空分设备气动式阀门与入口导叶的技改与维护检修.pdf

冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015 年第 4 期 总 第 182 期 故障类型防喘振阀出口压力 /MPa出口流量 /m3 h-1喘振状况各级振动值 启动升压阀门关小 1需 45 s0.5105000无喘振各级振动值正常 停机降压阀门滞留在 55开度0.3538000进入预喘振区三级升至联锁值 跳机卸压阀门滞留在 37开度0.3827000喘振各级均升至联锁值 制氧 空分设备气动式阀门与入口导叶的技改与维护检修 周金城 （马鞍山钢铁股份有限公司气体销售分公司， 安徽马鞍山243000） 【摘要】介绍了空压机防喘振阀与入口导叶、 氧气输送阀与放空阀、 分子筛吸附器切换阀存在问题及改 造措施， 阐述了空分设备低温与常温气动阀门、 氮压机入口导叶存在问题及维护检修措施。 【关键词】空分设备； 阀门； 入口导叶； 卡阻； 调节性能； 压力 【中图分类号】TB657.7【文献标识码】B【文章编号】1006-6764201504-0024-03 Technical Modification and Maintenance of the Pneumatic Valve and Inlet Guide Vane in Air Separating Plant ZHOU Jincheng The Gases Sale Co. of Maanshan Iron and Steel Co., Ltd., Maanshan, Anhui 243000, China 【Abstract】Existing problems in the anti-surge valve and inlet guide vane, oxygen trans- fer valve and vent valve and switch valve of molecular sieve absorber of air separating plant and modification measures are introduced. Existing problems in the low-temperature and room temperature pneumatic valves and the inlet guide vane of nitrogen compressor and maintenance measures are also discussed. 【Key words】 air separating plant; valve; inlet guide vane; jamming; adjusting function; pressure 1引言 气动式阀门与入口导叶是空分设备配备常用终 端控制元件。 马鞍山钢铁股份有限公司 （以下简称马 钢） 20000 m3/h 与 35000 m3/h 空分设备配备控制阀 与入口导叶均为气动式。 20000 m3/h 空分设备由杭氧设计制造，采用双 层卧式分子筛吸附器吸附净化、 膨胀空气进下塔、 氧 气内压缩与氮气外压缩流程。 35000 m3/h 空分设备由法液空设计制造，采用 双层立式径向流分子筛吸附器吸附净化、膨胀空气 进上塔、 氧气与氮气均为外压缩流程。 20000 m3/h 与 35000 m3/h 空分设备自投产后， 马钢针对配备气动式阀门与入口导叶运行中存在问 题， 采用针对性技术改造方法与有效维护检修措施， 使气动式阀门与入口导叶调节性能正常，保证空分 设备安全稳定运行。 2技术改造 2.1空压机防喘振阀 20000 m3/h 空分设备空压机配备 1 只气闭式防 喘振阀。在空压机启动时， 通过逐步关小防喘振阀， 提高出口压力。在空压机停机、 跳机时， 通过开启防 喘振阀， 降低出口压力， 避免空压机喘振。 2.1.1存在问题及原因分析 20000 m3/h 空分设备自投产，空压机防喘振阀 调节性能低， 未能满足空压机启动升压、 停机降压、 跳机卸压需要。防喘振阀故障时空压机状况见表 1。 表 1防喘振阀故障时空压机状况 24 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015 年第 4 期 总 第 182 期 经过多次对防喘振阀检查，发现连接阀瓣处阀 杆锈迹现象严重， 阀瓣 O 形密封件变形且密封件被 灰褐色固体结垢物覆盖，使防喘振阀动作缓慢或阀 门卡阻。 