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合成氨裝置熱網分程控制閥門故障分析及處理
來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2020-03-17 14:47:49【小中大】
摘 要：大型合成氨裝置熱網運行的穩定狀態，直接影響到整個裝置的安全運行。通過改進，解決了熱網高壓蒸汽調節閥填料泄漏、反饋桿脫落等影響裝置運行的問題，消除了影響裝置運行的重大隱患。閥門智能定位器的引入，實現閥門定位的智能化操作，提高閥門控制的靈敏性和精確性。
大型合成氨裝置熱網運行的穩定狀態，直接影響到整個裝置的安全運行。而穩定重要前提之一是高中壓減壓調節閥調節靈敏，動作可靠。因此，閥門問題是關系到整個裝置整體狀態，引起企業的高度關注。通過技術改造，消除了影響裝置運行的重大隱患，提高設備運行效率，責無旁貸落實到負責儀表運行和維護管理的技術人員肩上。
1 熱網流程簡介
某企業國產化45萬噸合成氨裝置中，蒸汽系統有3個等級，高壓（11.9MPa,510℃），中壓（4.9MPa,385℃）和低壓蒸汽
（0.44MPa,167℃）。高壓過熱蒸汽來自二段轉化出口廢熱鍋爐（E1401）、對流段蒸汽發生器（B1401 E07）、變換廢熱鍋爐（E1501）及合成氣廢熱鍋爐（E1801）產生的飽和蒸汽并經高壓蒸汽過熱器（E1403）及一段爐對流段第一、二蒸汽過熱器（B1401 E03A/B）過熱得到。裝置正常運行時，副產的高壓過熱蒸汽總量約為273t/h。
為滿足合成氨裝置開車需要，并補足正常生產時所需蒸汽量，裝置設置了一臺燃氣高壓鍋爐，其最大產汽量為130t/h，正常生產時，鍋爐的產汽量約73t/h。正常生產時，高壓蒸汽全部通過天然氣壓縮機透平（ST1201）,合成氣壓縮機透平（ST1801）,氨氣壓縮機透平（ST1901）做功后，抽出中壓蒸汽，滿足中壓蒸汽用戶需求。同時為了裝置開車和平衡蒸汽，備有3臺高壓蒸汽減壓閥，其中1臺HV-8021為快開閥。正常生產時，如果3臺高壓蒸汽透平任意1臺跳車，該閥2秒內迅速到達設定閥位，將高壓蒸汽迅速減至中壓蒸汽管網，其他2臺閥門PCV-8023A/B由PIC-8023分程調節器控制，在裝置開車階段或者任何1臺壓縮機停運時，高壓蒸汽經PCV-8023A/B兩個調節閥減壓供應中壓蒸汽。當中壓蒸汽壓力超過設定值時，中壓蒸汽通過分程調節器PIC-8032控制的PCV-8032A/B 2臺閥門打開放空，穩定中壓蒸汽壓力。
2 存在問題及現象
2.1 閥門系統構成及工作狀態
國產DCS系統中，采用了2個分程調節器模塊PIC-8023和PIC8032來控制熱網閥門,PIC-8023控制PCV-8023A,8023B這2臺閥門由美國萊斯利公司制造。A閥最大流量35t/h,B閥最大流量 361t/h，工作壓力 11.76MPa,溫度 520℃。PIC8032 控制PCV-8032A,8032B這2臺閥門由美國Copes-Vulcan 公司制造，A、B最大流量均為130t/h，工作壓力4.4MPa,溫度430℃。A閥在信號0%～50%范圍內動作；B閥在信號50%～100% 的范內動作。4臺閥共同特點動作速度快，行程長，定位器選用西門子電氣定位器SIPART PS2 6DR5210系列，閥內均采用迷宮減壓方式解決惡劣條件下的閃蒸、氣蝕、振動和噪音,并精確調節流量和壓力。經過一段時間運行，閥門暴露出以下問題。
2.2 填料容易泄漏
合成氨裝置開車和運行時，3臺蒸汽透平的抽氣量不能滿足中壓蒸汽用戶需求量，常需要使用打開熱網減壓閥平衡蒸汽，分程控制的特點是先開A閥后開B閥，PCV-8023A流通量小長期處于全開狀態，只能頻繁使用PCV-8023B來調節，閥桿頻繁動作，閥門石墨填料磨損嚴重，出現泄漏高壓蒸汽現象，只能依靠定期巡檢，及時緊固填料函壓蓋來暫時控制泄漏。
2.3 定位器反饋桿容易脫落
PCV-8023B蒸汽減壓閥，行程200mm，使用西門子定位器反饋長杠桿還不夠長，又焊接加長到165mm，執行機構推桿和閥桿連接部位反饋支架設計不夠合理，常出現固定螺栓松動，反饋桿脫落現象。閥門不動作，每次在線處理，都會造成閥位波動，影響高中壓蒸汽壓力穩定，繼而造成5臺壓縮機透平轉速波動。
