楊會兵

（中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

聚丙烯和聚乙烯裝置屬于主裝置。其工藝是由氣相原料反應生產(chǎn)固體聚合物粉料，影響裝置長周期運行的主要因素之一是出料系統(tǒng)的PDS 高頻球閥。

1 PDS工藝流程

聚丙烯裝置采用美國DOW 公司的UNIPOL 氣相流化床聚丙烯工藝，該工藝可生產(chǎn)104 個牌號聚丙烯產(chǎn)品，其中包括32 個均聚、16 個無規(guī)共聚和52 個抗沖共聚牌號產(chǎn)品。裝置以丙烯為原料，年生產(chǎn)30 萬噸粒狀聚丙烯樹脂，可生產(chǎn)各類型的均聚物、無規(guī)共聚物以及抗沖共聚物產(chǎn)品。聚丙烯工藝流程主要包括原料精制、聚合反應、排放回收、擠壓造粒、粒料輸送等。其中，PDS 出料系統(tǒng)是聚合反應非常重要的組成部分，丙烯在氣相流化床反應器中適當?shù)臏囟?、壓力及催化劑的作用下聚合反應生產(chǎn)粉狀的聚丙烯。當粉狀的聚丙烯到達一定的床高、床重，就會按照邏輯順序控制依次出料，分別經(jīng)過產(chǎn)品室、產(chǎn)品吹出罐后排出至產(chǎn)品接收料倉和脫氣倉[1]。

聚合反應器有4 條產(chǎn)品下料線，分成A、B 兩組。PDS下料系統(tǒng)包括4 臺產(chǎn)品下料罐C-4101/4106/4105/4107 和4臺產(chǎn)品吹出罐C-4103/4108/4110/4112。每條產(chǎn)品下料線均由一臺產(chǎn)品下料罐、一臺產(chǎn)品吹出罐和14 臺兩位式球閥組成，另外有2 臺兩位式球閥用于組內(nèi)兩條產(chǎn)品下料線之間的氣體平衡。兩組PDS 下料系統(tǒng)按照時間和壓力的邏輯控制關系相互交替使用[2]。當其中一條產(chǎn)品下料線發(fā)生故障時，其它產(chǎn)品下料線可分別獨立運行。每組內(nèi)兩條產(chǎn)品下料線之間的氣體能夠相互傳送，以減少循環(huán)氣損失，但是兩組PDS 下料系統(tǒng)產(chǎn)品下料線之間的氣體不能相互傳送。

以單條產(chǎn)品下料線為例：粉料從反應器進入產(chǎn)品下料罐C-4101/4106/4105/4107，依靠壓差和重力的作用，從產(chǎn)品下料罐進入產(chǎn)品吹出罐C-4l03/4108/4110/4112。

2 PDS順控與聯(lián)鎖邏輯

2.1 PDS順控

聚丙烯裝置第一反應器共有PDS 氣動閥門60 臺，閥門動作順控見表1。

表1 聚丙烯裝置PDS閥門動作順控Table 1 Sequence control of PDS valve action in polypropylene plant

圖1 PDS工藝流程圖Fig.1 PDS Process flow diagram

圖2 RG執(zhí)行機構剖視圖Fig.2 RG Actuator cross-sectional view

圖3 LPS執(zhí)行機構剖視圖Fig.3 LPS Actuator cross-sectional view

表2 PDS閥常見故障及原因分析Table 2 Common faults and cause analysis of PDS valve

備注：向上箭頭↑表示閥門打開，向下箭頭↓表示閥門關閉，空白表示閥門保持不動作。

2.2 PDS聯(lián)鎖邏輯

1）HS-4101-1Q、HS-4106-1Q PDS 鎖位開關

兩位開關，設置在現(xiàn)場，位于每套對應的PC 和PBT之間。“自動（AUTO）”位置允許PDS 邏輯在“AUTOMATIC”或“手動”兩個模式下操作，“OFF”位置能夠鎖定開關。這允許人員在現(xiàn)場安全地操作或維護PDS 在程序循環(huán)的過程中，旋轉這個開關到“OFF”位置，將立刻終止程序，所有的閥門都回到故障安全位置[3]。當HS-4101-1Q、HS4106-1Q 轉向“OFF”位置時，控制室相對應的“現(xiàn)場Q 開關鎖定OFF 位置”狀態(tài)指示被點亮。

2）HS-4101-1S、HS-4106-1S PDS 操作開關

三位軟開關，位于控制室操作界面上。“啟動”位為瞬時信號，若滿足以下條件，則“啟動”信號會被鎖定：HS4101-1Q（HS4106-1Q）現(xiàn)場開關在“自動”位置、HV-4103-9（HV-4108-9）打開、PC 罐壓力高于PA2L-4101-2（PA2L-4106-2）、PBT 罐壓力低于PA5H-4103-1（PA5H-4108-1）。若以上條件不滿足，則開關彈至“中間”位，并出現(xiàn)“PDS 循環(huán)因系統(tǒng)故障終止”報警。若將開關打到“停止”位，將停止PDS 循環(huán)，所有閥門回到安全位置。

