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        鎖渣閥動(dòng)作超時(shí)的氣路改進(jìn)方案

        2014-09-10 02:09:22徐強(qiáng)
        石油化工自動(dòng)化 2014年2期
        關(guān)鍵詞:儲(chǔ)氣罐氣路氣源

        徐強(qiáng)

        (中石化齊魯分公司 第二化肥廠(chǎng),山東 淄博 255400)

        1 問(wèn)題提出

        中石化齊魯分公司第二化肥廠(chǎng)水煤漿氣化裝置鎖斗排渣系統(tǒng)的閥門(mén)采用高壓硬密封球閥,工藝過(guò)程要求閥門(mén)的開(kāi)/關(guān)行程時(shí)間不應(yīng)超過(guò)15s,否則將引起鎖斗排渣系統(tǒng)停車(chē),鎖斗排渣系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的氣化爐停車(chē)。閥門(mén)均為成套引進(jìn)的開(kāi)關(guān)球閥,裝置開(kāi)車(chē)前,在空載狀態(tài)下對(duì)每臺(tái)閥進(jìn)行了開(kāi)/關(guān)行程時(shí)間測(cè)試,測(cè)試的動(dòng)作時(shí)間為1.9~6.6s,能夠滿(mǎn)足工藝過(guò)程的要求。但是,裝置運(yùn)行后部分閥門(mén)動(dòng)作非常緩慢,嚴(yán)重時(shí)閥門(mén)拒動(dòng),多次因超時(shí)導(dǎo)致鎖斗排渣系統(tǒng)停車(chē)和氣化爐停車(chē),影響了整個(gè)氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

        2 氣路分析

        出現(xiàn)動(dòng)作超時(shí)的閥門(mén)共有12臺(tái),閥門(mén)均配置雙作用氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu),氣路如圖1所示。圖中IN是輸入端,OUT(包括OUT1,OUT2)是輸出端,EXP是排氣端。來(lái)自?xún)?chǔ)氣罐的儀表風(fēng)通過(guò)過(guò)濾減壓閥后在A點(diǎn)分為3路,分別連接到氣控閥輸入端和控制端以及傳輸閥輸入端;氣控閥的輸出通過(guò)電磁閥最后接到傳輸閥的控制端;傳輸閥的2路輸出分別接到氣缸的開(kāi)動(dòng)作(OPEN)和關(guān)動(dòng)作(CLOSE)氣源接口。

        圖1 鎖渣閥改造前氣路結(jié)構(gòu)示意

        氣路中主要部件有電磁閥、氣控閥和傳輸閥。電磁閥由DCS遠(yuǎn)程控制,通過(guò)電磁閥的得電/失電來(lái)控制傳輸閥控制端的氣源壓力,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)傳輸閥氣路切換,實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的開(kāi)/關(guān)控制;氣控閥起鎖位閥的作用,按控制端設(shè)定壓力(0.4MPa)動(dòng)作,完成氣路切換,作用是當(dāng)外界氣源壓力低時(shí)通過(guò)儲(chǔ)氣罐氣源使閥門(mén)處于故障安全(關(guān)閉)位置;傳輸閥是1個(gè)兩位四通閥,起到快速排氣(進(jìn)氣)的作用。傳輸閥的CV值較大,目的是加快閥門(mén)的動(dòng)作時(shí)間和提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力,功能類(lèi)似于調(diào)節(jié)閥的氣動(dòng)繼動(dòng)器。具體工作原理如圖2所示。

        圖2 氣控閥和傳輸閥工作原理示意

        圖2中C端均為控制端,本例壓力均設(shè)為0.4MPa。C端大于設(shè)定壓力時(shí),氣控閥1,2端口導(dǎo)通;傳輸閥1,2端口導(dǎo)通,3,4端口導(dǎo)通。當(dāng)C端低于設(shè)定壓力時(shí),氣控閥2,3端口導(dǎo)通;傳輸閥1,3端口導(dǎo)通,2,4端口導(dǎo)通。

        正常情況下,氣控閥控制端壓力等于氣源壓力且高于設(shè)定壓力,氣控閥輸入端和輸出端導(dǎo)通,氣源壓力作用到電磁閥輸入端。當(dāng)電磁閥帶電時(shí),電磁閥輸入端和輸出端導(dǎo)通,氣源壓力作用到傳輸閥控制端,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)傳輸閥氣路切換,輸入端(氣源壓力)與輸出1(OUT1)導(dǎo)通,向氣缸打開(kāi)閥門(mén)側(cè)進(jìn)氣,同時(shí)氣缸另一側(cè)通過(guò)傳輸閥排氣端放空,使閥門(mén)快速打開(kāi)。當(dāng)電磁閥失電時(shí),電磁閥的輸入端截止,輸出端和排氣端導(dǎo)通,作用到傳輸閥控制端的氣源壓力通過(guò)電磁閥的輸出端和排氣端排氣,這樣傳輸閥的氣路切換為輸入端(氣源壓力)與輸出2(OUT2)導(dǎo)通,向氣缸關(guān)閉閥門(mén)側(cè)進(jìn)氣,同時(shí)氣缸另一側(cè)通過(guò)傳輸閥排氣端放空,使閥門(mén)快速關(guān)閉。

