孫博(煙臺國潤銅業(yè)有限公司，山東 煙臺 264002)

0 引言

分子篩純化系統(tǒng)在空分系統(tǒng)整個工藝流程中起著非常重要的作用，配套閥門的可靠、靈活、穩(wěn)定運行是分子篩純化系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要前提[1]。分子篩閥門一般使用氣動閥，除閥門本體外還配有氣缸、過濾減壓器、電磁閥、行程開關(guān)、定位器等部件。煙臺國潤銅業(yè)有限公司16 000 m3/h空分設備由杭州福斯達深冷裝備股份有限公司整體設計制造，采用常溫分子篩吸附凈化，膨脹空氣進上塔，規(guī)整填料上塔、下塔、輔塔，全低壓三塔富氧流程。于2017年7月正式投產(chǎn)。分子篩純化系統(tǒng)切換閥門均采用國產(chǎn)某公司生產(chǎn)的氣動閥門。分子篩純化系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 分子篩流程圖

1 故障分析及維修經(jīng)過

2019年12月18日分子篩時序自動暫停，停在MS1202切換MS1201步驟，KV1201已開啟，重啟時序，恢復正常。儀表進行檢查，氣源壓力正常，肥皂水檢查各接口未發(fā)現(xiàn)漏氣。2020年1月1日故障，停在MS1202切換MS1201步驟，KV1201未能打開。手動開閥后，重啟時序，恢復正常。1月2日，儀表進行檢修，更換了電磁閥。1月3日故障，停在MS1201準備泄壓步驟，KV1201未能關(guān)閉。手動關(guān)閉。重啟時序，恢復正常。儀表檢修后判斷閥門氣缸內(nèi)漏，由于系統(tǒng)無法停車，暫時無法徹底修復，要求故障時操作工手動操作。之后1月份出現(xiàn)故障12次，有6次為行程開關(guān)故障，調(diào)整后恢復正常。4月份出現(xiàn)故障3次，8月份出現(xiàn)故障3次，其中一次為KV1202。

8月23日，系統(tǒng)停車，進入大修期。大修期間，在廠家技術(shù)人員的指導下，對KV1201、KV1202閥門氣缸進行了拆解。發(fā)現(xiàn)KV1201氣缸壁磨蝕嚴重，O型圈磨損，KV1202氣缸輕微磨蝕，兩個氣缸壁均發(fā)現(xiàn)水滴。采用打磨氣缸壁，更換氣缸密封件，涂抹氣缸潤滑脂潤滑的方式進行維修，并更換KV1201行程開關(guān)。

2 閥門故障原因分析

2.1 氣缸進水是閥門故障的直接原因

水分進入氣缸后會腐蝕氣缸壁，使光滑的氣缸壁變得粗糙，并產(chǎn)生的鐵銹。

氣缸受缸壁粗糙及鐵銹影響，運行卡澀，并且活塞O型圈與鐵銹擠壓摩擦，造成O型圈磨損、氣缸內(nèi)部漏氣，開關(guān)動作時間逐漸延長[2]，超過時序限定時間后，時序自動暫停，但閥門仍將緩慢動作到位。這與第一次故障現(xiàn)象吻合。

隨著活塞O型圈的不斷磨損，氣缸內(nèi)部漏氣速度加快，達到一定程度時，活塞推力下降過快，閥門將無法動作到位[2]。這與之后的故障現(xiàn)象吻合。

2.2 氣缸進水原因

2.2.1 儀表氣帶水進入氣缸

空分系統(tǒng)運行時。儀表氣使用的是分子篩后的凈化空氣，有相關(guān)的露點檢測設備，查閱記錄，露點一直在-80℃以下，符合儀表氣的相關(guān)要求，并且如果分子篩后空氣帶水，將造成冷箱內(nèi)板式換熱器冰堵，而整個周期板式換熱器工作正常，該情況可以排除。

空分系統(tǒng)開車時。使用儀表壓縮機提供儀表氣，該設備已使用20余年，干燥工序有可能失效造成儀表氣帶水。大修結(jié)束，空分系統(tǒng)再次開車時，使用手持式露點儀檢測露點為-63 ℃，符合儀表氣的相關(guān)要求，該情況可以排除。

2.2.2 雨、雪、潮濕空氣通過電磁閥、調(diào)壓過濾器、管路漏點進入氣缸

空分系統(tǒng)運行時。電磁閥前的儀表管路處于正壓狀態(tài)，即便出現(xiàn)泄漏，外界水分也無法進入，并且儀表工已使用肥皂水進行檢測，未發(fā)現(xiàn)漏點，該情況可以排除。電磁閥本身。該氣缸配套2位5通電磁閥(圖2)，存在接口3、接口5與外界相通。當閥門開啟或關(guān)閉時，氣缸排氣側(cè)排氣，處于常壓狀態(tài)4小時左右，氣缸為室外放置，缺少擋雨設施，只使用塑料布包裹防雨，為保證排氣順暢，排氣口扭至水平，存在雨水進入的可能。根據(jù)電磁閥與氣缸連接方式，氣缸兩端的入口位于電磁閥下方，管路明顯下彎，雨水更易進入，與KV1201、KV1202氣缸均為兩端銹蝕且銹蝕地點靠近進氣口的現(xiàn)象吻合。該情況可能性較大。車間對此進行了改造，加裝了防雨罩，隨后系統(tǒng)平穩(wěn)運行一年多，閥門未出現(xiàn)類似故障。

