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        聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)改造

        2024-01-01 00:00:00郭江明劉怡李書輝李月英韓叢杰
        化工自動化及儀表 2024年4期
        關(guān)鍵詞:閥門

        摘 要 介紹聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門的作用、組成結(jié)構(gòu)以及閥門在化工生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障。分別針對全密度聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)和高密度聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)出現(xiàn)的故障進行分析研究,基于閥門位置開關(guān)檢測原理和閥門位置開關(guān)安裝方式,分別對閥門位置開關(guān)檢測片進行優(yōu)化改進,對閥門位置開關(guān)安裝位置和檢測結(jié)構(gòu)進行調(diào)整,解決了聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)故障,極大地改善了閥門的穩(wěn)定性,保證了閥門的長周期平穩(wěn)運行。

        關(guān)鍵詞 閥門 出料系統(tǒng) 閥門位置開關(guān) 檢測片

        中圖分類號 TP214 " 文獻標志碼 B " 文章編號 1000-3932(2024)04-0742-04

        聚乙烯產(chǎn)品根據(jù)聚合方法、分子量大小和鏈結(jié)構(gòu)的不同,分為高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和線性低密度聚乙烯(LLDPE)產(chǎn)品。高密度聚乙烯產(chǎn)品機械強度高、加工性能好、耐滲透性好,廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中;低密度聚乙烯產(chǎn)品的應(yīng)用范圍也比較廣泛,主要應(yīng)用于塑料產(chǎn)品、模制產(chǎn)品等;與低密度聚乙烯產(chǎn)品相比,線性低密度聚乙烯具有優(yōu)異的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能和電絕緣性,較高的耐熱性能、抗沖及耐穿刺性能等。聚合裝置反應(yīng)器粉料出料系統(tǒng)由于工藝專利商不同,選用的閥門和出料控制系統(tǒng)有所不同,但是出料系統(tǒng)的作用是相同的,即把反應(yīng)器產(chǎn)生的聚合粉料樹脂分批送到產(chǎn)品后續(xù)單元。一般每個裝置都有兩套出料系統(tǒng)(包括工藝設(shè)備——罐,儀表設(shè)備——出料系統(tǒng)閥門、壓力表及出料控制系統(tǒng)(順控程序)等),產(chǎn)品樹脂粉料通過這兩套交替使用的產(chǎn)品出料系統(tǒng)間歇地從反應(yīng)器中排出,正常情況下交替操作,但每套出料系統(tǒng)又可獨立工作。粉料樹脂產(chǎn)品按照時間和壓力的邏輯關(guān)系,從反應(yīng)器進入產(chǎn)品出料罐,再從產(chǎn)品出料罐落入產(chǎn)品吹出罐,然后被送往粉料脫氣系統(tǒng)的產(chǎn)品脫氣倉。當(dāng)一套出料系統(tǒng)故障時,能夠?qū)崿F(xiàn)單套出料,進而保證反應(yīng)器(裝置)不停車,一般單套運行需要適當(dāng)降低生產(chǎn)負荷。

        作為聚合裝置反應(yīng)器出料系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的控制閥,對其性能要求更加苛刻,實際應(yīng)用中出料系統(tǒng)閥門開關(guān)次數(shù)高達10~150 萬次/年,閥門開關(guān)行程時間小于3 s,并且應(yīng)用在粉料、振動等環(huán)境惡劣場合。伴隨粉料的出料過程,還有高壓差和裝置出料時的振動對閥門的影響。此外,產(chǎn)品介質(zhì)也往往含有研磨性元素,連續(xù)聚合可能導(dǎo)致聚合物在某些閥門部件閥芯中積聚。這就需要出料系統(tǒng)閥門能夠滿足出料系統(tǒng)的高頻次動作,閥門開關(guān)正常,并且及時處理故障閥門,以保證兩套出料系統(tǒng)運行正常。因此,出料系統(tǒng)閥門在出料系統(tǒng)中變得尤為重要,維護聚合裝置出料系統(tǒng)閥門平穩(wěn)長周期運行成為重點工作。