        按照以上分析,氣路設(shè)計(jì)應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題,閥門(mén)的正常開(kāi)關(guān)動(dòng)作由電磁閥控制,而且當(dāng)氣源壓力低于設(shè)計(jì)壓力時(shí),氣控閥動(dòng)作,能夠保證閥門(mén)回到故障安全(關(guān)閉)位置。但裝置運(yùn)行時(shí),閥門(mén)沒(méi)有按照設(shè)計(jì)要求正常動(dòng)作,經(jīng)常動(dòng)作緩慢,甚至不動(dòng)作。

        3 故障原因

        根據(jù)閥門(mén)的實(shí)際動(dòng)作情況,可能是氣動(dòng)組件故障導(dǎo)致閥門(mén)動(dòng)作異常,經(jīng)過(guò)逐一排查,各氣動(dòng)組件工作正常。然后又核實(shí)了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力,按照設(shè)計(jì)要求閥門(mén)的正/反向關(guān)閉壓差均為7.25MPa,即在關(guān)閉(正/反向)壓差下,閥門(mén)都應(yīng)正常地開(kāi)啟或關(guān)閉。通過(guò)查閱閥門(mén)隨機(jī)資料和執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力計(jì)算書(shū),確認(rèn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)扭矩完全滿(mǎn)足關(guān)閉壓差的要求。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型是基于最低氣源工作壓力0.4MPa,而現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)氣罐壓力為0.6~0.7MPa,因而氣源壓力也能夠滿(mǎn)足閥門(mén)動(dòng)作需求。

        通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察,發(fā)現(xiàn)電磁閥得電時(shí),傳輸閥并沒(méi)有只向氣缸進(jìn)氣,而是間歇式地交替進(jìn)氣和排氣,即發(fā)生“喘氣”現(xiàn)象,同時(shí)儲(chǔ)氣罐的壓力急劇下降。當(dāng)壓力降到接近0.4MPa時(shí),傳輸閥停止切換,此時(shí)閥門(mén)不再動(dòng)作。檢查氣路配管時(shí)發(fā)現(xiàn),過(guò)濾減壓閥后面直接配置四通接頭,連接傳輸閥輸入端、氣控閥信號(hào)端和控制端,結(jié)構(gòu)緊湊。四通接頭處的氣容很小,而過(guò)濾減壓閥氣阻較大,和傳輸閥相比節(jié)流作用明顯。這樣當(dāng)電磁閥得電動(dòng)作時(shí),由于過(guò)濾減壓閥的節(jié)流,不能及時(shí)補(bǔ)充儀表空氣,造成四通接頭處A點(diǎn)(圖1中氣控閥控制端)壓力下降很快。當(dāng)壓力低于設(shè)定值(0.4MPa)時(shí),氣控閥的輸出端和排氣端導(dǎo)通,將傳輸閥控制端的壓力泄掉,此時(shí)傳輸閥不再進(jìn)氣開(kāi)閥,而是反向進(jìn)氣,使閥門(mén)關(guān)閉。

        為了進(jìn)一步驗(yàn)證分析結(jié)果,通過(guò)在四通接頭處加裝壓力表實(shí)際檢測(cè)此處壓力變化情況,見(jiàn)表1所列。

        表1 閥門(mén)動(dòng)作時(shí)儲(chǔ)氣罐和A點(diǎn)處的壓力對(duì)比

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,閥門(mén)不動(dòng)作時(shí),A點(diǎn)壓力和儲(chǔ)氣罐一樣,相差很??;當(dāng)控制信號(hào)發(fā)出,電磁閥得電時(shí),閥門(mén)打開(kāi),A點(diǎn)壓力急劇下降,大約1~2s后A點(diǎn)壓力恢復(fù)正常;電磁閥失電時(shí),閥門(mén)關(guān)閉, A點(diǎn)壓力又出現(xiàn)急劇下降,隨后A點(diǎn)壓力恢復(fù)正常;如此反復(fù),隨著控制信號(hào)打開(kāi)/關(guān)閉閥門(mén),A點(diǎn)出現(xiàn)周期性的壓力下降、恢復(fù)過(guò)程。

        當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力在0.68MPa以上時(shí),A點(diǎn)壓力最低值在0.4MPa以上,此時(shí)鎖斗閥動(dòng)作正常;當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力降到0.65MPa左右時(shí),A點(diǎn)壓力降到0.4MPa臨界值,此時(shí)鎖斗閥再動(dòng)作時(shí)會(huì)有“喘氣”現(xiàn)象,并使儲(chǔ)氣罐壓力急劇下降。原因:當(dāng)閥門(mén)動(dòng)作時(shí)氣控閥控制端壓力下降過(guò)快,低于氣控閥的設(shè)定壓力0.4MPa時(shí),氣控閥的動(dòng)作將造成傳輸閥控制端失氣,來(lái)自?xún)?chǔ)氣罐的氣源通過(guò)傳輸閥給氣缸反向供氣,閥門(mén)向關(guān)閉方向動(dòng)作;當(dāng)通過(guò)減壓閥補(bǔ)充過(guò)來(lái)的氣源壓力高于0.4MPa時(shí),氣控閥再次導(dǎo)通,氣源通過(guò)傳輸閥給氣缸正向供氣,閥門(mén)向打開(kāi)方向動(dòng)作;如此反復(fù)開(kāi)關(guān)閥門(mén),持續(xù)到儲(chǔ)氣罐壓力降到0.4MPa以下,閥門(mén)不再動(dòng)作,直到儲(chǔ)氣罐氣源壓力恢復(fù)。