2.1.2改造措施及效果 在 20042007 年， 为防止防喘振阀阀杆生锈、 阀 瓣 O 形密封件变形或结垢， 对防喘振阀连接阀瓣处 阀杆镀铬， 避免锈迹产生。实际效果不佳， 仍无法避 免空压机带载停机、 跳机。 在 2008 年 5 月， 为防喘振阀旁通 1 只设有电磁 阀的气闭式快速放散阀， 该阀门为两位阀。 在空压机 停机、 跳机时， 快速放散阀的电磁阀失电， 快速放散 阀在 5 s 内全开， 空压机完全卸载， 避免空压机出现 “喘振” 现象。 在 2009 年 4 月， 针对空压机启动升压时， 防喘 振阀调节性能低， 阀门动作缓慢现象， 将原配备防喘 振阀整体更换。 新防喘振阀更换后， 对防喘振阀进行 PID 参数设定， 使防喘振阀 1开度调节响应时间不 大于 4 s， 以此提高阀门调节性能， 满足空压机启动 升压需要。 空压机增设的快速放散阀与更换的防喘振阀构 成空压机防喘振阀门系统运行至今，达到空压机启 动升压、 停机降压、 跳机卸压要求， 有效避免空压机 喘振， 效果显著。 2.2空压机入口导叶 20000 m3/h 空分设备空压机配备 1 套气动式入 口导叶， 入口导叶由定位器、 执行机构与转动叶片组 成。 2.2.1存在问题及原因分析 20000 m3/h 空分设备正常运行时，空压机出口 压力与流量出现间断、 无规则波动现象， 造成在分子 筛吸附器升压阶段发生多起粗氩塔氮塞、下塔液泛 故障。 对空压机检查发现， 安装在入口导叶执行机构 支架上定位器因振动大发生故障，使入口导叶无规 则波动， 空压机出口压力与流量波动。 空压机入口导叶安装在紧邻一级工作轮的进气 管道上， 在空压机运行时， 进气管道高频振动大， 导 致安装在执行机构支架上定位器因振动大而发生故 障。 2.2.2改造措施及效果 为消除空压机进气管道高频振动对入口导叶定 位器影响， 使定位器正常工作， 对入口导叶定位器进 行移位技术改造。 采用入口导叶定位器与执行机构分开安装方 法。将入口导叶原配备定位器更换为分体式阀门定 位器，分体式阀门定位器由内置阀位变送器与分体 式阀位传感器组成。将内置阀位变送器移至空压机 机架外侧， 安装在轻微振动的固定支架上， 仅将抗振 性能好的分体式阀位传感器安装在入口导叶执行机 构上。 入口导叶阀位信号由分体式阀位传感器输出， 通过增设仪表电缆送至内置阀位变送器，内置阀位 变送器将输出气源信号由增设外接气路信号管传至 入口导叶执行机构， 调节入口导叶转动叶片角度。 2012 年 1 月，入口导叶定位器移位改造完成， 定位器在微振动环境中运行至今， 未发生故障， 空压 机出口压力与流量稳定， 效果明显。 2.3氧气输送阀与放空阀 20000 m3/h 空分设备氧气输送阀与放空阀均为 气动薄膜阀， 阀门类型为蝶阀。 在管网氧气压力波动 时， 调节氧气输送阀与放空阀， 使出主换热器热端氧 气流量与压力稳定。 2.3.1存在问题及原因分析 在 20000 m3/h 空分设备运行， 氧气管网压力波 动大时，氧气流量因氧气输送阀与放空阀调节性能 低波动幅度大， 严重影响空分工况。 氧气管网压力升幅过快时，氧气输送阀与放空 阀无法及时调节， 氧气流量降幅大， 造成液氧泵出口 压力高联锁跳机。 氧气管网压力过低时，氧气输送阀与放空阀调 节效果不佳， 氧气流量高， 造成粗氩塔 “氮塞” 。 通过对氧气管网压力波动与空分设备氧气流量 变化分析，认为上述现象是由于氧气输送阀与放空 阀为蝶阀所致， 此类阀门调节性能低， 不适应马钢氧 气管网频繁波动的特点， 阀门选型不佳。 2.3.2改造措施及效果 将氧气输送阀与放空阀整体更换，阀门仍选择 气动薄膜阀， 阀门类型改为套筒阀， 同时对阀门加装 增速器， 提高阀门调节性能。 并且对两只阀门响应速 度与控制重新进行匹配。 2004 年 10 月， 氧气输送阀与放空阀改造后， 阀 门调节灵敏， 20000 m3/h 空分设备氧气流量稳定。 2.4分子筛吸附器切换阀 KV1202 35000 m3/h 空分设备分子筛吸附器配备切换阀 KV1202 为国外厂家制造气动式三杆阀。该气动式 三杆阀由主阀部分阀杆、 主动杆、 从动杆、 固定杆与 执行机构气缸、 活塞、 活塞杆、 推杆组成。 