一氧化碳净化(PSA-CO)装置中程控阀故障讨论

朱维东 李成宾 衡明军

摘  要：本文介绍变压吸附制一氧化碳（PSA-CO）工艺中程控阀的运行特点，然后通过总结程控阀在整个吸附周期内的压力变化所形成的曲线，对照现场的观察与程控阀相关参数的检测，分析了程控阀形成各种其发生故障的原因，讨论相关维修保养方法。

关键词：变压吸附，程控阀，故障

工业生产中，尤其是气体提纯，尾气处理的工艺中，常常采用变压吸附提纯有用工业气体，用于其它工业生产，然而在采用变压吸附的理论提纯气体，就必须运用自动化程度较高的程控阀进行操作，其自动化程度高，使用寿命长的特点，现已广泛的应用于变压吸附制一氧化碳工艺（PSA-CO），使用四川天一科技股份有限公司专利产品J641F-64型程控阀，其利用电磁阀发出启闭信号，利用≥0.35MPa的仪表空气作为程控阀启闭的动力源，工艺流程为变压吸附六塔或者八塔操作形式，每套裝置中配有程控阀60-100只，该装置由PLC自动化操作系统控制，系统稳定，操作方便。

变压吸附制一氧化碳工艺（PSA-CO）是一个近似等温吸附的物理过程，利用不同气体介质在原料其中的分压不同，以及吸附剂对不气体中同组份吸附与解析的难易程度，在一定压力与温度条件下进行选择性吸附，之后采用降压或抽真空使吸附剂获得再生。采用HQ-101型吸附剂，提纯出纯度≥98%的一氧化碳，在生产过程中由于多塔交替性操作，按照周期性，工序步骤的切换程控阀，阀门数量较多，启闭动作频繁，无法通过人工现场操作进行生产，加上这种装置工艺与一氧化碳的特殊性，控制和减少程控阀的故障率是保障装置长期稳定准确运行的必要条件，每一个吸附塔都必须经历很多工艺步骤，而这些工艺步骤是通过既定的程序，使程控阀频繁、稳定和有顺序的启闭切换，保证了工艺的顺利运行及产品连续稳定输出，因此程控阀应具有以下特性：

1.检测螺塞，2.机械显示器，3.气缸筒，4.活塞杆，5上支架，6.下支架，7.平衡气管，8.阀杆，9.阀体，10.阀瓣，11.密封环，12，平衡活塞，13.支架密封组件，14.气缸导向套，15.导向套密封组件，16.活塞，17.活塞密封组件

1.所有密封的点与面确保无泄漏，周期频繁动作能保持不泄漏、串气等现象。

2.阀门开启与关闭的速度快，反应灵敏，阀杆上下动作到位。

3.程控阀的平衡缸活塞要具备双向承压能力，阀座的密封接口能抵抗高速气流冲刷。

4.符合工艺设计的要求，容易实现调节功能和阀门状态远传指示等功能。

5.阀座与阀体材料要具有耐疲劳型的材料制作，并控制其制作过程中的缺陷。

一.程控阀的结构

当操作气（仪表空气）进入气缸筒时，推动活塞从气缸一端运动到另一端，由于活塞的上下移动，在下支架内的压力与联通塔内的压力平衡的条件下，带动平衡缸活塞及阀瓣上下运动，以达到对管道内输送介质流通和切换到目的。

程控阀阀体一般采用铸钢，主要附有贴装式（防爆）电磁阀，电感式接近开关。

二、常见故障

常见故障有机械显示器故障，阀门不动作，动作不到位，动作中有阻力，延时开启或关闭等造成DCS系统报警，从而导致生产不稳定，产品纯度下降。

三、判断方法

3.1 压力-时间曲线图上的判断

根据DCS操作控制形成压力-时间曲线图，正常稳定的运行是如图4所示的周期性变化的曲线，其中均压阀门设置合理，均压曲线较平滑，抽真空再生彻底。终升阀门开度合适，终升升压速度设置较理想。

当曲线发生变化时，应根据变压吸附（PSA）工艺中的阀门运作工序及作用来分析其故障，如图2所示，为均压阀开始时间过长，导致在一段时间内塔内压力未发生改变，而形成水平线的状态;如图3所示，发生故障的工序步骤为再生过程中，抽真空不到位，压力急速上升，此时应为该塔的终升阀门发生泄漏。

