聚烯烃装置PDS阀门长周期运行管理

沈文钦 陆 军 蔡 琳

(中国石油独山子石化公司乙烯厂)

聚烯烃装置PDS阀门长周期运行管理

沈文钦 陆 军 蔡 琳

(中国石油独山子石化公司乙烯厂)

对独山子石化聚烯烃装置PDS阀门运行状态和故障现象进行分析，提出各项对应的解决措施。通过实际应用证明了该方法的有效性。

PDS阀门 聚烯烃 故障原因 解决办法

随着各种新型工艺技术的开发和工艺技术的进步，聚烯烃装置的生产能力越来越大，企业之间的竞争也越来越激烈，聚烯烃装置的长周期运行不仅能降低生产成本、提高企业的市场竞争力，更能保证装置的安全和稳定运行。聚烯烃装置在大型乙烯石化企业中属于主体装置，由于其工艺是由气相和淤浆原料反应生产固体聚烯烃物的过程，因此要实现连续长周期生产的难度很大，其中影响装置长周期运行的主要因素之一就是自动控制产品排料系统(Products Discharge System，PDS)中产品排料阀(PDS阀)运行是否可靠。

1 聚烯烃装置PDS阀门运行现状介绍

中国石油独山子石化乙烯厂聚烯烃一联合车间由3套装置组成：30万吨高密度聚乙烯装置、60万吨全密度聚乙烯装置、55万吨聚丙烯装置。高密度聚乙烯装置和聚丙烯装置采用INEOS液相环管聚乙烯和气相聚丙烯生产技术，排料系统阀门选用的是日本KTM阀门；全密度聚乙烯装置采用的是Univation气相流化床生产技术，选用的是德国ARGUS阀门。详细的阀门使用情况见表1。

表1 3套装置PDS阀门数量和品牌

3套装置常年高负荷运行，转产频繁，不同牌号的聚乙烯、聚丙烯粉料自聚能力不同，颗粒硬度不同，致使PDS阀门的运行工况不断发生变化。长期处于气粉颗粒混合物和高频次开关运行环境，加之使用工况苛刻，PDS阀门故障率相对较高。一旦故障处理不及时将导致生产装置降负荷或停工，对生产的平稳运行造成极大影响。以55万吨聚丙烯装置为例，2010～2014年，共出现故障105次，其中动作最频繁的4"阀门故障66次，10"阀门故障26次，1"阀门故障7次，8"阀门故障6次。阀门维修保运单位在没有专业设备和技术能力的条件下，采用对阀门进行备件更换、阀芯阀座研磨等简单方式处理。该类阀门配件价格高，供货和制造周期长，计划申报到采购到货大约需一年时间，这就需要储备大量的备件。此外装配维修技术差是制约该类阀门长周期运行的关键因素。所以选择合适的维修方式并制定合理的管理办法是PDS阀门长周期运行的当务之急。

2 PDS阀门的特点

由于工艺技术的特点和要求，PDS阀门需满足下述性能。

高频率动作。PDS阀门由排料系统控制，根据不同阀门的位置和作用，阀门每年动作次数约为20～80万次。

快速开关性能。设计要求PDS阀门具有快速开关功能，6″口径及以下的阀门开关时间在1.5s内；6″口径以上的阀门开关时间在2.5s内。

抗磨损性能。阀芯，反应生成的粉状颗粒在催化剂的活性下，颗粒的硬度变大，高频次快速开关，对阀芯和阀座密封面产生极大磨损。阀芯和阀座采用硬化处理技术，使阀座的表面硬度达到55～58HRC，厚度不小于2mm，阀球的表面硬度达到63～66HRC，硬化层厚度不小于1mm，并且硬化层与基材通过形成的过渡层有机结合成一体，避免长周期运行中的硬化层脱层，精密的加工与研磨技术确保严格的金属密封等级在VI级以上。阀杆，PDS阀门阀杆上下轴承采用高强度的硬质合金轴承，承受阀门运行的力量和磨损，多道防尘结构防止颗粒介质进入运动面和填料函。阀杆与填料接触部分喷焊Ni合金，硬度45～50HRC，表面粗糙度0.2～0.4μm，结构如图1所示。这样大幅降低阀杆与填料运动时的摩擦系数，降低阀门填料部分的开关力矩，有利于提高阀杆填料的密封性和长期力矩稳定性。

图1 阀杆填料结构

阀杆防尘结构如图2所示。对轴承和阀杆填料函做好防尘是阀门开关力矩稳定的一个关键因素，如果在轴承和填料函中进入物料，会使运动面的摩擦系数增加，从而使执行机构的开关力矩增大，力矩增加会造成阀门开关时间增加，在设计结构和材料时，要充分考虑少量粉尘进入摩擦面和填料函的结果，并有抗粉尘的能力，避免粉尘的进入影响阀门性能。

图2 阀杆防尘结构

自清洁功能。阀座采用弧面刮刀式设计，使阀门在开关时将大量聚烯烃物颗粒清除在外而不带入到阀体空腔内，从而达到自清洁的功能。

阀座防尘功能。阀座采用蝶形弹簧或柱状弹簧压载，给阀座提供均匀预紧力，保证了阀门的密封性。为防止弹簧腔进入粉料，阀座两端采用O形圈防尘结构(图3)。阀座的防尘是阀门性能长期稳定的关键。首先保证弹簧性能的稳定，阀座长期受力均匀，其次弹簧受力的空间和自由度不受影响，保证阀门性能和开关力矩长期稳定。