2.4.1存在问题及原因分析 25 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015 年第 4 期 总 第 182 期 项目故障状况 分子筛 吸附器 2分子筛吸附器空气出口阀 V1204内漏现象 1分子筛吸附器空气出口阀 V1201 动作迟缓，阀门反馈 信号报警 2分子筛吸附器空气出口阀 V1203阀门外漏现象严重 2分子筛吸附器空气放空阀 V1206 阀门远程控制不动 作， 现场手柄调节 空冷塔进气阀 V1100最大开度 80 氮气放散阀 V105阀门卡阻 污氮气压力调节阀 V107动作迟缓， 气缸漏气 35000 m3/h 空分设备自投产， B分子筛吸附器 空气进气阀 KV1202 在阀门开启时，阀门逐渐出现 动作缓慢、 卡阻、 未开启现象。 为使分子筛吸附器正常运行，通过调节切换阀 KV1202 执行机构力臂与气缸仪表气源压力，使切 换阀 KV1202 正常开启， 但实际效果不佳。 为保证设备稳定运行，增设 1 台小型手动葫芦 吊， 在切换阀 KV1202 未能开启， DCS 控制画面出现 切换阀门反馈信号报警时，人为使用手动葫芦吊沿 三杆阀执行机构气缸活塞杆开启方向拉动活塞杆运 动， 使切换阀 KV1202 开启。 为查明切换阀未能开启原因，在空分设备停机 时， 在切换阀 KV1202 进气连接管道上制作一只 “人 孔” ， 从管道内部检查阀门主动杆、 从动杆与阀板状 况， 阀门连杆机构无损坏现象， 动作正常。在管道外 部检查阀门执行机构， 发现活塞运动有卡涩现象。 经 向阀门制造厂咨询得知，该三杆阀气缸配备活塞杆 长度设计不佳， 执行机构力矩偏小， 执行机构无法推 动连杆机构运动， 造成切换阀 KV1202 未能开启。 2.4.2改造措施及效果 利用手动葫芦吊使切换阀 KV1202 气缸内活塞 运动， 开启阀门， 造成切换阀 KV1202 气缸、 活塞杆 已严重变形， 无法修复， 为此更换切换阀 KV1202。 因订购该进口原型号三杆阀时间长、 价格高， 遂 对切换阀 KV1202 进行国产化技术改造，专门订购 1 只适合 B分子筛吸附器运行的国产三杆阀 KV1202。 根据 B分子筛吸附器实际运行参数，切换阀 KV1202 开启时所承受最大压差数值，尤其气缸配 备活塞杆长度， 专门设计制造 1 只国产三杆阀， 使之 在有效动作时间内能完全正常开启、 关闭。 2002 年，国产气动三杆阀 KV1202 运行至今， 阀门开启、 关闭均正常， 效果较好。 3维护检修措施 3.120000 m3/h 空分设备常温气动阀返厂维修 3.1.1存在问题 马钢 20000 m3/h 空分设备配备常温气动阀由 无锡工装设计制造。20000 m3/h 空分设备运行至 2009 年， 气动阀门发生多起故障， 影响设备安全稳 定运行。常温气动阀门故障状况见表 2。 3.1.2维护检修措施 利用 20000 m3/h 空分设备 2009 年热备用时间 长， 将 8 只分子筛吸附器切换阀、 空冷塔进气阀、 氮 气放散阀、 污氮气压力调节阀拆卸， 运至阀门制造厂 维修。 制造厂对返厂维修阀门， 根据故障状况分别更 换执行机构总成、 气缸、 O 形密封垫片、 轴承、 弹簧， 消除气动阀门故障。 20000 m3/h 空分设备自 2010 年 3 月启动运行 至今， 常温气动阀门调节性能较好， 效果明显。 3.214500 m3/h 与 20000 m3/h 氮压机入口导叶 卡阻处理 20000 m3/h 空分设备配备 14500 m3/h 氮压机 与 35000 m3/h 空分设备配备 220000 m3/h 氮压机 均为英格索兰设计制造。2 台氮压机入口导叶均选 用 1 只同类型气动蝶阀作为入口导叶。 14500 m3/h 氮压机设置在密闭厂房内， 20000 m3/h 氮压机露天设置， 仅建有半封闭式防雨棚。 3.2.1存在问题 14500 m3/h 与 20000 m3/h 氮压机投产后， 入口 导叶均出现卡阻现象。造成运行氮压机停机或跳机 时无法卸载、 启动后无法加载、 启动时负载大电流高 启动失败。 14500 m3/h 氮压机入口导叶卡阻均发生在氮压 机长期备用后启动时， 20000 m3/h 氮压机入口导叶 卡阻均发生冬季低温状态。 经对 14500 m3/h 氮压机入口导叶检查发现， 长 期处于备用状态氮压机入口导叶即气动蝶阀执行机 构转动部件锈蚀严重， 造成入口导叶卡阻。 