浅谈UNIPOL聚丙烯PDS顺控联锁及长周期运行改进措施

杨会兵

（中煤陕西榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719000）

聚丙烯和聚乙烯装置属于主装置。其工艺是由气相原料反应生产固体聚合物粉料，影响装置长周期运行的主要因素之一是出料系统的PDS 高频球阀。

1 PDS工艺流程

聚丙烯装置采用美国DOW 公司的UNIPOL 气相流化床聚丙烯工艺，该工艺可生产104 个牌号聚丙烯产品，其中包括32 个均聚、16 个无规共聚和52 个抗冲共聚牌号产品。装置以丙烯为原料，年生产30 万吨粒状聚丙烯树脂，可生产各类型的均聚物、无规共聚物以及抗冲共聚物产品。聚丙烯工艺流程主要包括原料精制、聚合反应、排放回收、挤压造粒、粒料输送等。其中，PDS 出料系统是聚合反应非常重要的组成部分，丙烯在气相流化床反应器中适当的温度、压力及催化剂的作用下聚合反应生产粉状的聚丙烯。当粉状的聚丙烯到达一定的床高、床重，就会按照逻辑顺序控制依次出料，分别经过产品室、产品吹出罐后排出至产品接收料仓和脱气仓[1]。

聚合反应器有4 条产品下料线，分成A、B 两组。PDS下料系统包括4 台产品下料罐C-4101/4106/4105/4107 和4台产品吹出罐C-4103/4108/4110/4112。每条产品下料线均由一台产品下料罐、一台产品吹出罐和14 台两位式球阀组成，另外有2 台两位式球阀用于组内两条产品下料线之间的气体平衡。两组PDS 下料系统按照时间和压力的逻辑控制关系相互交替使用[2]。当其中一条产品下料线发生故障时，其它产品下料线可分别独立运行。每组内两条产品下料线之间的气体能够相互传送，以减少循环气损失，但是两组PDS 下料系统产品下料线之间的气体不能相互传送。

以单条产品下料线为例：粉料从反应器进入产品下料罐C-4101/4106/4105/4107，依靠压差和重力的作用，从产品下料罐进入产品吹出罐C-4l03/4108/4110/4112。

2 PDS顺控与联锁逻辑

2.1 PDS顺控

聚丙烯装置第一反应器共有PDS 气动阀门60 台，阀门动作顺控见表1。

表1 聚丙烯装置PDS阀门动作顺控Table 1 Sequence control of PDS valve action in polypropylene plant

图1 PDS工艺流程图Fig.1 PDS Process flow diagram

图2 RG执行机构剖视图Fig.2 RG Actuator cross-sectional view

图3 LPS执行机构剖视图Fig.3 LPS Actuator cross-sectional view

表2 PDS阀常见故障及原因分析Table 2 Common faults and cause analysis of PDS valve

备注：向上箭头↑表示阀门打开，向下箭头↓表示阀门关闭，空白表示阀门保持不动作。

2.2 PDS联锁逻辑

1）HS-4101-1Q、HS-4106-1Q PDS 锁位开关

两位开关，设置在现场，位于每套对应的PC 和PBT之间。“自动（AUTO）”位置允许PDS 逻辑在“AUTOMATIC”或“手动”两个模式下操作，“OFF”位置能够锁定开关。这允许人员在现场安全地操作或维护PDS 在程序循环的过程中，旋转这个开关到“OFF”位置，将立刻终止程序，所有的阀门都回到故障安全位置[3]。当HS-4101-1Q、HS4106-1Q 转向“OFF”位置时，控制室相对应的“现场Q 开关锁定OFF 位置”状态指示被点亮。

2）HS-4101-1S、HS-4106-1S PDS 操作开关

三位软开关，位于控制室操作界面上。“启动”位为瞬时信号，若满足以下条件，则“启动”信号会被锁定：HS4101-1Q（HS4106-1Q）现场开关在“自动”位置、HV-4103-9（HV-4108-9）打开、PC 罐压力高于PA2L-4101-2（PA2L-4106-2）、PBT 罐压力低于PA5H-4103-1（PA5H-4108-1）。若以上条件不满足，则开关弹至“中间”位，并出现“PDS 循环因系统故障终止”报警。若将开关打到“停止”位，将停止PDS 循环，所有阀门回到安全位置。

