高艷才

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

1 吸附塔工藝簡述

中海油惠州石化芳烴聯(lián)合裝置吸附塔作為裝置的核心設(shè)備，擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)高純度對二甲苯的首要任務(wù)，2009年開工運(yùn)行，其原基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為84萬噸/年P(guān)X生產(chǎn)量，2014年通過更換吸附塔分子篩及相應(yīng)配套設(shè)施的升級改造，處理能力提升至 95萬噸/年。自2009年投產(chǎn)至今，其運(yùn)行已近12年的時間，相關(guān)開關(guān)閥故障時有發(fā)生。本文就吸附塔旁路沖洗和旁路開關(guān)閥故障處理做詳細(xì)說明，以強(qiáng)化故障處理認(rèn)知，減少操作失誤。

吸附塔采用法國IFP專利工藝技術(shù)，由A/B兩個塔通過循環(huán)泵串聯(lián)而成，共計(jì)24個床層，依靠床層內(nèi)分子篩進(jìn)行PX的吸附分離。其采用模擬移動床原理進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，即144個開關(guān)閥在順序控制系統(tǒng)(SCS)作用下按進(jìn)出物料在不同區(qū)域的設(shè)定位置進(jìn)行開或關(guān)，以實(shí)現(xiàn)物料進(jìn)出和塔內(nèi)物料區(qū)域的分配，其中進(jìn)料(F)、解吸劑(D)，抽出(E)、抽余(R)四股物料將全塔分為四個模擬移動區(qū)域，即解吸區(qū)、精制區(qū)、吸附區(qū)和緩沖區(qū)，正常床層數(shù)占比為4:10:7:3，四個區(qū)域在SCS系統(tǒng)控制開關(guān)閥開關(guān)作用下循序漸進(jìn)周而復(fù)始，保證了各區(qū)域物料濃度曲線的可控分布，實(shí)現(xiàn)了對吸附劑的模擬移動及對PX的連續(xù)提純和抽出。其示意圖如圖1所示。

圖1 吸附塔模擬移動床區(qū)域分布圖及床層液相濃度分布曲線Fig.1 Regional distribution of adsorption tower simulated moving bed and concentration distribution curve of liquid phase in bed

2 旁路沖洗的作用

吸附塔各床層物料的進(jìn)出及均勻分布是由連通各進(jìn)出支路管線并焊接在塔壁內(nèi)側(cè)的環(huán)形室完成的，其中進(jìn)塔物料F/D共用一個環(huán)形室及床層物料分配管，出塔物料E/R共用一個環(huán)形室及床層物料分配管，其意義在于簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備投資，降低運(yùn)行風(fēng)險，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 吸附塔環(huán)形室結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of adsorption tower annular chamber

根據(jù)移動床原理和環(huán)形室結(jié)構(gòu)圖可知，在無旁路沖洗的情況下，當(dāng)F物料經(jīng)過N床層環(huán)形室完成進(jìn)料后，F(xiàn)物料經(jīng)開關(guān)閥切至進(jìn)N+1床層，此時N床層F/D共用環(huán)形室內(nèi)存留的為F物料C8a組分，當(dāng)N床層區(qū)域切換進(jìn)入到解吸區(qū)頂部時，D線高純度解吸劑開始進(jìn)入N層的環(huán)形室，如此一來，環(huán)形室內(nèi)的C8a是必被帶入到解吸區(qū)，從而直接影響當(dāng)前床層PX的解吸純度，導(dǎo)致E線抽出的PX純度降低。同理，當(dāng)N床層R線采出后，N床層E/R共用環(huán)形室內(nèi)存留了大量的貧PX的C8a組分，當(dāng)N床層區(qū)域切換進(jìn)入到解吸區(qū)底部時，E線抽出直接帶走了存留的貧PX的C8a組分，從而進(jìn)一步導(dǎo)致E線中PX純度的降低。由此可知，在無旁路沖洗情況下，由F和R導(dǎo)致的各床層PX抽出純度的降低將使PX產(chǎn)品無法達(dá)標(biāo)，裝置生產(chǎn)亦無法有效進(jìn)行。