3）HS-4101-1T、HS-4106-1T PDS 模式選擇開關

“自動”PDS 以自動模式運行。

“手動”PDS 以手動模式運行，允許手動動作閥門。

“停止”PDS 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)，準備重新啟動。

4）閥門動作條件

A 閥，常開，關閉此閥不需其他邏輯條件。

B 閥，常閉，手動打開此閥還需滿足以下條件：D、E、H、L、M、W 閥關閉；PC 罐壓力高于PA2L-4101-2；產(chǎn)品接收倉PR 料位低于LA2H-5013-1 且PPB 不在旁路狀態(tài)或HS-4311-2D 在抗沖狀態(tài)。

C 閥，常開，關閉此閥沒有條件。

D 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A 閥、C 閥均關閉；E、G、M、W、X 閥均關閉。

E 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A 閥、C 閥均關閉；1#線PBT 不需要吹掃；PR 隔爆膜完好（ZA-5013-9）；D、G、H、M、X 閥均關閉；2# 線PDS 沒有下料（2#線E 閥、M 閥關閉或2#線現(xiàn)場鎖定開關在“OFF”位置）；PR 壓力低于PA3H-5013-5；PBT 壓力低于PA2H-4103-13；中間傳送系統(tǒng)允許信號存在（HS-4311-2D 在“抗沖”位置，BB、EE 閥開、JJ、FF 閥關、過濾器料位低于LAH-4312-11，差壓低于PDAH-4312-2）[4]。

G 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：PC 罐壓力高于PA2L-4101-2；D、E、H、L、M 閥關閉。

H 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A 閥、C 閥均關閉；E、G、M、W、X 閥關閉。

J 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A、C 閥均關閉；G 閥關閉；PBT 罐壓力低于PAH-4103-1。

L 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A、C 閥均關閉；G 閥關閉；W 閥關閉。

M 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A、C 閥均關閉；PBT 罐壓力低于PA4H-4103-1；D、E、G、H、X 閥均關閉；PR 隔爆膜完好（ZA-5103-9）；PR 壓力低于PA3H-5013-5；2#線沒有下料（2#線M 閥、E 閥均關閉）或2#線PDS 鎖定開關HS-4106-1Q 在“停止”位置；來自IRTS 的許可（HS-4311-2D 在抗沖位置且轉移罐過濾器壓力低于PA2H4312-3（PA2H4322-3）的設定值，轉移罐過濾器差壓低于PDAH-4312-2（PDAH-4322-2）的設定值）。

P 閥，正常情況下P1、P2、P3 均關閉。在產(chǎn)品出料循環(huán)過程中，不對這3 個閥門進行操作。在自動模式下，此3 個閥門無法打開。只有系統(tǒng)維護時，通過HS-4101-1P（HS-4106-1P）在P1、P2 和P3 能在手動模式操作以前，下列聯(lián)鎖條件必須滿足：PBT 的壓力必須低于PAH-4103-1（PAH-4108-1），“手動”許可必須滿足，閥G 和J必須是關閉的；或者閥B 確認關閉，或者閥A、C 確認關閉。如果這些條件都滿足，通過將HS-4101-1P（HS-4106-1P）設置到OPEN 位置，閥P1 和P2 能被打開，閥P3 被關閉（首先關閉P3，延時1s 后再打開P1、延時2s 后打開P2）。

W 閥，常閉，要手動打開此閥必須滿足以下條件：兩個PDS 的閥D、G 和H 必須確認關閉，兩個PDS 的閥B 確認關閉，或者兩個PDS 的閥A 和閥C 確認關閉、兩個PDS的“手動”許可必須滿足、兩個PDS 的PC 的壓力必須大于PA2L-4101-2 和PA2L-4106-2[5]。

X 閥，常閉，手動打開此閥必須滿足以下條件：兩個PDS 的閥D、E、H 和J 必須確認關閉，兩個PDS 的“手動”許可滿足。

3 PDS閥常見故障及原因分析

聚丙烯裝置PDS 閥門具有極高的動作頻次和循環(huán)次數(shù)，相關PDS 閥門、氣控閥、電磁閥每年動作約20 萬次～26萬次，頻繁動作加大了閥芯、閥桿、填料、執(zhí)行機構等磨損以及彈簧疲勞[6]。2014 年7 月投產(chǎn)至今已長周期運行8年半的時間，這期間高頻球閥、執(zhí)行機構、電磁閥、氣控閥均有各類故障出現(xiàn)，影響裝置平穩(wěn)長周期運行。

4 PDS長周期運行的優(yōu)化改造

4.1 RG執(zhí)行機構改LPS執(zhí)行機構

從以上兩張圖中可以看出，兩種執(zhí)行機構的原理不同。RG 的彈簧缸為拉拽式，LPS 的彈簧缸為推壓式。RG 型彈簧缸存在拉桿與彈簧末端拉盤脫落的風險，彈簧力最大的位置是壓縮量最大的情況，類似于“拉滿弓”狀態(tài)，鑒于內(nèi)蒙古某公司的彈簧缸端蓋飛出的現(xiàn)象分析，只有此時是最危險的。