3）HS-4101-1T、HS-4106-1T PDS 模式选择开关

“自动”PDS 以自动模式运行。

“手动”PDS 以手动模式运行，允许手动动作阀门。

“停止”PDS 系统处于备用状态，准备重新启动。

4）阀门动作条件

A 阀，常开，关闭此阀不需其他逻辑条件。

B 阀，常闭，手动打开此阀还需满足以下条件：D、E、H、L、M、W 阀关闭；PC 罐压力高于PA2L-4101-2；产品接收仓PR 料位低于LA2H-5013-1 且PPB 不在旁路状态或HS-4311-2D 在抗冲状态。

C 阀，常开，关闭此阀没有条件。

D 阀，常闭，打开此阀需满足以下条件：B 阀关闭或者A 阀、C 阀均关闭；E、G、M、W、X 阀均关闭。

E 阀，常闭，打开此阀需满足以下条件：B 阀关闭或者A 阀、C 阀均关闭；1#线PBT 不需要吹扫；PR 隔爆膜完好（ZA-5013-9）；D、G、H、M、X 阀均关闭；2# 线PDS 没有下料（2#线E 阀、M 阀关闭或2#线现场锁定开关在“OFF”位置）；PR 压力低于PA3H-5013-5；PBT 压力低于PA2H-4103-13；中间传送系统允许信号存在（HS-4311-2D 在“抗冲”位置，BB、EE 阀开、JJ、FF 阀关、过滤器料位低于LAH-4312-11，差压低于PDAH-4312-2）[4]。

G 阀，常闭，打开此阀需满足以下条件：PC 罐压力高于PA2L-4101-2；D、E、H、L、M 阀关闭。

H 阀，常闭，打开此阀需满足以下条件：B 阀关闭或者A 阀、C 阀均关闭；E、G、M、W、X 阀关闭。

J 阀，常闭，打开此阀需满足以下条件：B 阀关闭或者A、C 阀均关闭；G 阀关闭；PBT 罐压力低于PAH-4103-1。

L 阀，常闭，打开此阀需满足以下条件：B 阀关闭或者A、C 阀均关闭；G 阀关闭；W 阀关闭。

M 阀，常闭，打开此阀需满足以下条件：B 阀关闭或者A、C 阀均关闭；PBT 罐压力低于PA4H-4103-1；D、E、G、H、X 阀均关闭；PR 隔爆膜完好（ZA-5103-9）；PR 压力低于PA3H-5013-5；2#线没有下料（2#线M 阀、E 阀均关闭）或2#线PDS 锁定开关HS-4106-1Q 在“停止”位置；来自IRTS 的许可（HS-4311-2D 在抗冲位置且转移罐过滤器压力低于PA2H4312-3（PA2H4322-3）的设定值，转移罐过滤器差压低于PDAH-4312-2（PDAH-4322-2）的设定值）。

P 阀，正常情况下P1、P2、P3 均关闭。在产品出料循环过程中，不对这3 个阀门进行操作。在自动模式下，此3 个阀门无法打开。只有系统维护时，通过HS-4101-1P（HS-4106-1P）在P1、P2 和P3 能在手动模式操作以前，下列联锁条件必须满足：PBT 的压力必须低于PAH-4103-1（PAH-4108-1），“手动”许可必须满足，阀G 和J必须是关闭的；或者阀B 确认关闭，或者阀A、C 确认关闭。如果这些条件都满足，通过将HS-4101-1P（HS-4106-1P）设置到OPEN 位置，阀P1 和P2 能被打开，阀P3 被关闭（首先关闭P3，延时1s 后再打开P1、延时2s 后打开P2）。

W 阀，常闭，要手动打开此阀必须满足以下条件：两个PDS 的阀D、G 和H 必须确认关闭，两个PDS 的阀B 确认关闭，或者两个PDS 的阀A 和阀C 确认关闭、两个PDS的“手动”许可必须满足、两个PDS 的PC 的压力必须大于PA2L-4101-2 和PA2L-4106-2[5]。

X 阀，常闭，手动打开此阀必须满足以下条件：两个PDS 的阀D、E、H 和J 必须确认关闭，两个PDS 的“手动”许可满足。

3 PDS阀常见故障及原因分析

聚丙烯装置PDS 阀门具有极高的动作频次和循环次数，相关PDS 阀门、气控阀、电磁阀每年动作约20 万次～26万次，频繁动作加大了阀芯、阀杆、填料、执行机构等磨损以及弹簧疲劳[6]。2014 年7 月投产至今已长周期运行8年半的时间，这期间高频球阀、执行机构、电磁阀、气控阀均有各类故障出现，影响装置平稳长周期运行。

