空气过滤减压阀故障导致蒸汽流量调节阀关闭的原因分析与处理

崔守志

（国能包头煤化工有限责任公司）

某煤制烯烃项目烯烃分离装置采用的是国外某专利商技术，包括烯烃分离单元和烯烃罐区单元， 装置的烯烃分离单元采用前脱丙烷后加氢、丙烷洗工艺技术，2010年投入生产，年运行时间8 000 h。装置每年生产乙烯和丙烯各300 kt，混合C4产品99 kt，液相C5以上产品26 kt，燃料气产量4.9 kt。

高压脱丙烷塔T501正常运行，蒸汽流量调节阀FV501的开度在37%左右自动调节 （投串级），低压饱和蒸汽流量计FT501所测数值在9 400 kg/h上下波动。 控制室工艺操作人员发现高压脱丙烷塔T501的温度在缓慢下降，DCS画面上蒸汽流量计FT501的数值在2 100 kg/h上下波动，蒸汽流量调节阀FV501的开度指令为100%。

仪表维护人员到现场检查，发现蒸汽流量调节阀FV501的开度几乎为零， 分析可能是导致进入再沸器E502A/B的低压饱和蒸汽流量减少，造成高压脱丙烷塔T501塔底温度突然降低的主要原因。 而高压脱丙烷塔T501塔底温度低有可能会造成：

a. 塔温下降，下塔轻组分增多，进入低压脱丙烷塔T502会出现超压情况；

b. 塔顶轻组分气体外送量减少，这部分气体是送到产品气压缩机四段吸入段，气量减少可能造成产品气压缩机机组喘振；

c. 如果产品气压缩机停车，烯烃分离装置就得停车。

现场阀门没有完全关闭，还有一定量的蒸汽进入减温减压器M803，控制室工艺操作人员发现塔温下降后处置得当，仪表维护人员判断故障准确且故障处理过程时间短，仅造成高压脱丙烷塔和低压脱丙烷塔内温度和压力波动，未造成产品气压缩机机组喘振和装置停车。

1 高压脱丙烷塔流程简介

高压脱丙烷塔流程如图1所示， 高压脱丙烷塔再沸器E502A/B 用来自减温减压器M803 的0.46 MPa低压饱和蒸汽作为加热介质，给高压脱丙烷塔T501底部加热。 高压脱丙烷塔塔釜的温度由TC-503(主回路）控制，低压饱和蒸汽的流量由调节阀FV-501（副回路）控制，两个控制回路构成了串级控制。 塔釜控制温度范围在（80±8） ℃，控制精度不高。

图1 高压脱丙烷塔流程

蒸汽流量调节阀FV501为蝶阀（图2），阀门定位器为Fisher DVC6030，口径DN200 mm，压力等级150LB，泄漏等级Ⅳ级，介质为低压饱和蒸汽，故障类型FC，无手轮。

图2 FV501蒸汽流量调节阀

空气过滤减压阀是控制阀最常用的附件之一，用于气源净化、过滤、设定压力，是仪表风质量的最后保障，其运行情况直接影响控制阀的开度和控制品质。 如图3所示，空气过滤减压阀为膜片式。 顺时针旋转调节手柄，调压弹簧被压缩，推动膜片组件下移，通过阀杆打开阀芯，则进口气压力经阀芯节流降压，有压力输出。 出口压力气体经反馈管（阻尼管）进入膜片下腔，在膜片上产生一个向上的推力。 当此推力与调压弹簧力平衡时，出口压力便稳定在定值。

图3 空气过滤减压阀结构

2 故障排查

仪表维护人员到达现场后， 查看阀位指示器，大概在8%，确认阀门接近关闭状态，随即对该阀门进行检查和处理。

首先，现场进行阀门故障确认。 使用475手操器查看阀门定位器接收到的指令为100%，位置反馈显示7.8%，阀门接近关闭且控制室无法操作打开。

之后，查看阀门定位器和空气过滤减压阀的风表压力指示值，空气过滤减压阀风表指示值在0.1 MPa左右，阀门定位器的进气口和出气口风表均显示在0.1 MPa左右。

准备调节空气过滤减压阀手柄，将仪表气源压力调高， 发现空气过滤减压阀调节手柄顺时针、逆时针都无法旋转。 断开空气过滤减压阀出气口接头，发现出气口气量很小；关闭气源球阀后，断开空气过滤减压阀进气口接头，再缓慢打开气源球阀，发现出气量很大；初步判断空气过滤减压阀故障导致出口的仪表气源压力低、气量少，造成阀门定位器输出压力小、无变化，该阀门突然接近关闭且控制室人员无法调整开度。 使用气源软管从气源球阀直接将仪表风连接到定位器进气口，观察定位器进气口风表指示值，将仪表气源压力调整为与阀门定位器一致（0.4 MPa），Fisher定位器6000系列需要设置定位器进气压力，这个功能也给仪表人员调整气源压力很好的参考，保持阀门定位器的动作精度。 准备新空气过滤减压阀，待工艺将高压脱丙烷塔和低压脱丙烷塔控制稳定后，与工艺和设备人员协商更换空气过滤减压阀的方案和措施。