图3 阀座防尘结构

阀体结构特点。阀体结构为固定球设计，上、下阀杆严格对中，阀门在高频次动作下有更好的稳定性，使阀门扭矩保持长期均匀性。

3 PDS阀门运行中出现的故障和原因分析

阀体故障。阀门无法关闭或打开时，解体阀体发现阀芯、阀座出现磨损，表面涂层已经消失，并且阀芯顶端或底端出现磨损沟槽。原因为阀座两端O形密封圈长期使用硬化，密封性能下降，导致聚烯烃粉料进入弹簧腔中，如图4所示，弹簧受力的空间和自由度发生改变，致使阀座偏移磨损阀芯，最终发生阀芯磨损，阀座抱死阀芯故障。

执行机构故障。执行机构在长期运行过程中同样出现无法关闭或打开故障，检查执行机构发现拨叉与活塞杆销轴间隙增大并出现磨损，销轴受力弯曲变形，如图5所示，致使气缸活塞杆中心度发生偏移，活塞受力不均匀发生偏磨拉伤汽缸壁，最终导致执行机构无法动作。

图4 故障阀座聚合粉料自聚情况

气动分配器故障。冬季低温环境，阀门开关过程中出现两位五通电磁阀滑阀不切换故障。两位五通电磁阀动作频次与阀门开关频次一致，仪表风中存在水汽，低温环境下滑阀润滑性能下降，致使滑阀卡涩，最终导致气路切换不畅阀门动作缓慢或开关不到位。

4 解决措施

增加阀门动作时间监控软件(图6)。根据每台阀门开关时间的要求，在DCS系统中编制阀门动作时间监控软件，对阀门开关所需时间和开关频次进行监控，发现阀门开关时间和动作频次超过设定值时进行报警提示。

图5 故障执行机构拨叉销轴受力磨损弯曲

图6 阀门动作时间监控软件

增加保温伴热措施。针对两位五通电磁阀滑阀冬季不切换故障，利用管线内介质自身温度，将阀体、执行机构及其附件整体进行保温包裹，使管线中介质产生的温度得到有效保存和利用，减少伴热敷设工作量。

加强定期巡检。这样人工检查就能发现阀门、执行机构的前期故障。全密度装置10″PDS阀门执行机构出现异响，经过检查发现BITTES执行机构出现鼓包现象，解体检查发现弹簧缸弹簧断裂，所以定期巡检是最简单有效的办法，发现PDS阀门动作时间明显延缓，或动作出现卡涩现象，即提前切换出来更换维修。

制定周期性检修方案。每台PDS阀门在系统中作用不同，动作频次也不相同。根据阀门部位、动作频次等因素，制定合理的检修周期，利用装置转产和停工机会，进行整阀下线更换，保证执行机构与阀体故障的一致性。通过验证，执行机构出现的故障90%以上都是阀体长周期运行，阀座弹簧腔和侧壁集聚粉料，自由度发生变化与阀芯磨损增大，拨叉与销轴的作用力随之增加，最终出现磨损故障，所以整阀下线进行检修很有必要。最重要的是一定要做好维修记录，包括维修下线日期、维修内容及阀门的状况等，对每台PDS阀门的运行状况做到心中有数。

选择正确的检修方式。由于进口阀门备件采购周期长、价格高，加上现场检修无法实现阀门专业装配效果，因此需要在国内选择一家设备专业、技术能力强、机加工水平高的硬密封阀门维修厂家，将故障阀门返厂进行维修。对上下阀杆、阀芯等易磨损部位进行堆焊喷涂硬化处理，制作新的阀座，更换密封组件等一系列工序。

易损附件定期更换。对于易损的附件，如过滤减压阀、气路分配器、电磁阀及阀位开关等，根据不同的环境每个大修周期或定期进行更换，防止附件故障导致出料程序停止，影响生产正常运行。要注意的是附件更换最好用阀门原来的型号，因为在阀门设计时，气路各附件的CV值都经过严格的计算，切不可因小失大。

5 运行效果

以前，PDS阀门都是出现故障才进行更换，导致生产运行发生很大波动。在正式启动有效措施进行管理后，再没有发生一起因PDS阀门故障而引起的应急处理事件。

返厂维修的方式解决了采购周期长、进口备件价格高和现场维修装配技术能力差的问题。实现了整阀各部位全面维修，提高了检修质量，缩短了检修周期，彻底解决了现场检修瓶颈。并且返厂维修费用是采购更换备件费用的1/4～1/3，降低了PDS阀门维修成本。

6 结束语

通过以上措施，中国石油独山子石化乙烯厂聚烯烃装置PDS阀门运行平稳，保证了生产的稳定运行。有计划的周期性检修降低了劳动强度，国产化维修方式使采购和检维修费用降低明显，且维修质量在装置运行期间得到了验证，取得了良好的效果。

TH134

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1000-3932(2017)02-0209-04

2016-06-29，

2017-01-10)

沈文钦(1981-)，工程师，从事仪表设备管理工作，shenwenqin@petrochina.com.cn。