经对 20000 m3/h 氮压机入口导叶冬季低温、 夏 季高温对比检查发现， 因 20000 m3/h 氮压机露天设 置， 在冬季低温环境下， 入口导叶即气动蝶阀阀板变 形， 造成入口导叶卡阻。 3.2.2维护检修措施 定期对备用状态 14500 m3/h 入口导叶即气动 蝶阀执行机构转动部件添加润滑油，避免转动部件 锈蚀。 （下转第 66 页） 表 220000 m3/h 空分设备常温气动阀门故障状况 26 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015 年第 4 期 总 第 182 期 管理模式在能源管理中发挥的作用，使得能源管理 在生产中走上了核心位置，企业已不再只有传统的 产品工序流，而是产生了以能源控制为核心的生产 能源流， 能源流的高效运转不仅提高能源利用率， 降 低了生产成本， 同时也促进了企业生产效率的提高。 可以预见，集中一贯制将会在生产的各个领域发挥 越来越重要的作用。 收稿日期 2015－01－15 收到修改稿日期 2015－2－16 作者简介沈列东 （1978－） ， 男， 2007 年毕业于安徽工业大学机械电 子工程专业， 硕士研究生学历， 工程师， 现从事设备管理工作。 （上接第 26 页） 对 20000 m3/h 氮压机入口导叶即气动蝶阀增 设电伴热带， 同时对入口导叶增设保温材料， 避免阀 板在低温环境变形。 以上维 护检修 措施实 施 后， 14500 m3/h 与 20000 m3/h 氮压机运行至今，氮压机入口导叶未有 卡阻现象， 效果显著。 3.335000 m3/h 空分设备低温气动薄膜阀更换 3.3.1存在问题 35000 m3/h 空分设备配备低温气动薄膜阀均为 法液空提供， 空分设备自 1998 年投产， 低温气动薄 膜阀故障率逐年增加。该类型气动薄膜阀均未设置 手柄进行手动控制， 在阀门故障时， 对空分设备工况 影响大。 因阀门备件采购时间长、 价格高， 阀门故障时无 法及时处理， 经常 “带病” 运行， 未能保证设备安全稳 定运行。同时，因低温气动薄膜阀调节性能逐年下 降， 35000 m3/h 空分设备自动变负荷技术改造无法 实施。 3.3.2维护检修措施 经对 35000 m3/h 空分设备低温气动薄膜阀故 障归类分析及阀门状况排查， 向原阀门设计、 制造厂 订购一批同型号阀门及执行机构。 2011 年， 在 35000 m3/h 空分设备改造性大修冷 箱扒砂时，将 10 只气动薄膜阀整体更换、 9 只气动 薄膜阀膜头更换。 35000 m3/h 空分设备低温气动薄膜阀及阀门膜 头更换后， 设备运行至今， 阀门调节性能正常。 同时， 35000 m3/h 空分设备自动变负荷技术改造完成。 3.435000 m3/h 空分设备常温气动调节阀修复 35000 m3/h 空分设备常温气动调节阀均为法液 空提供， 氧气放空阀 FIC1510B、 空冷塔液位调节阀 LIC1007、 空气短路循环调节阀 HV1215 配备气动执 行机构均为同一型号。执行机构转轴安装 1 只滚动 轴承， 轴承水平不受力， 仅起固定、 滑动作用。 3.4.1存在问题 2013 年 10 月 12 日， 35000 m3/h 空分设备运行 时， 氧气放空阀 FIC1510B 在 DCS 控制画面已全开， 氧气产量由 32500 m3/h 降至 2800 m3/h，上塔与下 塔压力上升。 经对氧气放空阀 FIC1510B 检查发现，该阀门 现场处于全关状态，阀门执行机构滚动轴承密封盖 锈蚀脱落， 轴承内套及部分滚珠脱落， 轴承未脱落滚 珠锈蚀严重。 同时对 LIC1007、 HV1215 气动调节阀检查发 现， 执行机构滚动轴承滚珠均已严重锈蚀。 3.4.2维修检修措施 因订购该型号阀门执行机构周期长，马钢自行 加工 3 只耐磨性好的铜套代替滚动轴承， 同时， 加工 安装新的密封盖， 避免执行机构转动部件故障。 上述 3 只气动常温调节阀修复后， 35000 m3/h 空分设备运行至今， 阀门调节性能正常， 效果较好。 4结束语 针对 20000 m3/h 与 35000 m3/h 空分设备运行 中， 气动阀门与入口导叶出现各种问题， 采用针对性 技术改造方法与有效维护检修措施，使气动阀门调 节性能正常， 保证空分设备安全稳定运行。 收稿日期 2015－01－30 作者简介周金城 （1971－） ， 男， 1994 年毕业于马钢职工大学制氧专 业， 制氧高级技师， 现从事制氧生产技术工作。 66