Flowserver 根據(jù)RG 執(zhí)行機構使用的環(huán)境及其自身產(chǎn)品的原理，出具了一個對于在PDS 產(chǎn)品出料系統(tǒng)中應用的維護指導意見。意見中說明：“PDS 閥門的E 閥因震動需要定期檢查執(zhí)行機構各部位的連接螺栓（附檢查程序），建議每6 個月檢查一次?！辈⑶裔槍 閥的檢查項目也進行了明確[7]。產(chǎn)品手冊上已經(jīng)標明，對于LPS 型執(zhí)行機構是不需要對氣缸和彈簧缸進行維護保養(yǎng)的。通過與廠家技術咨詢溝通，對RG 執(zhí)行機構內(nèi)連接螺栓定期緊固檢查，之后采購了3 臺改進型的LPS 型執(zhí)行機構替換原RG 執(zhí)行機構，這樣避免了RG 執(zhí)行機構極端情況下端蓋蹦出造成對人員傷害的風險。

4.2 極寒天氣的應對措施

對于中國北方，冬季可能遇到極寒特殊天氣，氣溫可達-20℃～-40℃，執(zhí)行機構內(nèi)部潤滑油流動性變差，潤滑效果也變差，甚至可能出現(xiàn)閥門動作緩慢、閥門不動作情況；同樣，氣控閥、電磁閥在極寒天氣下，閥芯也會出現(xiàn)動作緩慢甚至不切換的情況發(fā)生[8]。因此，應對極寒天氣，現(xiàn)場采取了保溫措施，纏繞點伴熱帶、包工業(yè)棉被等保溫措施，效果顯著，并且采購備件時明確要求必須是耐低溫型氣控閥、電磁閥。

4.3 反饋連接桿易斷裂的改造

PP 裝置PDS 閥門自動出料動作頻次高，且現(xiàn)場有振動，W 閥在傾斜管道上安裝，綜合以上不利因素，W 閥出現(xiàn)數(shù)次反饋桿斷裂故障，PDS 無法正常出料。通過對閥門反饋進行改造，主體思路是摒棄初始設計時氣缸主軸與反饋桿硬連接的方式，進行優(yōu)化改造，取消反饋連接桿，在氣缸主軸末端焊接兩個成90°夾角的回訊監(jiān)測點，重新加工接近開關的安裝支架，這樣就有效消除因執(zhí)行機構主軸與反饋桿不同心導致反饋桿斷裂的隱患，避免反饋桿斷裂造成PDS 停止出料的事件發(fā)生[9]。

4.4 閥門填料漏

PDS 閥門填料漏為出現(xiàn)頻次最高的故障，高頻率的動作使閥桿磨損嚴重，造成閥門填料磨損嚴重，介質(zhì)頻繁外漏。填料外漏時現(xiàn)場只更換了頂層纏繞編織填料，沒有對填料函進行清理和更換全部填料。根據(jù)工廠經(jīng)驗，當填料函出現(xiàn)外漏，首先是底層石墨密封圈損壞，如果在不更換石墨密封圈的情況下，只更換纏繞編織填料，其填料密封的效果不是很好。如果在更換纏繞編織填料時不清理填料函和間桿，密封效果會更差。為了達到密封效果，必然會壓緊填料函螺栓，這就會導致圓桿的摩擦力變大，影響閥門的工作性能。因此，在更換閥門填料時，將頂層纏繞編織填料和底層石墨密封圈全部更換，這樣就保證填料更長的使用壽命。

4.5 降低執(zhí)行機構串氣風險

聚丙烯PDS 現(xiàn)場裝配KINETROL 的扇型執(zhí)行機構和Bettis 的活塞式執(zhí)行機構，尤其是KINETROL 扇型執(zhí)行機構在高頻動作情況下容易發(fā)生串氣故障。該執(zhí)行機構為鑄鋁材質(zhì)，執(zhí)行機構內(nèi)壁拉傷嚴重后無法維修，更換執(zhí)行機構經(jīng)濟成本非常高。因此，降低執(zhí)行機構串氣風險非常有必要[10]。定期對PDS 扇形執(zhí)行機構進行下線保養(yǎng)維護，更換密封組件，清理執(zhí)行機構內(nèi)腔并增加潤滑脂，這樣大大增加了扇形執(zhí)行機構使用壽命。

5 結束語

通過對PDS 工藝流程、順控及聯(lián)鎖邏輯的掌握，不斷積累現(xiàn)場實際生產(chǎn)經(jīng)驗，快速精準分析判斷PDS 故障的原因，最大限度縮短PDS 故障處理的時間，并通過對PDS 進行針對性的改造升級，為UNIPOL 聚丙烯裝置的長周期穩(wěn)定運行提供了可靠支撐，同時也為同類型聚丙烯裝置PDS設計、操作、維護提供了思路和參考。