        另外,從表1可知單獨(dú)調(diào)試時(shí)閥門(mén)動(dòng)作正常而開(kāi)車(chē)時(shí)閥門(mén)動(dòng)作異常。這是由于開(kāi)車(chē)前,大部分閥門(mén)沒(méi)有投用,氣源壓力較高,氣控閥端的最低壓力尚能保持在0.4MPa以上,所以閥門(mén)動(dòng)作正常;開(kāi)車(chē)后,儀表空氣用量大幅增加,氣源壓力降到0.65MPa左右,當(dāng)閥門(mén)動(dòng)作時(shí)氣控閥控制端的最低壓力甚至低于0.4MPa,這時(shí)傳輸閥在氣控閥的控制下出現(xiàn)“喘氣”現(xiàn)象,直到儲(chǔ)氣罐壓力低于0.4MPa,閥門(mén)完全不再動(dòng)作。

        4 改進(jìn)措施

        通過(guò)以上分析,確認(rèn)問(wèn)題主要是由氣控閥的控制端取壓不合理引起的,原本正常的閥門(mén)開(kāi)關(guān)動(dòng)作影響了氣控閥控制端壓力,造成氣控閥和傳輸閥誤動(dòng)作,使得閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間延長(zhǎng)或拒動(dòng)。為此做了以下改進(jìn),如圖3所示。

        圖3 鎖渣閥改造后氣路結(jié)構(gòu)示意

        從氣源主管重新敷設(shè)1根氣源管(DN15),接到氣控閥的控制端和輸入端,使氣控閥的控制端和傳輸閥的控制端都不受減壓閥后壓力波動(dòng)的影響。改進(jìn)后的控制氣路沒(méi)有改變閥門(mén)的控制功能,當(dāng)氣源主管壓力降到0.4MPa以下時(shí),氣控閥動(dòng)作,通往電磁閥的氣源被放空;若此時(shí)電磁閥仍然帶電導(dǎo)通,則傳輸閥控制端氣源通過(guò)電磁閥后,再經(jīng)氣控閥的排氣端放空;若電磁閥失電,傳輸閥控制端氣源直接通過(guò)電磁閥排氣端放空??傊?,無(wú)論電磁閥是否帶電,傳輸閥控制端氣源都會(huì)放空,傳輸閥氣路切換,使氣缸開(kāi)閥側(cè)排氣,關(guān)閥側(cè)的氣缸進(jìn)氣,保證閥門(mén)回到故障安全(關(guān)閉)位置。而當(dāng)氣源管網(wǎng)壓力大于設(shè)定壓力0.4MPa時(shí),氣控閥導(dǎo)通,來(lái)自氣源管網(wǎng)的壓力始終作用在電磁閥輸入端,這樣傳輸閥控制端只受電磁閥控制。電磁閥帶電,傳輸閥控制端得氣,閥門(mén)打開(kāi);失電,傳輸閥控制端排氣,閥門(mén)關(guān)閉,保證閥門(mén)的正常開(kāi)關(guān)動(dòng)作準(zhǔn)確可靠。

        5 改進(jìn)效果

        鎖渣閥的控制氣路按照?qǐng)D3所示增加1路控制端氣源后,閥門(mén)動(dòng)作快速、可靠。開(kāi)/關(guān)行程時(shí)間在3.2s以?xún)?nèi),完全滿(mǎn)足工藝要求。即使氣源壓力降到0.5MPa,閥門(mén)動(dòng)作依舊正常。將儲(chǔ)氣罐入口氣源閥門(mén)關(guān)閉,儲(chǔ)氣罐初始?jí)毫?.65MPa,閥門(mén)能夠開(kāi)關(guān)動(dòng)作4次,確保了閥門(mén)在事故狀態(tài)下能夠回到故障安全位置。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        閥門(mén)的控制氣路是為了滿(mǎn)足閥門(mén)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作要求而設(shè)計(jì)的,如響應(yīng)的快速性、故障狀態(tài)的可靠性、安全性等。因此,閥門(mén)控制氣路的流路設(shè)計(jì)和氣路組件的選用必須認(rèn)真對(duì)待,應(yīng)該充分理解各種氣路組件的工作原理。筆者通過(guò)一個(gè)具體案例從理論分析和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)兩方面剖析了故障原因,提出了簡(jiǎn)便易行的解決方案。

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