        1 出料系統(tǒng)閥門簡介

        如圖1所示,出料系統(tǒng)閥門控制回路主要由閥體、執(zhí)行機構(gòu)、氣源(氣路附件)、電磁閥、位置開關(guān)、安全柵及控制系統(tǒng)等組成。

        聚合裝置出料系統(tǒng)閥門數(shù)量較多,全密度兩條反應(yīng)器出料系統(tǒng)使用56臺閥門,高密度出料系統(tǒng)使用11臺,并且每臺閥門附件繁多。出料系統(tǒng)閥門的任何附件、單元出現(xiàn)故障,都會造成閥門指示不準確或出料故障,嚴重影響生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運行。

        自開工以來,統(tǒng)計出料系統(tǒng)閥門故障次數(shù),發(fā)現(xiàn)閥門位置開關(guān)故障一直屬于故障較多的項。筆者就裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)出現(xiàn)的故障進行解釋說明及改造。

        閥門位置開關(guān)就是閥門到達一定位置的指示器,安裝在現(xiàn)場控制閥上,將閥的啟閉位置以開關(guān)量信號輸出給外部或遠端監(jiān)控設(shè)備,如中控室的指示燈、DCS、PLC等進行發(fā)光或顯示,或?qū)⑿盘柼峁┙o相應(yīng)的聯(lián)鎖程序加以控制。種類有觸點式閥門位置開關(guān)、無觸點式(接近式)閥門位置開關(guān),全密度聚乙烯裝置、高密度聚乙烯裝置都使用的是接近式閥門位置開關(guān)。

        接近式閥門位置開關(guān)是一種非接觸型檢測裝置,按工作原理可分為電渦流型、電容型、感應(yīng)電橋型等。它將感應(yīng)探頭安裝在預(yù)先固定好的位置,當(dāng)安裝于閥桿上的金屬桿(檢測片)接近探頭時,會產(chǎn)生一定的高電平或低電平感應(yīng)電壓,再通過相應(yīng)的安全柵轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號。此類閥門位置開關(guān)抗環(huán)境干擾性能較好、工作可靠,適用于操作頻率高的場合。

        2 全密度聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)改造

        2.1 閥門位置開關(guān)使用情況

        全密度聚乙烯裝置反應(yīng)器有兩套產(chǎn)品出料系統(tǒng),正常情況下交替操作,但每套出料系統(tǒng)又可獨立工作。產(chǎn)品出料系統(tǒng)由兩個產(chǎn)品出料罐和兩個產(chǎn)品吹出罐組成。粉料樹脂產(chǎn)品按照時間和壓力邏輯關(guān)系,從反應(yīng)器進入產(chǎn)品出料罐,再從產(chǎn)品出料罐落入產(chǎn)品吹出罐,然后被送往粉料脫氣系統(tǒng)的產(chǎn)品脫氣倉。每套出料系統(tǒng)由A、B、C、D、E、G、H、J、L(各兩臺)控制閥、兩套出料系統(tǒng)間的兩臺控制閥W、X(平衡兩套系統(tǒng)的物料)、常開兩臺R閥和排放系統(tǒng)兩臺P1閥組成,全密度聚乙烯裝置總計有24臺出料系統(tǒng)閥門組成,出料系統(tǒng)的邏輯控制由PLC完成。全密度PDS出料系統(tǒng)簡圖如圖2所示(1 psi=6.895 kPa)。

        查閱歷年出料系統(tǒng)閥門故障記錄和儀表管理系統(tǒng)記錄發(fā)現(xiàn),出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)故障次數(shù)排在首位,通過對這些故障分析發(fā)現(xiàn),全密度聚乙烯裝置出料系統(tǒng)閥門的閥門位置開關(guān)質(zhì)量(檢測單元)沒有問題,滿足閥門正常運行的要求。但由于出料系統(tǒng)閥門屬高頻率開關(guān)閥,并且每次工藝出料閥開關(guān)時都伴隨著振動,因此造成檢測片與檢測單元有了一定的振動距離,這種距離如果過大,就會造成檢測信號丟失。信號連續(xù)丟失會造成全密度聚乙烯裝置出料系統(tǒng)故障,進而造成裝置降負荷或者循環(huán)。

