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合成氨装置热网分程控制阀门故障分析及处理

来源:上海自动化仪表有限公司作者:发表时间:2020-03-17 14:47:49

 ZHAI YAO:DAXINGHECHENGANZHUANGZHIREWANGYUNXINGDEWENDINGZHUANGTAI,ZHIJIEYINGXIANGDAOZHENGGEZHUANGZHIDEANQUANYUNXING。TONGGUOGAIJIN,JIEJUELEREWANGGAOYAZHENGQIDIAOJIEFATIANLIAOXIELOU、FANKUIGANTUOLUODENGYINGXIANGZHUANGZHIYUNXINGDEWENTI,XIAOCHULEYINGXIANGZHUANGZHIYUNXINGDEZHONGDAYINHUAN。FAMENZHINENGDINGWEIQIDEYINRU,SHIXIANFAMENDINGWEIDEZHINENGHUACAOZUO,TIGAOFAMENKONGZHIDELINGMINXINGHEJINGQUEXING。

 
大型合成氨装置热网运行的稳定状态,直接影响到整个装置的安全运行。而稳定重要前提之一是高中压减压调节阀调节灵敏,动作可靠。因此,阀门问题是关系到整个装置整体状态,引起企业的高度关注。通过技术改造,消除了影响装置运行的重大隐患,提高设备运行效率,责无旁贷落实到负责仪表运行和维护管理的技术人员肩上。
 
1 热网流程简介
某企业国产化45万吨合成氨装置中,蒸汽系统有3个等级,高压(11.9MPa,510℃),中压(4.9MPa,385℃)和低压蒸汽
(0.44MPa,167℃)。高压过热蒸汽来自二段转化出口废热锅炉(E1401)、对流段蒸汽发生器(B1401 E07)、变换废热锅炉(E1501)及合成气废热锅炉(E1801)产生的饱和蒸汽并经高压蒸汽过热器(E1403)及一段炉对流段第一、二蒸汽过热器(B1401 E03A/B)过热得到。装置正常运行时,副产的高压过热蒸汽总量约为273t/h。
 
为满足合成氨装置开车需要,并补足正常生产时所需蒸汽量,装置设置了一台燃气高压锅炉,其最大产汽量为130t/h,正常生产时,锅炉的产汽量约73t/h。正常生产时,高压蒸汽全部通过天然气压缩机透平(ST1201),合成气压缩机透平(ST1801),氨气压缩机透平(ST1901)做功后,抽出中压蒸汽,满足中压蒸汽用户需求。同时为了装置开车和平衡蒸汽,备有3台高压蒸汽减压阀,其中1台HV-8021为快开阀。正常生产时,如果3台高压蒸汽透平任意1台跳车,该阀2秒内迅速到达设定阀位,将高压蒸汽迅速减至中压蒸汽管网,其他2台阀门PCV-8023A/B由PIC-8023分程调节器控制,在装置开车阶段或者任何1台压缩机停运时,高压蒸汽经PCV-8023A/B两个调节阀减压供应中压蒸汽。当中压蒸汽压力超过设定值时,中压蒸汽通过分程调节器PIC-8032控制的PCV-8032A/B 2台阀门打开放空,稳定中压蒸汽压力。
 
2 存在问题及现象
2.1 阀门系统构成及工作状态
国产DCS系统中,采用了2个分程调节器模块PIC-8023和PIC8032来控制热网阀门,PIC-8023控制PCV-8023A,8023B这2台阀门由美国莱斯利公司制造。A阀最大流量35t/h,B阀最大流量 361t/h,工作压力 11.76MPa,温度 520℃。PIC8032 控制PCV-8032A,8032B这2台阀门由美国Copes-Vulcan 公司制造,A、B最大流量均为130t/h,工作压力4.4MPa,温度430℃。A阀在信号0%~50%范围内动作;B阀在信号50%~100% 的范内动作。4台阀共同特点动作速度快,行程长,定位器选用西门子电气定位器SIPART PS2 6DR5210系列,阀内均采用迷宫减压方式解决恶劣条件下的闪蒸、气蚀、振动和噪音,并精确调节流量和压力。经过一段时间运行,阀门暴露出以下问题。
 
2.2 填料容易泄漏
合成氨装置开车和运行时,3台蒸汽透平的抽气量不能满足中压蒸汽用户需求量,常需要使用打开热网减压阀平衡蒸汽,分程控制的特点是先开A阀后开B阀,PCV-8023A流通量小长期处于全开状态,只能频繁使用PCV-8023B来调节,阀杆频繁动作,阀门石墨填料磨损严重,出现泄漏高压蒸汽现象,只能依靠定期巡检,及时紧固填料函压盖来暂时控制泄漏。
 
