汽油吸附脫硫裝置程控閥存在問題的分析及處理

盧　楠

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，上海200540)

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汽油吸附脫硫裝置程控閥存在問題的分析及處理

盧楠

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，上海200540)

摘要：汽油吸附脫硫(S Zorb)裝置的核心為閉鎖料斗部分，采用閉鎖料斗控制系統來控制31個球閥的開關動作,以此來實現對吸附劑再生和還原的過程。S Zorb裝置球閥采用GOSCO的兩位式開關閥，若閥門回訊不到位或者閥門本身內漏位都會影響生產運行。介紹了在開車、檢修、正常生產過程中程控閥存在的問題，針對回訊不到位所進行的改造、閥門關不到位所采用的處理方法，對程控閥的日常維護保養策略也進行了介紹。

關鍵詞：開關球閥程控閥維護保養問題對策

隨著環境治理力度的不斷加強，環保要求日趨嚴格，為滿足市場對低硫汽油的需求，中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)煉油部于2012年六期煉油改造工程中新建一套1.5 Mt/a催化汽油吸附脫硫(S Zorb)裝置，設計加工原料為3.5 Mt/a催化裝置生產的穩定汽油，產品為低硫精制汽油。該裝置處于聯合裝置的尾部，一旦發生問題會影響上游裝置的生產。因此，長周期平穩運行S Zorb裝置就成了上海石化煉油部工作的重點。

閉鎖料斗系統作為S Zorb裝置工藝部分的核心，由31臺程控閥來調節吸附劑的再生和還原。因該閥門屬于程序控制，開關動作頻繁，并且介質為吸附劑，屬于固體介質，具有一定的硬度，在頻繁的開關過程中容易造成閥芯的磨損、卡滯。同時，該閥門除了閥內件故障影響工藝操作之外，閥門的回訊作為程序判別閥門可靠開、關的關鍵部件也影響控制程序的運行。所以，在正常生產過程中，影響料斗程序運行可能有不同的原因，因此應根據不同的原因制定解決方案，盡量避免因閥門問題造成的S Zorb裝置停車。

1S Zorb裝置的工藝簡介

裝置采用S Zorb專利技術,該技術基于吸附作用原理對汽油進行脫硫，通過吸附劑選擇性地吸附含硫化合物中的硫原子而達到脫硫目的。與加氫脫硫技術相比，該技術具有脫硫率高(可將硫脫至10 mg/kg之下)、辛烷值損失小、操作費用低的優點[1]。

1.1S Zorb裝置的工藝特點

S Zorb裝置的工藝主要有以下特點：(1)裝置反應器采用流化吸附反應床，反應物料自反應器下部進入；(2)裝置中吸附劑連續再生，再生器也采用流化反應，再生空氣一次通過；(3)反應部分為高壓臨氫環境，再生部分為低壓含氧環境，通過閉鎖料斗步序控制實現氫氧環境的隔離和吸附劑的輸送；(4)再生部分設置內取熱系統，用于降低再生器和再生器接收器內部的溫度；(5)為了避免工藝物料攜帶出吸附劑，再生器內通過旋風分離器實現氣固分離，反應器、閉鎖料斗、吸附劑儲罐等設備則設置精密過濾器；(6)為了降低能耗，反應產物分離部分采用熱高分流程。

1.2閉鎖料斗的工藝過程及控制原理

在正常的連續生產過程中，閉鎖料斗的控制是由閉鎖料斗控制系統(Lockhopper Management System，以下簡稱LMS)自動完成。

正常生產過程中，待生和再生過的吸附劑分批地交替通過閉鎖料斗，其過程如下：在待生吸附劑填充階段，待生吸附劑依靠重力從反應接收器流入閉鎖料斗；閉鎖料斗降壓后用氮氣吹掃，在吸附劑排空階段，經過吹掃的吸附劑依自身重力流入再生進料罐；在再生吸附劑填充階段，已再生過的吸附劑從再生器接收器流入閉鎖料斗；閉鎖料斗用氮氣吹掃后用氫氣加壓，在吸附劑排空階段，再生過的吸附劑依自身重力流入還原器。閉鎖料斗的壓力在不同工藝過程操作之前進行相應調整，以滿足不同工藝過程的需要。通過改變閉鎖料斗的填充料位可以改變每次循環所輸送吸附劑的數量，而通過改變閉鎖料斗的循環時間可以改變單位時間內的循環次數，通過上述兩種方式達到控制吸附劑循環速率的目的。