圖2 2位5通電磁閥圖形符號

空分系統(tǒng)長時間停車時。儀表管路處于常壓狀態(tài)，水汽有可能從電磁閥排氣口或主管道漏點進入。電磁閥處于常態(tài)位時，接口3關(guān)閉，接口5連通。接口5與氣缸中部連通，與腐蝕部位不符，從電磁閥排氣口進入的情況可以排除。主管道漏點進入的水汽可以通過接口2進入氣缸兩端，但是接口1的進氣管明顯上彎，液態(tài)水難以進入，氣態(tài)水進入量有限，該情況可能性較小。

3 應急措施

銅冶煉企業(yè)的空分設備主要是為冶煉工藝提供氧氣，如果突然停氧，將對冶煉工藝造成影響，產(chǎn)生經(jīng)濟損失，所以一切應急措施都以不停氧為目標。分子篩閥門發(fā)生此類故障時，一般為時序切換節(jié)點。如果是吸附器切換的關(guān)鍵節(jié)點，將造成已處于吸附末期的吸附器持續(xù)工作。單一吸附器的設計裕量一般為30 min，如果30 min內(nèi)無法排除故障，吸附器可能被穿透，將造成空分系統(tǒng)停車、停氧。所以針對不同的閥門采取適當?shù)氖謩硬僮鳂O為關(guān)鍵。手動操作閥門完成時序規(guī)定的開關(guān)動作，保證工藝的順暢，需要在短時間內(nèi)完成，此時分子篩未被穿透，空分系統(tǒng)可以繼續(xù)運行。之后需要適當調(diào)整加溫時長、再生氣量、再生氣溫度，保證再生充分。

3.1 切換閥

使用扳手、管鉗或制作的專用工具，夾緊閥軸，順著動作方向扭動，待行程開關(guān)接觸后，閥門動作到位。期間操作要緩慢，工具不得碰觸行程開關(guān)，防止行程開關(guān)錯位，無法正確反饋。手動操作期間DCS系統(tǒng)要保持對閥門的控制，保證電磁閥閥位正確，氣缸可以順利排氣。如果氣缸內(nèi)漏嚴重，阻力過大，難以操作，可以將閥門氣源暫時關(guān)閉，此時先導型電磁閥將失去作用，需要將氣缸氣路接口拆開，排氣后繼續(xù)操作。

3.2 調(diào)節(jié)閥

該系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥配有手輪，斷開儀表氣，將閥門調(diào)整到手動模式，使用手輪操作，觀察現(xiàn)場定位器刻度保證閥門開度符合工藝要求。如果沒有手輪，只能使用工具輔助操作，期間盡量不要斷開儀表氣，否則在氣流沖擊下閥門難以保持開度，需要人員一直在現(xiàn)場持工具固定。

4 預防措施

4.1 外部設施

執(zhí)行機構(gòu)加裝防雨罩，配套的電磁閥加裝保溫箱，可有效避免因環(huán)境原因而造成閥門故障。

4.2 附件配置

電磁閥最好使用雙控三位5通電磁閥，當系統(tǒng)停車時，電磁閥進氣口、排氣口都處于關(guān)閉狀態(tài)，更利于保護氣缸。電磁閥排氣口可以配置防水的消音器或加延長管，管口朝下。配置帶有水分離功能的過濾減壓器，可以有效應對儀表氣帶水的突發(fā)情況。

4.3 儀表氣

空分系統(tǒng)開車時的臨時儀表氣需要進行露點檢測，合格后才能送入儀表管路。如果干燥工序使用切換流程，切換末期需要再次檢測?？辗窒到y(tǒng)運行期間，要保證分子篩后的空氣潔凈。

4.4 維保制度

定期計量切換閥門的動作時間，觀察調(diào)節(jié)閥的開度曲線，當發(fā)現(xiàn)異常后，要及時排查故障，防止閥門失靈。

定期檢查電磁閥排氣管，根據(jù)閥門狀態(tài)和電磁閥的圖形符號來判斷切換閥氣缸是否存在內(nèi)漏。

空分系統(tǒng)停車時，使用液氮儲罐或其他潔凈氣源，為儀表管路充氣保壓。堵住電磁閥兩個排氣口，防止外界水汽進入。

5 結(jié)語

本次故障反映出對于閥門的穩(wěn)定運行，合理的外部設施、附件配置是前提，合格的儀表氣、完善的維保制度是關(guān)鍵。當故障發(fā)生時，及時的手動操作、適當?shù)脑诰€搶修將有效避免空分系統(tǒng)的不必要停車，減少因空分系統(tǒng)停車造成的經(jīng)濟損失。