為確保F/D和E/R環(huán)形室在解吸區(qū)不受污染，特設(shè)置旁路沖洗以達(dá)到環(huán)形室內(nèi)物料連續(xù)置換，保持與當(dāng)前床層組分相近的目的，旁路沖洗示意圖如圖3所示。

圖3 吸附塔床層管線布置圖示Fig.3 Diagram of pipeline arrangement in adsorption column bed

圖3中旁路管線上的HV閥為流量調(diào)節(jié)閥，其可根據(jù)區(qū)域流量人為設(shè)定旁路沖洗流量，以使管線置換和分子篩利用達(dá)到最大優(yōu)化。

SCS控制系統(tǒng)設(shè)定，旁路開關(guān)閥受控于相鄰的F/D/E/R四個支路開關(guān)閥，即任一相鄰F/D/E/R支路開關(guān)閥自動打開時，相應(yīng)旁路開關(guān)閥自動關(guān)閉，以防進(jìn)出物料跨床層串料引起組分或塔壓波動，F(xiàn)/D/E/R各支路開關(guān)閥均關(guān)閉時，相應(yīng)旁路開關(guān)閥打開，繼續(xù)進(jìn)行共用管路的沖洗。

從圖3可知，在旁路沖洗作用下，F(xiàn)線物料在經(jīng)過N床層進(jìn)料后，N床層旁路閥一直保持打開狀態(tài)，N床層F/D環(huán)形室與N+1床層E/R環(huán)形室經(jīng)旁路管線會在精制區(qū)得到逐層沖洗。待N+1床層到達(dá)解吸區(qū)底部時，E/R環(huán)形室已與當(dāng)前床層物料組分相近，E線PX抽出不再受到R線貧PX的C8a污染，當(dāng)N床層進(jìn)入解吸區(qū)頂部時，F(xiàn)/D環(huán)形室亦與當(dāng)前床層物料相近，D線解吸劑進(jìn)入床層后，床層解吸出的PX不再受到F線C8a污染。所以旁路沖洗實(shí)現(xiàn)了床層切換及區(qū)域切換過程中F/D與E/R共用管路的智能沖洗，使各床層管路內(nèi)組分得到同步置換，保證了PX的純度和收率。

3 旁路開關(guān)閥故障類型

吸附塔開關(guān)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為雙作用氣缸結(jié)構(gòu)，閥體為高密封度球閥。為保證床層切換過程中塔壓和流量的穩(wěn)定，開關(guān)閥自動開關(guān)時間必須控制在4 s以內(nèi)，高頻次高強(qiáng)度的開關(guān)動作直接造成其各部件遭受的磨損和損壞日益加重，日常的維護(hù)在所難免。SCS系統(tǒng)允許一定量開關(guān)閥的離線維護(hù)，以實(shí)現(xiàn)吸附塔連續(xù)運(yùn)行的目的。F/D/E/R/BW開關(guān)閥除尺寸不同外，其他控制與配置方式相同，旁路開關(guān)閥控制因?qū)儆诔ｉ_閥，控制方式與F/D/E/R/BW相反。

開關(guān)閥的故障處理從設(shè)備和工藝角度來說分為兩種： (1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障：其處理深度較淺，對應(yīng)開關(guān)閥離線隔離后儀表查找原因解決即可；(2)閥體故障：其處理較復(fù)雜，需要相應(yīng)工藝管段隔離、排油、下線處理。由開關(guān)閥維修經(jīng)驗(yàn)可得出故障原因主要如下：

(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配件故障：此類型故障次數(shù)較多，多是氣動附件漏風(fēng)過大，氣路堵塞，執(zhí)行氣缸卡澀，電磁換向閥故障等原因?qū)е麻_關(guān)延時或卡澀；

(2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)回訊器故障：此類型故障次數(shù)常見，多是探頭間隙過大，探頭損壞導(dǎo)致開關(guān)延時或回訊異常；

