分子筛切换阀门的故障判断及处理措施.pdf

冶 金 动 力 ME TA LL UR GI C AL P OWER 2 0 1 1 年第 6 期 总 第 1 4 8 期 分子筛切换阀门的故障判断及处理措施 李辉 马鞍 山钢铁股份有限公 司气体分公司， 安徽马鞍山2 4 3 0 0 0 【 摘要】 分子筛纯化系统中的切换阀门出现故障会造成整套空分的停运。 该文对阀门出现故障进行了准 确的分析判断， 并介绍采取的一些切实可行的应急保产措施， 成功实施了阀门国产化替代。 【 关键词】 切换阀； 故障； 仪表气源； 国产化； 阀门修复 【 中图分类号】 T Q 0 5 1 ． 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】1 0 0 6 6 7 6 4 2 0 1 1 0 6 0 0 3 4 0 3 F a i l u r e Di a g n o s i s o f M o l e c u l a r S i e v e S wi t c h Va l v e a n d Tr e a t me n t M e a s u r e L I HUi D i v i s i o n , Mo a n s h a n I r o n S t e e l C o ． ，L t d ． ， Ma a n s h a n ，A n h u i 2 4 3 0 0 0 ,C h i n a 【 A b s t r a c t 】F a il u r e s in a s w it c h v a l v e o f t h e m o l e c u l a r s ie v e p u r i f i c a t io n s y s t e m w o u l d c a u s e s t o p p a g e o f t h e c o mpl e t e s e t o f a i r s e p a r a t i o n u n i t ．Th e f a i l ur e s i n t h e v a l v e we r e a n a - l y z e d a n d d i a g n o s e d a c c u r a t e l y i n t h i s p a p e r ．S o me f e a s i b l e me a s u r e s i n t h e e me r g e n c y we r e i n t r o d u c e d ．C h i n a - ma d e v a l v e s we r e s u c c e s s f u l l y a p p l i e d ． 【 K e y w o r d s 】s w it c h v a l v e ； f a i l u r e ； a ir s u p p l y o f i n s t r u m e n t ； l o c al i z a t i o n ； v al v e r e p a i r i n g 1 前言 分子筛纯化系统 中的两组切换阀门在现代空分 设备整个工艺流程中起着非常重要的作用， 因此， 切 换阀门的可靠运行是空分设备安全、稳定运行的关 键因素之一。 分子筛纯化系统阀门多， 切换频繁在吸 附和再生的过程中变温、 变压不断循环启闭， 因此对 阀门的可靠性、 密封f生 要求很高， 一般分子筛纯化系 统采用专用高性能气动阀门。 马钢 4 0 0 0 0 m 3 ／h制氧机组是 2 0 0 4 年建成投产 的德国林德公司的空分设备 。运行至今在分子筛纯 化系统及阀门切换过程中从未出现过故 障，该系统 阀门均使用的是德国 Ma p a g的四连杆气动蝶 阀， 阀 门参数如表 1 。 表 1 阀门参数 该套空分设备， 分子筛的阀门每 4 h 切换一次， 一 年阀门开关动作多达 2 0 0 0次。而所有控制阀门 又都布置在露天， 难免会出现一些故障。 