做到长周期运行，需要对程控阀的故障原因进行分析，处理维护，使程控阀故障率下降，让变压吸附生产能够稳定运行，不再因为程控阀故障导致装置减量停车。

1 变压吸附装置程控阀概况

濮阳永金公司变压吸附装置，采用变压吸附技术(简称PSA)，使用甲醇工段过来的合成气，分离去杂质，制得提纯CO和H2产品气。吸附塔里面装有吸附剂，当气体经过时，对气体分子进行物理吸附。在相同的压力下，易吸附高沸点成分，就不易吸附低沸点成分；压力不同的话，高压吸附量就增加，降压就会减小。变压吸附工艺包括一区脱碳工序、二区提纯一氧化碳工序和三区提纯氢气工序。一区有132台程序控制阀，二区有204台程序控制阀，三区有104台程序控制阀。程控阀数量很多，工艺自动化程度很高，主要是靠程控阀来完成步骤切换，且要求自动开关运行，有时间限制，到时间自动开，在一定时间内又自动关闭。主控电脑屏幕上可以看到程控阀的开关情况，现场也可以看到程控阀启动和关闭时的状态。本装置的程控阀是一种靠气动方式驱动的切断阀，该阀门与DCS系统相连，实现计算机运控控制，在变压吸附气体分离工艺上应用很广泛。变压吸附主要工艺有吸附、均降或均升、顺放、置换、逆放等步骤，每一步工序的完成都是靠程控阀在设置好的时间内来实现操作。变压PSA工艺主要是靠周期性切换阀门，为了工艺过程能连续进行, 要求自动化控制系统具有较高水平。本装置程控阀比较多，动作很频繁，装置操作对自动化水平要求较高，对于程控阀来说，操作要求和性能都高于普通的阀门。按照PSA装置工艺和操作，采用DCS控制系统，本装置将程控阀重要参数在电脑屏幕上记录、指示、调节和控制，查看历史趋势和实时趋势记录，包括程控阀关键参数能够在计算机上，有问题的话，会实现声光自动报警。

2 程控阀结构特点和原理

2.1 程控阀结构特点

程控阀气缸中的密封圈采用耐油橡胶O形圈，密封性能好，容易更换维修。程控阀具备双向耐压性，还有抗高速气流冲刷性，具有较高硬度和机械强度，常常进行周期频繁动作而保持不泄漏。阀门开关速度很快，可以实现远程控制和自动控制；根据不同的使用条件，可以选配不同内径和行程的气缸，适用范围非常广泛。在化工生产过程中，程控阀是变压吸附装置的重要阀，为保证变异性吸附每个工序顺利完成，要求周期性切换阀门，阀门数量多，动作非常频繁，人工操作无法进行。根据变压吸附装置的特殊性，为保证装置长周期运行，必须要程控阀的质量可靠。

2.2 程控阀工作原理

本控制系统，是按照预先设定好的方式，步位-步骤的关系，输出4～20 mA DC输出的电流信号，并通过电磁先导阀，把电信号转换成气信号，经过功率放大器放大之后，驱动程序控制阀，PSA工序能够实现切换。程序控制系统回路图见图1。

在PSA 过程中，所有程序控制阀由DCS系统控制的，本装置DCS系统采用了定时控制吸附器工作步骤以及程序控制阀开和关状态。在电脑屏幕上流程示意图显示程序控制阀开关状态，并进行异常现象诊断，能够自动报警，对吸附塔运行方式自动切换。

图1 程序控制系统回路图

3 程控阀故障经过

2018年4月30号中午，主控人员发现程控阀KV1203H阀门关闭报警闪动了一下，班组人员及时联系仪表人员并快到现场检查问题情况，在现场发现阀门气缸固定螺丝断裂，阀门仪表信号线松动。班组人员配合仪表人员现场检修，在多次尝试无效后，决定在线更换气缸；14点17分，切塔更换气缸，气缸安装完成后激光管调试；在线试漏等检车后，17点35分，确认阀门具备切入条件；17点47分，阀门切入系统；18点02分，工况完全恢复正常。

4 原因分析

KV12203H阀门的作用是逆放阀，本阀门发生在本装置二区工序中，本工序中变压吸附系统由16台吸附塔、2台中间罐、1台一氧化碳缓冲罐、2台一氧化碳混合罐、1台一氧化碳抽空罐、5台真空泵、2台鼓风机、1台鼓风机后冷却器、2台真空泵后冷却器、204台程序控制阀以及调节阀通过管线连接构成，每台吸附塔与程控阀相连。由于程控阀开关频繁，导致该随机事件的发生，班组人员和仪表人员一起到现场，并检查确认，该随机事件直接原因是KV12203H程控阀气缸固定螺丝断裂，间接原因为固定螺丝质量存在缺陷，阀门开关振动大，气缸固定力度不够。