        2.2 閥門位置開關(guān)改造

        通過查看閥門位置開關(guān)檢測信號丟失情況,發(fā)現(xiàn)全密度出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)檢測信號丟失主要表現(xiàn)在檢測片與檢測單元感應(yīng)距離或面積發(fā)生了偏移所致。分析造成這種情況的原因,應(yīng)是全密度聚乙烯出料系統(tǒng)閥門在裝置運行出料時會有振動,這種振動會造成檢測單元與檢測片之間距離不穩(wěn)定,時遠時近,且檢測面積有時發(fā)生偏移。

        由于出料系統(tǒng)閥門的特殊性,這種高頻閥門需要定期下線維護和保養(yǎng),但由于現(xiàn)場使用情況往往不是整體下線,而是采用的分體下線,這就造成原來的位置開關(guān)等附件不是首次使用的閥門附件,在更換備件(閥體、執(zhí)行機構(gòu))后安裝在閥門連接件上的檢測片會出現(xiàn)一定位置偏移。伴隨著裝置運行出料造成的振動會使這種偏移距離加大,偏移距離過大就會造成檢測信號丟失。

        由于出料系統(tǒng)閥門屬于裝置關(guān)鍵閥門,為保證其能夠長周期運行,必須定期對閥體、執(zhí)行機構(gòu)等進行預(yù)防性下線維護,由于閥門生產(chǎn)批次不一致,所以每個閥門的連接件、位置開關(guān)等也都不一致。因此,造成每次維護更換閥體或執(zhí)行機構(gòu)后會有一些故障現(xiàn)象,引起工藝波動。針對這個問題,閥門位置開關(guān)與檢測片始終保持相對距離不變,防止檢測信號丟失,是亟需解決的問題。

        由于閥門出料時的振動無法避免且現(xiàn)場安裝位置固定,因此客觀運行環(huán)境無法改變,只能查找閥門位置開關(guān)的檢測面積變化的原因。通過觀察閥門運行情況,由于位置開關(guān)檢測探頭和檢測片屬于相向平行轉(zhuǎn)動,裝置振動會造成位置開關(guān)檢測探頭和檢測片不在一個中心平面內(nèi),出現(xiàn)檢測探頭和檢測片錯位的情況,只要增大這兩個檢測裝置就不會造成信號丟失。由于位置開關(guān)探頭價格昂貴且不易改變,因此只能增大閥門位置開關(guān)檢測片面積來實現(xiàn)檢測面積不變化,從而保證信號不丟失。首先用金屬膠水增大4個E閥的檢測片進行試驗,3個月后發(fā)現(xiàn)改進措施能夠滿足閥門動作長周期使用,閥門未出現(xiàn)因位置開關(guān)檢測信號丟失引起的故障。接著使用鋁錠完成了檢測片的制作,使新的檢測片面積大約是舊檢測片的3倍。安裝完成后,裝置系統(tǒng)以及閥門動作引起的振動都不會引起檢測面積變小。歷經(jīng)數(shù)月的觀察發(fā)現(xiàn),全密度聚乙烯裝置再未發(fā)生因閥門位置開關(guān)造成的出料系統(tǒng)“單腿”運行情況。新、舊檢測片如圖3所示。

        3 高密度出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)改造

        3.1 閥門位置開關(guān)使用情況

        高密度聚乙烯裝置產(chǎn)品出料系統(tǒng)由DCS順控程序及現(xiàn)場11臺閥門組成。從環(huán)管反應(yīng)器淤漿加熱器出來的淤漿包含著粉料和高溫過熱烴蒸氣。粉料依靠重力從粉料罐V4001進入中間料斗V4002A/B交替運行,再由V4002A/B排入低壓閃蒸罐V4003。氣體和細粉從粉料罐V4001罐頂部排出,細粉由過濾器S4001A/B過濾后收集在S4001A/B底部,被定期排往低壓閃蒸罐V4003,閃蒸掉大部分烴類。