其故障大多 是电磁阀故障、阀门执行机构故障和阀体机械动作 不灵或阀芯漏气等。 2 故障现象 2 0 1 0年 9月 1 1日 3 4 5因分子 筛进 口阀 K V 2 6 2 1 无法动作， 停运空分系统 ，2 0 1 0 年 9 月 1 3 日5 3 0 再次因K V 2 6 2 1 故障停运空分系统。 后来又 出现两次阀门无法动作或者阀门动作卡阻的故障。 检查电磁阀和气源管线没发现问题 ；检查阀门执行 机构及拆检气缸均未发现明显故障 ； 在连接管道上 ， 制做个人孑 L ， 到管道 内检查 阀体旋转机构和阀芯 ， 也 未发现明显的故障源。 3 原 因分析 马钢 4 0 0 0 0 m 制氧机组分子筛系统阀门的 执行机构都是由气缸推动的四连杆气动蝶阀，且阀 门口径大， 阀腔内机械结构较紧凑、 旋转部位多， 阀 门精度高， 随着使用周期的增加， 其传动及润滑部位 均 已劣化。特别是 K V 2 6 2 1和 K V 2 6 2 2这两只阀门 都是处在空冷塔后、 分子筛吸附器前， 管道内的气体 介质含水量大 ， 机械杂质 、 颗粒较多 ， 再加上使用年 限的增加 ， 密封老化 ， 难免一些机械杂质、 颗粒进人 2 0 1 1 年第 6 期 总 第 1 4 8期 冶 金 动 力 M Er A I ．L U R G I C A L P O WE R 3 5 转动部位， 而 M a p a g 的四连杆气动蝶阀所有的转动 部位， 采用的轴承都是一种特殊的、 很薄的合成材料 制做而成的， 很容易受到损伤， 因此， 转动部位出现 卡涩后， 原有给气缸的动作气源难以推动阀门 气缸 正常 ， 若得不到及时处理， 会影响整套空分运行。 4 处理措施 4 。 1 应急处理 为了保证 4 0 0 0 0 m a／ h 制氧机组的正常运行， 我 们采取外接氮气气瓶作为补充气源，来提高推动气 缸的气源压力， 从而提高气缸的推动力 。 就是当分子 筛系统阀门切换存在卡阻时， D C S 控制打到暂停， 然 后操作人员到现场， 关闭原氮气气源， 打开氮气气瓶 的减压阀， 使送到气缸的气源压力升到 5 0 0 k P a ， 这 时在 D C S 发指令操作阀门， “ 打开”或者 “ 关闭” K V 2 6 2 1 。这期间有时需人工操作 ， 有时也能在 3 5 S 自动“ 开” 、 “ 关” ， 一般打开比较困难 。 4 ． 2 保 障带“ 病” 运行的措施 由于当时无此阀门整套备件，无法更换整体阀 门， 而且订购德国M a p a g 阀门周期长 1 2 1 8 周 ， 价 格昂贵， 单独订购备件报价 1 0 0 多万元。 为了保证公 司生产， 我们采取了通过外接独立的气源 中压氮气 管网较近， 从中压氮气减压而来 ， 提高气源压力的 可行性方案。该方案如图 1 所示。 图 1 系统应急保障方案示意 图 原有仪表气源最大压力只有 4 5 0 k P a ，考虑空 分系统其他阀门的正常使用 ，不宜再提高 ， 而 K V 2 6 2 1 的气缸最大容许压力是 6 0 0 k P a ， 在动作故 障时，通过外接独立的气源，提高气源压力是可行 的。 自2 0 1 0年 9月 2 1 E l 铺设到位后 ，一直使 K V 2 6 2 1 阀门带“ 病” 运行到 2 0 1 1 年 6月 1 1 E l ， 期 间阀门动作近 1 6 0 0 次。 4 ． 3 阀门国产化 由于订购德国 M a p a g 阀门周期长，价格昂贵， 为了节约采购费用， 降低成本， 我们决心走国产化的 道路。 经我们了解 ， 目前能够生产 四连杆气动蝶阀的 厂家也就两三家 ， 最大 的也只做到 1 0 0 0 m m口径 ， 1 2 0 0 m m的国内没有厂家生产过。经过我们和相 关厂家认真研究，认为可以尝试该阀门的国产化研 制， 经反复论证， 与设备厂家达成如下协议 1 总体要求 ①密封性能好， 能满足空分流程 的要求； ②动作灵敏， 开关准确； ③动作寿命长， 保证 装置长期运转；④阀门连接方式和尺寸与原 M a p a g 阀门完全一致。 