(3)電氣回路故障：此類型故障較少，一般為線路接頭虛接，卡件故障等導(dǎo)致回訊異常；

(4)球閥閥體故障：此類故障極少，多是由于雜質(zhì)等原因?qū)е麻y體槽道卡死，執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法執(zhí)行到位等導(dǎo)致開關(guān)延時或卡澀。

以2018年的開關(guān)閥維護(hù)數(shù)據(jù)為例：F線維護(hù)8次，D線維護(hù)2次，E線維護(hù)9次，BW線維護(hù)1次，旁路開關(guān)閥則維護(hù)31次。

2018年開關(guān)閥故障包括：

(1)回訊故障(15次)：包括回訊器間隙調(diào)整(8次)、回訊盒進(jìn)水處理(6次)、回訊器更換(1次)；

(2)配件故障(8次)：包括減壓過濾器漏風(fēng)(5次)、風(fēng)線接頭漏風(fēng)(2次)、排氣閥堵塞(1次)；

(3)氣缸故障(33次)：包括氣缸漏風(fēng)(16次)、氣缸卡澀(4次)。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，隨著吸附塔開關(guān)閥運(yùn)行時間的積累，開關(guān)閥主要問題集中在氣缸密封件老化漏風(fēng)，回訊觸點(diǎn)松動導(dǎo)致靈敏度降低，各附件連接點(diǎn)密封失效漏風(fēng)，氣缸活塞磨損卡澀等等。

針對開關(guān)閥老舊嚴(yán)重、故障頻發(fā)問題，公司在2019年的大檢修中進(jìn)行了有的放矢、著重處理，如針對氣缸密封老化、活塞卡澀問題，將大量氣缸下線維護(hù)；針對大量減壓過濾器老化漏風(fēng)問題，進(jìn)行了全面更換工作。針對各風(fēng)管接頭的漏風(fēng)堵塞問題，逐一進(jìn)行測漏緊固工作等等。而旁路開關(guān)閥由于問題積累嚴(yán)重，則全部進(jìn)行了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換新工作。此次開關(guān)閥檢修取得的效果顯著，極大地降低了開關(guān)閥整體的維護(hù)頻次，開關(guān)閥平穩(wěn)運(yùn)行至今。

4 旁路開關(guān)閥故障的工藝處理

支路(F/D/E/R/BW)開關(guān)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障的處理步驟相對簡單：程序檢測到對應(yīng)支路開關(guān)閥故障自動設(shè)維護(hù)或人為主動設(shè)維護(hù)，此時開關(guān)閥通常為關(guān)狀態(tài)，現(xiàn)場將對應(yīng)的支路閘閥關(guān)閉，交付儀表處理。此過程中，由于相應(yīng)床層支路開關(guān)閥離線維護(hù)狀態(tài)，其旁路開關(guān)閥仍能保持正常沖洗狀態(tài)，所以針對其所對應(yīng)的環(huán)形室而言，不會存在雜質(zhì)物料滯留污染問題，可放心交付儀表處理。

旁路開關(guān)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障的處理過程需小心防范：因旁路的位置和作用不同，旁路開關(guān)閥維護(hù)處理的措施也大有不同，當(dāng)程序檢測到某旁路開關(guān)閥故障自動設(shè)維護(hù)或人為主動設(shè)維護(hù)，此時旁路開關(guān)閥通常為開狀態(tài)，由前述可知，旁路開關(guān)閥需在關(guān)聯(lián)支路開關(guān)閥均自動關(guān)閉時，保持開狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)共用管路的沖洗，在任意關(guān)聯(lián)支路開關(guān)閥自動打開時，其保持關(guān)狀態(tài)以防止跨床層串料。所以旁路開關(guān)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)處理過程中需充分理解并特別注意如下事項(xiàng)：