4 PDS长周期运行的优化改造

4.1 RG执行机构改LPS执行机构

从以上两张图中可以看出，两种执行机构的原理不同。RG 的弹簧缸为拉拽式，LPS 的弹簧缸为推压式。RG 型弹簧缸存在拉杆与弹簧末端拉盘脱落的风险，弹簧力最大的位置是压缩量最大的情况，类似于“拉满弓”状态，鉴于内蒙古某公司的弹簧缸端盖飞出的现象分析，只有此时是最危险的。

Flowserver 根据RG 执行机构使用的环境及其自身产品的原理，出具了一个对于在PDS 产品出料系统中应用的维护指导意见。意见中说明：“PDS 阀门的E 阀因震动需要定期检查执行机构各部位的连接螺栓（附检查程序），建议每6 个月检查一次。”并且针对E 阀的检查项目也进行了明确[7]。产品手册上已经标明，对于LPS 型执行机构是不需要对气缸和弹簧缸进行维护保养的。通过与厂家技术咨询沟通，对RG 执行机构内连接螺栓定期紧固检查，之后采购了3 台改进型的LPS 型执行机构替换原RG 执行机构，这样避免了RG 执行机构极端情况下端盖蹦出造成对人员伤害的风险。

4.2 极寒天气的应对措施

对于中国北方，冬季可能遇到极寒特殊天气，气温可达-20℃～-40℃，执行机构内部润滑油流动性变差，润滑效果也变差，甚至可能出现阀门动作缓慢、阀门不动作情况；同样，气控阀、电磁阀在极寒天气下，阀芯也会出现动作缓慢甚至不切换的情况发生[8]。因此，应对极寒天气，现场采取了保温措施，缠绕点伴热带、包工业棉被等保温措施，效果显著，并且采购备件时明确要求必须是耐低温型气控阀、电磁阀。

4.3 反馈连接杆易断裂的改造

PP 装置PDS 阀门自动出料动作频次高，且现场有振动，W 阀在倾斜管道上安装，综合以上不利因素，W 阀出现数次反馈杆断裂故障，PDS 无法正常出料。通过对阀门反馈进行改造，主体思路是摒弃初始设计时气缸主轴与反馈杆硬连接的方式，进行优化改造，取消反馈连接杆，在气缸主轴末端焊接两个成90°夹角的回讯监测点，重新加工接近开关的安装支架，这样就有效消除因执行机构主轴与反馈杆不同心导致反馈杆断裂的隐患，避免反馈杆断裂造成PDS 停止出料的事件发生[9]。

4.4 阀门填料漏

PDS 阀门填料漏为出现频次最高的故障，高频率的动作使阀杆磨损严重，造成阀门填料磨损严重，介质频繁外漏。填料外漏时现场只更换了顶层缠绕编织填料，没有对填料函进行清理和更换全部填料。根据工厂经验，当填料函出现外漏，首先是底层石墨密封圈损坏，如果在不更换石墨密封圈的情况下，只更换缠绕编织填料，其填料密封的效果不是很好。如果在更换缠绕编织填料时不清理填料函和间杆，密封效果会更差。为了达到密封效果，必然会压紧填料函螺栓，这就会导致圆杆的摩擦力变大，影响阀门的工作性能。因此，在更换阀门填料时，将顶层缠绕编织填料和底层石墨密封圈全部更换，这样就保证填料更长的使用寿命。

4.5 降低执行机构串气风险

聚丙烯PDS 现场装配KINETROL 的扇型执行机构和Bettis 的活塞式执行机构，尤其是KINETROL 扇型执行机构在高频动作情况下容易发生串气故障。该执行机构为铸铝材质，执行机构内壁拉伤严重后无法维修，更换执行机构经济成本非常高。因此，降低执行机构串气风险非常有必要[10]。定期对PDS 扇形执行机构进行下线保养维护，更换密封组件，清理执行机构内腔并增加润滑脂，这样大大增加了扇形执行机构使用寿命。

5 结束语

通过对PDS 工艺流程、顺控及联锁逻辑的掌握，不断积累现场实际生产经验，快速精准分析判断PDS 故障的原因，最大限度缩短PDS 故障处理的时间，并通过对PDS 进行针对性的改造升级，为UNIPOL 聚丙烯装置的长周期稳定运行提供了可靠支撑，同时也为同类型聚丙烯装置PDS设计、操作、维护提供了思路和参考。