        出料系統(tǒng)閥門作為粉料產(chǎn)品抽出的關(guān)鍵設(shè)備,工藝要求閥門開關(guān)速度要快、可靠性要好。但是高密度裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)頻繁故障導(dǎo)致裝置循環(huán)、停工,嚴重制約了高密度裝置的平穩(wěn)長周期運行。通過對故障位置開關(guān)檢查,發(fā)現(xiàn)大部分故障都是因為位置開關(guān)檢測片斷裂、位置開關(guān)探頭損壞造成。對檢測片斷裂、位置開關(guān)探頭損壞情況的觀察和分析,發(fā)現(xiàn)檢測片斷裂和位置開關(guān)探頭損壞都是由于閥門動作時檢測片和位置開關(guān)探頭相向而行,而閥門動作和裝置出料時存在振動,這個振動造成了檢測片和位置開關(guān)探頭之間的檢測距離變化,如果振動過大,檢測片和位置開關(guān)發(fā)生碰撞從而造成故障。由于發(fā)生故障的隨機性,有許多次發(fā)生在值班或者夜班情況下。而且位置開關(guān)和檢測片安裝于閥門執(zhí)行機構(gòu)與閥體連接件處(圖4),維護空間小,更換困難,處理時間過長,嚴重影響工藝生產(chǎn)。

        3.2 閥門位置開關(guān)整改

        由于閥門動作和裝置出料時的振動無法避免,只能對位置開關(guān)進行整改。分析發(fā)現(xiàn)由于位置開關(guān)探頭和檢測片檢測時相向而行,當(dāng)振動偏大時就會造成閥門位置開關(guān)與探頭相撞,多次相撞加深探頭損壞甚至檢測片斷裂。

        為了保證閥門位置開關(guān)不相撞,并且易于維護,通過現(xiàn)場觀察并與閥門廠家、位置開關(guān)廠家溝通,決定對位置開關(guān)安裝位置進行更改,并且模塊化制作閥門位置開關(guān)和檢測片。首先把相向而行的方式改為平行移動,減少閥門撞擊的可能性。接著把閥門位置開關(guān)安裝在執(zhí)行機構(gòu)側(cè),模塊化制作的位置開關(guān)組件便于故障后維護。加工完成11臺出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)模塊,閥門位置開關(guān)模塊安裝如圖5所示。

        4 閥門位置開關(guān)維護注意事項

        通過整改,明顯降低了全密度、高密度出料系統(tǒng)閥門的故障次數(shù),保障了裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)。但是還有些建議和不足之處:

        a. 全密度裝置出料系統(tǒng)閥門位置開關(guān)使用的鋁制檢測片易氧化、易斷裂(尤其在拆卸時),建議更換為鐵質(zhì)或不銹鋼檢測片。

        b. 出料系統(tǒng)閥門作為裝置關(guān)鍵閥門,在備件使用和準備上做到賬目清晰,擺放明顯,便于及時維護,最好能夠做到備件統(tǒng)一(每個裝置的位置開關(guān)和型號不同),更換和使用更方便,降低維護成本。

        c. 加強維護人員技術(shù)水平,提高處理能力,有針對性地編寫應(yīng)急預(yù)案。

        5 結(jié)束語

        出料系統(tǒng)閥門是聚合裝置平穩(wěn)運行的關(guān)鍵設(shè)備和核心,降低出料系統(tǒng)閥門的故障率、延長閥門的平穩(wěn)運行周期是提高聚合裝置的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品效益、保障穩(wěn)定運行的最直接方式。閥門位置開關(guān)雖然是化工生產(chǎn)現(xiàn)場中非常不起眼的閥門附件,但其作用卻不容小覷。通過改造這兩個裝置閥門位置開關(guān),提高了維護人員準確判斷故障原因的能力,為聚合生產(chǎn)裝置的連續(xù)安穩(wěn)生產(chǎn)保駕護航。

        (收稿日期:2023-10-25,修回日期:2023-12-22)

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