3.2阀门温度变化的判断

阀门正常运行中其温度是稳定不变的，根据数据统计可以发现其形成的顾虑，从程控阀的结构图上可以看出，当其支架密封组件中的密封组件发生泄漏的情况下，其平衡管的温度必然发生变化，通常需要检测其温度变化，再根据其变化的大小判断其好坏。

3.3观察法

阀门正常运行中开启与关闭的速度是匀速运动，其开启与关闭的周期是相对稳定的，通常需要用速度检测仪或机械显示器在DCS控制显示器上的动作指示变化进行判断。

四、解决方法总结

4.1向内漏气：内漏主要表现在阀瓣和平衡缸

原因：

1.密封面上有杂质，有硬颗粒杂质损坏了密封垫。

2.工艺压力操作不当，造成吸附剂粉化粘附在密封圈上，受气流局部冲蚀而损坏密封圈导致供气压力小于0.3Mpa造成阀门关闭不严、O型圈损坏、阀板位置过高。

解决方法：

1.更换密封垫检查吸附塔过滤网，若有损坏，则更换处理;

2.保证仪表空气压力达到0.3～0.6Mpa;

3.更换密封O型圈;

4.调节阀杆的紧固螺丝与阀体密封面的距离;

4.2向外漏气：外漏主要表现在中法兰、阀杆密封和气缸

原因：

1.阀体密封垫片损坏。

2.导向套密封泄漏。

3.气缸筒上O型圈损坏。

4.顶盖套与铜套处O型圈损坏。

5.气缸活塞串气。

解决方法：

1.更换阀体密封垫片;

2.更换漏气部位O型圈;

3.阀门解体检查，更换相关密封件;

4.3阀门半开半关或阀门不开;

分析：

1.仪表气压力不足。

2.气缸内部串气。

3.平衡管堵塞。

4.仪表检测模块故障。

解决：

1.保证供气压力达到0.35～0.6Mpa;

2.阀门解体检查，更换相关密封元件;

3.重新对仪表检测模块进行标定测试，或更换处理;

五、总结

1.程控阀的介质流向应遵循“高进地出”的原则，或按阀体上的箭头方向安装。如介质流向是双向流动时，可根据现场情况进行安装。

2.程控阀应在允许的温度和压差范围内使用。温度过高或过低，会使密封元件在高温时老化或在低温时硬化变脆。若超出压差范围，会将密封材料压坏或无法关闭阀门，导致阀门泄漏或动作失灵。

3.程控阀只允许安装在水平管道上，气动执行机构在阀体和管道的上方。

4.向外泄漏部分、填料环及阀门的外表面应保持清洁干净，未油漆部分应注意防锈及润滑，以延长阀门使用寿命。

5.平时使用时，程控阀气缸、密封环和平衡缸等处装配式应增涂少许二硫化钼与高温润滑油脂，以延长O型圈的寿命，在连续使用一个大修周期后，建议更换活塞上的密封圈，并在气缸、填料环和平衡缸等处加少量二硫化钼。

6.注意现场使用环境，尤其是电磁换向阀阀位检查器的防水、防潮防静电。

六、结语

在变压吸附（PSA）装置中，正常生产中，如果程控阀出现故障，将可能导致正在运行的塔或与其关联的塔发生串压或串气，吸附剂无法正常吸附或再生，从而导致产品气的纯度、收率和气体流量变得波动，直接影响后工序的正常生产。由此可见，程控阀的正确使用和维护是很重要的。在日常巡检和操作的过程中应对程控阀系统突发故障，能够快速判断原因，并及时消除;在计划检修或年度大修中对程控阀应进行拆解，认真的检查检测，维修或更换相关部件，这样可防止由于程控阀故障造成停产或安全等事故的发生，有效保证变压吸附（PSA）工艺生产的稳定运行。

参考文献：

[1]夏清，贾绍义主编，化工原理[M]，天津大学出版社，2014.1

[2]秦大同，谢里阳主编，现代机械手册第5卷[M]，北京：化学工艺出版社，2011.1

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