閉鎖料斗為循環控制，每一個循環的設計時間為20 min，經歷9個步驟，必須確保每一步都在安全的條件下相繼完成特定的吹掃、充壓、泄壓、裝料、排料等步驟。閉鎖料斗的控制系統和邏輯監控過程使其在工藝條件反常時也能置于安全狀態。

1.3閉鎖料斗系統程控閥簡介

1.3.1閉鎖料斗系統程控閥的正常運行

閉鎖料斗系統共有31臺程控閥，程序根據設定，按運行步驟依次打開和關閉相應的閥門，閥門的狀態信號也會即時反應在集散控制系統(DCS)畫面上。

LMS系統畫面上每個閥門下面都顯示了該閥門開關所用的時間，正常情況下閥門開關時間不應該超過7 s，如果閥門動作時間超過7 s，則表示該閥門動作存在一定的阻力，可能存在閥芯磨損等情況。

1.3.2閉鎖料斗系統程控閥的組成及材質

閉鎖料斗系統程控閥采用了加拿大高斯特(GOSCO)公司的M-CLASS開關閥，閥門主要由閥體、執行機構、回訊盤、電磁閥等組成。

閥門為流道中無閥軸阻擋式的球芯雙閥座浮動球閥，全金屬雙向密封。電磁閥采用的是通用型2位3通直動式，閥門的正常開關均通過控制電磁閥得失電來完成。閥位回訊開關為兩套獨立的接近式開關，為無源干接點輸出，兩線制。執行機構采用單作用彈簧復位的執行機構。

閥體和閥蓋材質分別采用ASTM A217 WC6和ASTM A351 CF8M；閥桿材質采用Inconel 718；閥球閥座采用基體材質Inconel 718表面進行熱化學滲硼硬化處理，硬度可以達到HRC97，密封等級可以做到6級，弓形球體設計，可大大減少閥門開關角度較小時對閥球閥座的磨蝕。

填料采用的是閥桿雙填料設計，填料由3個模壓成型的三明治式的組合純石墨環和2個填充有Inconel材質纏繞絲的石墨抗擠壓環兩部分組成；閥桿設計有軸肩，為防飛出壓力密封閥桿，壓力越大越緊密，材質是Inconel 718。

2開車準備及開車過程中遇到的問題及解決方法

2.1回訊不到位及解決方法

程控閥閥門回訊機構為機械式(如圖1所示)，圖2則為執行機構與回訊轉軸連接部件。

圖1　程控閥回訊盤

圖2　回訊轉軸

回訊機構與執行機構由一段金屬桿相連接，金屬桿一端插在執行機構的外軸上，另一端插進回訊里。裝置開工調試前期，該回訊沒有問題，但是隨著動作次數的增加，逐漸有閥門回訊不到位的情況，且現場查看閥門本體是到位的。然后拆開回訊檢查，發現金屬桿和塑料接頭的連接處存在一定的空隙，而塑料接頭與回訊轉軸也存在空隙，即雖然執行機構轉動帶動金屬桿轉動，由于空隙存在，接頭帶動轉軸轉動的范圍略小于執行機構實際轉動范圍。

該回訊開關位置各有一個感應模塊，只有當轉軸感應金屬對準模塊的感應位置(圖3部件上端圓圈處)才會構成回路，且對位置精度要求很高，稍有錯位就不會構成回路，即回訊不到位。

圖3　回訊感應模塊

當發現該問題的原因后，立刻將回訊轉軸的連接方式進行了整改，去掉了塑料接頭，并重新加工了金屬桿，改由回訊轉軸直接通過金屬桿連接到執行機構的外軸上，避免了多次連接產生的空隙。并對原金屬支架重新進行了加工來適應新的連接方式。

2.2閥體關不到位及解決方法

在整改過回訊機構之后又出現了出現電磁閥失電后回訊不到位的情況，到現場查看后確認有10臺為執行機構放空后程控閥本身無法回座到位。此時已經將吸附劑裝入閉鎖料斗中，因閥門不到位導致了料斗的停運。

對閥芯及閥座進行檢查后判斷影響因素一方面可能因為冬天氣溫低，而閥體內部溫度較高，內外溫差較大使得閥體和閥座膨脹程度不一致，進而導致閥門動作卡澀；另一方面也有可能是因剛剛開車，管道內存在的雜質卡在了閥芯處。