3 故障原因分析

解体故障的空气过滤减压阀，发现里面的调压弹簧和膜片上有结冰。 调压弹簧是金属材料，根据热胀冷缩原理， 温度变低又有结冰的情况下，调压弹簧收缩；膜片推力与调压弹簧平衡时膜片处于下移状态，而膜片结冰变硬会向上恢复形变；两个部件同时向上移动，阀杆带动阀芯向上的位移量变得更大，阀芯开度变小，使得出口压力低、气量少。 调节阀执行机构进气压力变小，推动膜头内弹簧形变减小， 阀门开度逐渐关小；当膜头内弹簧与仪表气源压力形成新的平衡，阀门开度保持不变；由于气源压力过低，造成操作指令与阀门实际开度不一致，且控制室无法操作阀门动作。 空气过滤减压阀的出口气压力低、气量少，导致阀门突然关闭是本次故障的直接原因。

室外安装带有呼吸孔的空气过滤减压阀（图4），经历风霜雨雪等恶劣天气，雨水可能会从呼吸孔进入空气过滤减压阀内，在调压弹簧、膜片等部件堆积；北方冬季气温低，空气过滤减压阀内部结冰，根据金属材料热胀冷缩原理，使得阀杆带动阀芯上移，阀芯开度变小，出口气量减少、气压低。 阀门设置在室外，且选用的是普通型空气过滤减压阀，设备选型错误也是这次故障的重要原因。

图4 空气过滤减压阀

停车检修期间，对控制阀的各个附件检查和清理工作不全面、不彻底，工作有死角，也是本次故障的原因。

4 处理办法

待工艺将高压脱丙烷塔和低压脱丙烷塔控制稳定后，与工艺和设备人员协商更换空气过滤减压阀的措施如下：

a. 在阀杆上焊接两个固定点。该阀为角行程蝶阀，为了保持装置正常生产不停车，在线更换空气过滤减压阀，在阀杆上焊接两个固定点（图5），为安装阀门卡具做准备。

图5 阀杆上焊接固定点

b. 制作卡具。 根据生产工况，确定阀门开度保持在37%左右，测绘制作卡具。

c. 更换空气过滤减压阀。 阀门卡具固定后，关闭气源球阀，断开气源软管，控制室操作人员确认高压脱丙烷塔温度无变化，现场人员确认阀门开度在36%左右，仪表维护人员更换空气过滤减压阀，调整空气过滤减压阀设定压力到0.4 MPa。

5 经验教训与防范措施

仪表设备的强制保养工作一定要认真对待，不能敷衍，发现问题及时处理。 重要（关键）仪表专人管理，检修期间对重要（关键）阀门的附件全部进行检查，发现问题及时处理并做好记录形成台账，便于后期预知性维护。 控制阀强制保养检查项目见表1，其中关键（重要）设备每周一次，其他设备每月一次。

表1 控制阀强制保养检查内容

5.1 防范措施

利用检修时段，检查所有空气过滤减压阀的使用情况，包括调压弹簧、膜片组件、滤芯及杯体等，发现问题及时清理或更换。

排查现场所有空气过滤减压阀的型号是普通型还是低温型， 将室外普通型更换为低温型。建议冬季室外温度低于0 ℃的地区， 使用低温型空气过滤减压阀。

将现场调压手柄式空气过滤减压阀更换为调压旋钮式，调压旋钮除了操作方便外，还能在一定程度起到防水作用（对于调压螺杆部位能起到类似“雨伞”挡雨的作用）。

定期对仪表气源管线低点的空气过滤减压阀排凝，避免空气过滤减压阀杯体内存在的凝液反窜进入调压弹簧或膜片内，提高设备的使用寿命。

每天对仪表气源的露点进行分析化验，分析结果报生产运营部。 发现露点偏高时，空分装置及时调整，并对仪表气源排凝，进入冬季前需进行多次排凝。

仪表气源供气总管上可以安装在线露点仪，实时监测仪表气源含水情况，实现自动控制。

5.2 改进优化措施

最简单、有效、经济的方法，就是在空气过滤减压阀的上部套塑料袋（图6），并用扎带（绑带）固定，避免雨水从呼吸孔进入阀内，设备美观性会差一些；室外空气过滤减压阀需经常更换塑料 袋（老化、破损等因素）。

图6 现场空气过滤减压阀套袋防护

在呼吸孔安装内嵌式消音器（图7），可有效 降低雨水进入空气过滤减压阀的情况。

图7 呼吸孔安装内嵌式消音器

呼吸孔带防雨帽（图8），可有效杜绝雨水进 入空气过滤减压阀。

图8 呼吸孔带防雨帽

对有呼吸孔的空气过滤减压阀进行改造，呼吸孔攻丝M4 mm，DN4 mm的不锈钢管或铜管一头套丝，一头向下弯90°角，避免雨水从呼吸孔进入，改造后的效果如图9所示。

图9 改造呼吸孔后的空气过滤减压阀

设备更新。 这个方案需要花费一定的费用，优先更换室外重要（关键）控制阀或其他使用到空气过滤减压阀的设备，替换下来的可以用在室内的设备上。

结合空气过滤减压阀的故障案例，像现场的阀门定位器、执行机构膜头（气缸）、电磁阀及消音器等仪表设备，都可以采用类似的整改措施或技术改造措施，能够有效避免雨水或杂物（蚊虫）等进入仪表设备内，造成仪表设备故障，影响设备稳定运行。

6 结束语

空气过滤减压阀作为一种气动薄膜调节压力的辅助设备，设备选型既影响自身的运行情况和使用寿命，也影响控制阀的运行状况和使用寿命，在仪表的日常维护过程中，不能忽视控制阀相关辅助设备的强制保养工作， 为工厂的安全、稳定、长周期运行做好基础工作。