2.3 定位器反馈杆容易脱落
PCV-8023B蒸汽减压阀,行程200mm,使用西门子定位器反馈长杠杆还不够长,又焊接加长到165mm,执行机构推杆和阀杆连接部位反馈支架设计不够合理,常出现固定螺栓松动,反馈杆脱落现象。阀门不动作,每次在线处理,都会造成阀位波动,影响高中压蒸汽压力稳定,继而造成5台压缩机透平转速波动。
 
2.4 调节阀微小开度动作不灵敏
PV-8032B中压蒸汽放空阀,行程228mm,同样使用西门子定位器长行程杠杆加长至165mm,常出现5%以下开度不灵敏,经常需要在PIC8032调节器手动输出5%以上,阀门才开始动作,为了防止在自动状态,阀门从零位开始,打开速度慢,在DCS系统内将调节器输出下限设定为5%,这样PIC8032投自动时,阀位最小保持5%开度,浪费宝贵的中压蒸汽。
 
3 解决措施及改造方案
3.1 阀门填料反复泄漏的原因
经过反复分析,归纳阀门填料反复泄漏的主要原因为: (1)高温蒸汽阀门填料选用材质、类型不对; (2)安装方法不当; (3)阀杆磨损、变形、光洁度下降; (4)使用填料时间很长,老化或调节阀动作比较频繁引起填料损伤造成泄漏。
 
3.2 防止填料发生泄漏的措施
(1)针对调节阀应用的场合选用合适的填料; (2)检修安装填料时,检修人员按照上一圈填料与下一圈填料上下错开90°或120°的要求,每安装一圈用专用填料棒压紧,使填料受力均匀,填料压入圈数以未超出填料函为准; (3)提高阀杆的光洁度; (4)阀门更换填料投入使用初期,仪表维护人员加强巡检频次,及时检查填料是否泄漏。如有泄漏及时紧固,防止填料泄漏扩大。
 
3.3 引入DVC6200智能定位器
Fisher DVC6200智能阀门定位器是美国费希尔控制设备国际有限公司设计生产的一款基于微处理器(CPU)的阀门智能定位器,可以把4~20mA电流信号转换成气动输出信号实现对阀门的精确控制。该智能阀门定位器由4~20mA回路供电,通过HART协议通讯。壳内选装压力表,还可选集成空气过滤减压阀、集成限位开关、集成阀位变送器。针对加长反馈杆容易脱落和小开度动作不灵敏现象,使用DVC6200智能定位器进行改造,可以实现阀门定位的智能化操作,提高阀门控制的灵敏性和精确性。
 
4 改造实施情况
首先确定改造方案 ,由于调节阀的执行机构为大气缸,决定用DVC6200双输出定位器替代使用中的西门子定位器。拆除原定位器及反馈部件后安装了DVC6200定位器,重新加工制作了反馈磁条固定件,用HART475手操器对DVC 6200定位器参数进行设置,调试过程中,发现气源带尘,I/P转换器无输出,气源压力未按铭牌设置,阀门动作速度偏慢等一系列问题,通过清理过滤减压阀,增加过滤减压阀设定压力,修改气路管线。经反复校验,阀门动作灵敏。在DCS输出1.5%,阀位就有变化,线性良好,联系工艺人员现场确认后投入使用。
 
DVC6200智能阀门电气定位器是在原来DVC6000系列的升级产品,增加了无连接、无接触反馈技术,这种无连接、无接触反馈技术通过消除连接处的磨损来提高可靠性,采用磁铁和霍尔效应传感器来检测阀门位置。非常适合改造的2台阀门定位器反馈杆因振动发生松脱问题,DVC6200双输出定位器解决了原来阀门定位器由于反馈杆超长带来了的脱落和小开度动作不灵敏问题,改造后气路示意图如图1所示。
改造后气路示意图
5 改造后的效果
2017年7月以来,热网阀门问题逐渐暴露和困扰生产。通过与以前大量使用DVC6000系列比较,FisherDVC6200 系列智能定位器的优势得以体现。无反馈、无接触连接是其突出优点,定位器模块化设计,结构简单,维护方便,安装简易,调校方便,漂移量小;可动部件少,受振动、温度等环境因素影响小,适用于单/双作用执行机构,输出能力大,可用来控制多种从小型到大型的执行机构;定位器小循环反馈功能能提高定位器的响应速度,对大阀门也能作出精确的响应。基于这些优点,确定了上述解决热网阀门问题的方案。
 
经相关的技改方案的实施,2018年3月中旬大型合成氨装置开车。改造后的热网蒸汽阀门投入使用并经受考验。运行至今,所列问题得到圆满解决,热网减压阀PV-8023B操作稳定,放空阀PV-8032B能够完全关闭,未出现因为阀门问题造成装置波动,给装置顺利开车和节能降耗创造良好条件,同时也为装置上其他阀门填料的处理和定位器改造提供了智慧和方案。