2 阀体部分 ①压力等级 1 ．6 M P a ； 法兰标准 H G ／ T 2 0 5 9 2 P N 1 ．6 M P a ； ②结构长度 6 3 0 m m； ③公 称通径 D N 1 2 0 0 ； ④介质 空气； ⑤阀门使用介质温 度 一 2 9 o C一 2 8 0 c I ； ⑥阀门工作压力 7 0 0 k P a 、 最大 静压差 7 0 0 k P a 、 最大动压差 1 5 k P a 、 介质流向及启 闭周期 4} l ／ 次。⑦流向 双向； ⑧关闭压差方向 阀 瓣背面处于高压状态； ⑨阀体材质 碳钢； ⑩阀瓣材 质 0 C r l 8 N i 9 。o 口 D 密封圈 聚苯脂填充四氟。 3 启闭速度 在正常操作工况和执行机构最低 操作压力下， 从电磁阀接收 或失去 电讯号到阀门 全开 或全关 所需时间小于 2 0 S 。 4 阀门内密封要求达到 A N S I V I级密封。 2 0 1 1 年 6 月 1 2日 在 4 0 0 0 0 m S／ h 制氧机组定修 时， 阀门更换上去， 一直使用至今运行良 好， 无泄漏， 无异常情况， 开启、 关闭均在 1 8 S 以内， 完全达到分 子筛纯化系统工况要求。这说明阀门国产化基本成 功 ， 使用年限有待时间的检验。 4 ． 4 阀门的修复 国产化的阀门更换上去后 ，我们认为该阀门机 械旋转部位没有特大的损伤， 应该是轴承 轴衬 由 于使用条件和环境较差 含水和机械杂质 、 使用时 间较长，已经受到磨损所致。另外随机有一套阀门 “ 检修包” ， 所以我们决心依靠自己的检修技术和力 量修复该阀门。拆卸修复组装阀门 见图 2 程 序如下 a 、 拆卸阀板。 b 、 拆卸辅助连杆。 1 松开螺栓 2 2 ， 移除轴承座 2 0 。 2 从轴承座 2 0 上拆卸轴承 2 1 。 3 拆卸辅助连杆。 c 、 拆卸轴上的轴承、0型环和压盖填料， 程序 如下 1 松开连接阀体 1 与适配器 2 的螺栓 6 ， 并 拆卸适配器。 冶 金 动 力 MFr AL LU RGI CA L P OWE R 2 0 1 1 年第 6 期 总 第1 4 8期 2 拆卸 固定螺丝 3 并移走轴 1 3 端面的挡板 轴。 4 。 ． 3 拆卸填料压盖 1 2 fi _ 的螺帽 8 ，垫圈 9 和弹簧垫片 1 1 ， 并移走填料压盖 1 2 。 4 拆卸阀体上连接轴承座 1 7 的螺栓 5 ， 并 移走轴承座， 拆卸填料 1 4 、 底环 1 5 、 0型环 7 和 轴承 1 8 。 d 、 拆卸定位螺栓 2 5 ， 拆卸主动连杆 2 6 ， 松开 定位螺栓 2 7 。 e、将主轴从北面抽出， 更换轴承 2 8 ， 并回装主 f 、 对所有拆卸的部件进行除锈、 清洗、 放腐。 g 、 回装主轴上的轴承、 0 一型环和压盖填料。按 照步骤 6反向进行。 h 、 安装主动连杆 6 。 i 、 更换辅助连杆的轴承 2 1 ， 安装辅助连杆 ， 按 照步骤 5反向进行。 i 、 安装 阀板 。 k 、 组装完毕 ， 试漏、 试运转。 图 2 气动阀门装配图 在拆、 检中发现， 辅助连杆部位的轴承 2 1 积灰 和污垢较多、 磨损严重， 已经把主轴磨损成不光滑的 麻面， 这也是阀门卡阻的主要原因。经过激光焊补 ， 外圆磨床磨后， 回装试运转良好， 以待备用。 5 经验总结 由于空分系统使用了大量的气动阀门，尤其是 分子筛系统， 关键的阀门都是由气缸推动的蝶阀， 且 阀门口径大， 阀腔内机械结构精度高， 价格昂贵， 因 此缺少备件， 检修维护困难， 往往故障出现后短期难 以消除， 通过改造使故障阀门带“ 病” 运行一段时间 是很有必要的， 可以为计划维修赢得大量时间。 而这 次阀门处理最大的意义是空分系统有很多气动阀 门， 为以后处理此类故障积累了经验。 收稿 日期 2 0 1 1 0 7 0 4 作者简介 李辉 1 9 6 4一 ， 男 ， 高级工程师 ， 现从事制氧设备管理工 作。