2.4 調節閥微小開度動作不靈敏
PV-8032B中壓蒸汽放空閥，行程228mm,同樣使用西門子定位器長行程杠桿加長至165mm，常出現5%以下開度不靈敏，經常需要在PIC8032調節器手動輸出5%以上，閥門才開始動作，為了防止在自動狀態，閥門從零位開始，打開速度慢，在DCS系統內將調節器輸出下限設定為5%，這樣PIC8032投自動時，閥位最小保持5%開度，浪費寶貴的中壓蒸汽。
3 解決措施及改造方案
3.1 閥門填料反復泄漏的原因
經過反復分析，歸納閥門填料反復泄漏的主要原因為： （1）高溫蒸汽閥門填料選用材質、類型不對； （2）安裝方法不當； （3）閥桿磨損、變形、光潔度下降； （4）使用填料時間很長，老化或調節閥動作比較頻繁引起填料損傷造成泄漏。
3.2 防止填料發生泄漏的措施
（1）針對調節閥應用的場合選用合適的填料； （2）檢修安裝填料時，檢修人員按照上一圈填料與下一圈填料上下錯開90°或120°的要求，每安裝一圈用專用填料棒壓緊，使填料受力均勻，填料壓入圈數以未超出填料函為準； （3）提高閥桿的光潔度； （4）閥門更換填料投入使用初期，儀表維護人員加強巡檢頻次，及時檢查填料是否泄漏。如有泄漏及時緊固，防止填料泄漏擴大。
3.3 引入DVC6200智能定位器
Fisher DVC6200智能閥門定位器是美國費希爾控制設備國際有限公司設計生產的一款基于微處理器（CPU）的閥門智能定位器，可以把4～20mA電流信號轉換成氣動輸出信號實現對閥門的精確控制。該智能閥門定位器由4～20mA回路供電，通過HART協議通訊。殼內選裝壓力表，還可選集成空氣過濾減壓閥、集成限位開關、集成閥位變送器。針對加長反饋桿容易脫落和小開度動作不靈敏現象，使用DVC6200智能定位器進行改造，可以實現閥門定位的智能化操作，提高閥門控制的靈敏性和精確性。
4 改造實施情況
首先確定改造方案 ，由于調節閥的執行機構為大氣缸，決定用DVC6200雙輸出定位器替代使用中的西門子定位器。拆除原定位器及反饋部件后安裝了DVC6200定位器，重新加工制作了反饋磁條固定件，用HART475手操器對DVC 6200定位器參數進行設置，調試過程中，發現氣源帶塵，I/P轉換器無輸出，氣源壓力未按銘牌設置，閥門動作速度偏慢等一系列問題，通過清理過濾減壓閥，增加過濾減壓閥設定壓力，修改氣路管線。經反復校驗，閥門動作靈敏。在DCS輸出1.5%，閥位就有變化，線性良好，聯系工藝人員現場確認后投入使用。
DVC6200智能閥門電氣定位器是在原來DVC6000系列的升級產品，增加了無連接、無接觸反饋技術，這種無連接、無接觸反饋技術通過消除連接處的磨損來提高可靠性，采用磁鐵和霍爾效應傳感器來檢測閥門位置。非常適合改造的2臺閥門定位器反饋桿因振動發生松脫問題，DVC6200雙輸出定位器解決了原來閥門定位器由于反饋桿超長帶來了的脫落和小開度動作不靈敏問題，改造后氣路示意圖如圖1所示。
5 改造后的效果
2017年7月以來，熱網閥門問題逐漸暴露和困擾生產。通過與以前大量使用DVC6000系列比較，FisherDVC6200 系列智能定位器的優勢得以體現。無反饋、無接觸連接是其突出優點，定位器模塊化設計，結構簡單，維護方便，安裝簡易，調校方便，漂移量小；可動部件少，受振動、溫度等環境因素影響小，適用于單/雙作用執行機構，輸出能力大，可用來控制多種從小型到大型的執行機構；定位器小循環反饋功能能提高定位器的響應速度，對大閥門也能作出精確的響應。基于這些優點，確定了上述解決熱網閥門問題的方案。
經相關的技改方案的實施，2018年3月中旬大型合成氨裝置開車。改造后的熱網蒸汽閥門投入使用并經受考驗。運行至今，所列問題得到圓滿解決，熱網減壓閥PV-8023B操作穩定，放空閥PV-8032B能夠完全關閉，未出現因為閥門問題造成裝置波動，給裝置順利開車和節能降耗創造良好條件，同時也為裝置上其他閥門填料的處理和定位器改造提供了智慧和方案。
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