(1)旁路沖洗引起的C8a污染問題主要集中在解吸區(qū)的D線入和E線出，所以只要保證旁路沖洗在進(jìn)入到精制區(qū)后其為打開并保持連續(xù)沖洗狀態(tài)，就能確保E線抽出時PX的純度。即維修狀態(tài)的旁路開關(guān)閥在進(jìn)入到精制區(qū)后保持強(qiáng)制打開沖洗狀態(tài)，當(dāng)即將進(jìn)入解吸區(qū)時，在關(guān)聯(lián)的E線開關(guān)閥打開前(20～40 s左右)關(guān)閉旁路閥，以后一直保持關(guān)閉狀態(tài)(即解吸區(qū)、緩沖區(qū)、吸附均為關(guān)閉狀態(tài))，盡管此時F/D環(huán)形室內(nèi)保留有微量解吸區(qū)底部的非PX的C8a，D線注入后多少會影響PX抽出純度，但這種微量已不足以影響到產(chǎn)品質(zhì)量。此外，在R線采出時，無疑也會損失一部分E/R環(huán)形室的PX，短期降低了收率，但這最大化增加了儀表處理時間，減少了頻繁操作造成的次生問題，實(shí)踐效果非常簡潔可靠。

(2)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸故障需更換氣缸的過程中，可準(zhǔn)備手動開關(guān)旁路閥的專用扳手，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)下線的情況下利用扳手現(xiàn)場開關(guān)使精制區(qū)時打開得到?jīng)_洗和其他區(qū)域的關(guān)閉。

(3)手動操作HV閥的前提是其對應(yīng)旁路開關(guān)閥為開狀態(tài)，若對應(yīng)旁路開關(guān)閥開回訊不正常(關(guān)回訊或無回訊)，是無法手動關(guān)閉HV閥的。當(dāng)手動關(guān)閉HV閥后，當(dāng)此床層完成區(qū)域切換后，手動關(guān)閉的HV閥會自動開至設(shè)定閥位，以實(shí)現(xiàn)各區(qū)域旁路流量的自動控制，所以在旁路閥維護(hù)情況下，利用HV閥控制旁路流量需特別小心。

(4)儀表處理完畢，經(jīng)調(diào)試合格投用。此時應(yīng)注意，應(yīng)在相關(guān)聯(lián)的開關(guān)閥均是關(guān)閉的前提下，使處理好的旁路開關(guān)閥保持開狀態(tài)投用，手動調(diào)節(jié)HV閥設(shè)定至相應(yīng)的區(qū)域流量，并關(guān)注任一關(guān)聯(lián)支路開關(guān)閥打開時此旁路閥是否同步關(guān)閉，區(qū)域切換后，相應(yīng)HV閥位、流量設(shè)定是否跟蹤區(qū)域設(shè)定流量正常。

簡而言之，旁路開關(guān)閥的處理過程應(yīng)盡量采取可用的辦法如專用扳手、暫停維護(hù)、開氣路供風(fēng)等可用手段保持精制區(qū)床層的旁路沖洗完好，處理過程中注意上述細(xì)節(jié)問題，維修完后正確投用就不會導(dǎo)致嚴(yán)重的次生問題。

無論是支路開關(guān)閥還是旁路開關(guān)閥，若產(chǎn)生因閥體卡澀等需下線的故障，因需要隔離相應(yīng)吸附塔本體側(cè)閘閥，導(dǎo)致相應(yīng)旁路沖洗無法實(shí)現(xiàn)，所以需要將對應(yīng)旁路開關(guān)閥及其關(guān)聯(lián)的所有開關(guān)閥離線維護(hù)，然后整體隔離排油后，方可交付儀表處理，處理完畢后逐個投用即可。但是，在保證進(jìn)料潔凈和格柵網(wǎng)不破損的情況下，出現(xiàn)閥體卡澀的概率很小，若真出現(xiàn)，則通知工程師進(jìn)行專項(xiàng)處理。

5 結(jié) 論

通過對吸附塔運(yùn)行原理和床層管線配置的說明與分析，詳述了旁路沖洗在吸附塔內(nèi)部的作用與機(jī)理，總結(jié)了開關(guān)閥的故障類型和對應(yīng)解決之道，提出了旁路閥故障情況下的處理原則和方法。惠州石化在旁路開關(guān)閥的維護(hù)處理上遵循著如上原則和方法，證實(shí)了上述原則和處理方法的可靠性和實(shí)用性，最有利地保證了產(chǎn)品純度和操作安全。