程控阀故障原因如下：①由于长时间运行，程控阀频繁开关，导致程控阀气缸螺栓固定的程度不再结实，加上螺栓质量以及承受力不足，导致程控阀气缸固定螺丝断裂，阀门仪表线经过震动，导致松动。程控阀如果长周期运行，开关频次太频繁，将会出现问题，现场变压吸附二区装置程控阀很多都是靠计算机控制，自动开关。②程控阀都是在露天场所，由于灰尘，天气下雨，生锈，加上吸附剂从吸附塔被磨成粉尘容易造成阀门堵塞，造成开关困难，必然会损坏程控阀，造成开关难度加大，震动大，固定螺丝有可能生锈。③人为忽视因素，对固定螺栓这方面不够重视，程控阀在现场开关，常常能够听到气体撞击管线的声音。④由于程控阀是开关阀门，控制气体的开关，气体压力以及冲击声，难免造成对程控阀阀体的磨损，造成程控阀的震动。

对于固定螺栓来讲，承受力随着时间的推移，肯定会被震断，导致程控阀气缸松动，不能正常的开关，导致打不开或者关不住的情况发生，造成主控电脑程控阀KV12203H阀门关闭报警闪动和声音报警系统启动，如果不及时处理，则会导致该程控阀起不到逆放的作用，导致二区程序混乱，CO纯度下降，甚至不合格，造成后续乙二醇系统停车的情况发生。

5 处理措施

仪表人员随机在线处理，但是，无法在线更换螺栓，只能更换气缸。在更换气缸的过程中，发现无法在线更换，主控人员进行切塔，点击切塔画面，进行切塔操作。切塔操作尽量在压力低的时候切塔，有16塔切换成14塔运行，对二区周期时间进行调整，操作人员对真空泵不工作的抽一工序，进行切换到抽二或者抽三状态。防止鼓风机出口压力高跳车，仪表人员进行更换气缸后，阀门出现开关异常卡顿，多次调整以后正常开关，工艺对该吸附塔进行充压试漏，阀门内漏严重。仪表人员再次对该阀门进行调整，工艺再次充压查漏试漏，确认无内漏后阀门具备投入条件。17点47分，吸附塔切入系统，在吸附塔切入系统后CO纯度短暂波动；18点02分，工况完全恢复正常。在此期间，CO纯度大幅度波动，后续工段乙二醇调整工况，主控人员进行系统调整，降负荷运行，做到安全稳定运行。

6 预防措施

针对程控阀故障，采取如下措施：①对同类型程控阀阀门相似问题进行全面排查，减少此类问题的发生。②对现场震动较大的阀门和关联管线进行加固，减少振动。③点检内容列为重点项目，定期排查。④现场人员要对现场程控阀加强巡检，增加巡检次数，多听阀门声音是否正常，多看阀门是否正常，主控人员要及时注意报警系统，查看趋势，做好记录，注意一二三区程控阀监控视频，及时总结经验教训，操作人员对发现异常情况及时联系仪表人员进行处理。⑤工艺班组进行突发事故专题培训，提高班组各个岗位处理随机事件的能力。⑥对该类程控阀检修不能在线处理，需要切塔操作，为了不影响CO纯度，切塔操作要在降压完成后和抽空工序进行前进行切塔，切塔操作完成后要及时增加真空泵，保证CO纯度和产量稳定。

7 程控阀维护

①对所有程控阀需要除去灰尘以及维护保养；②停车期间，定期对程控阀进行检查和维修；③对阀门阀杆抹黄油保护；④做好易损件的备件工作；⑤检查运行中的程控阀是否有杂音，阀门螺栓是否断裂。

8 结语

程控阀在使用时出现很多的问题，需要生产操作人员多去关注，现场操作人员要注意按时巡检，多听多看，主控人员多注意电脑趋势，发现报警和隐患，及时去处理维护，延长程控阀寿命，实现程控阀自动控制的实现，确保变压吸附装置长周期运行。程控阀要定期巡检与维护保养，程控阀经过长期频繁启闭，容易发生故障等随机事件，要及时发现隐患，按时巡检，及时处理，实现变压吸附装置安全和稳定运行。