隨后對關不到位的閥門進行解體，發現有的閥門確實因為閥芯處發現焊渣等雜質導致閥門卡住；有的閥門無需解體，現場用手輪輕輕一搖便關到位了。對于這種情況，與生產廠家討論后認為原因可能是介質為固體顆粒，存在一定的摩擦阻力，而執行機構采用Kinetrol單作用彈簧來進行復位，開關閥的執行機構采用標準規格的彈簧，即標準彈簧的回彈力可能無法抵消固體介質造成的摩擦阻力，所以才有閥門關不到位的情況。因此生產廠家的建議是調節彈簧，增加彈簧的回彈力。不過該執行機構采用的是全進口設備，從技術層面來說無法確定如何調節彈簧，也不知道回彈力應該調到多少合適；從質量保修角度一旦對全進口的閥門進行私下拆解，生產廠家對該閥門的質量將不再進行擔保。

經過再次討論，提出可以將程控閥儀表風氣路進行優化改造的建議，將原兩位三通電磁閥改為兩位五通電磁閥，使電磁閥失電后執行機構內儀表風由直接放空改為反向進執行機構增加彈簧回座力推動程控閥回座。改造后程控閥開關動作到位，開關行程時間未見增長，運行狀態正常，證明該技術改造獲得成功。

同時，針對雜質問題，裝置在開工階段，特別是裝置中交首次開工時，務必將管線內焊渣、雜物等清除干凈，管線干燥無水分。該球閥對管道要求較高，稍有雜質容易影響閥門的正常使用，且會對閥門的球面和閥座造成嚴重的磨損，影響其密封性。

3生產過程中遇到的問題及解決方法

3.1機械故障導致回訊不到位的問題

回訊經過改造后已經達到了長周期平穩運行的標準，不過在生產過程中依然會出現回訊不到位的現象。

2013年3月起，部分程控閥開始陸續出現閥體開關到位，但閥位回訊不到位的情況。出現該問題的主要原因如下：一是閥位回訊罩密封圈太細，密封不嚴，在下雨天回訊罩容易進水，進水后可能導致回訊傳感器的接線短路將系統內部保險絲熔斷；二是容易有粉塵、吸附劑等顆粒雜質進入到回訊軸內，導致回訊軸與回訊盤之間卡死，造成轉動不靈；三是回訊盤與執行機構的連接件強度不夠，長期使用后出現連接件變形導致回訊罩動作卡澀的情況。

針對上述問題，于2013年6月集中對回訊罩密封圈(加粗)及部分連接件進行更換。同時制定了巡檢制度，要求運保單位每個月的月初和月末對回訊盤進行檢查，在大雨或者霧霾等惡劣天氣之后更要加強檢查，同時也為閥門的電磁閥做了防雨罩，防止因電磁閥進水影響閥門，并要求運保單位每個月對電磁閥進行巡檢。自此每次回訊機構若進水或者有雜質都能被及時清除，保證了回訊機構內部的潔凈，避免了對內部元件及接線端子的腐蝕和對回訊軸造成卡滯。

另外，生產過程中也出現過前面提到的回訊模塊失靈的情況，但運行至今僅更換過1個回訊模塊。因此單獨采購了6個新的回訊機構放在運保單位，便于在遇到回訊機構卡死等需更換回訊的問題時能夠立即更換，不耽誤生產。需注意的是，在更換回訊機構過程中，需要將回訊的信號線拆除，在拆線和接線的過程中一定要注意線路的絕緣處理，否則容易造成系統保險絲熔斷的現象。

3.2程控閥內件內漏卡滯造成的閥門問題

在其他單位的同類裝置中，遇到最多的問題便是閥門內漏。因裝置操作介質有高溫油氣、氫氣、氮氣及富含吸附劑顆粒(粒度為0～150 μm)，操作工況具有閥門前后壓差大和開關頻繁(20～30 min開關一次)等特點，在經過長周期運轉后，閥芯和閥座會因不斷摩擦產生很多劃痕，造成閥芯、閥座的磨損(見圖4～5)，并且易發生內漏的閥門都是安裝在吸附劑經常流經的管路上，易與吸附劑進行接觸。

圖4　程控閥閥座受損情況

圖5　程控閥球形閥芯

因工藝原因，在球閥工況無法改變時，可以將一些特定部位閥門作為易損件管理并定期更換。例如球閥XV2408，因存在承壓方向倒置現象，會有微量吸附劑不可避免的進入球閥密封面，長期使用中閥球與閥座將有一定磨損，最終閥內漏而報廢。如果采取定期更換，在閥門磨損初期予以送廠家研磨修理，球閥仍可循環使用，可大幅降低裝置維護成本。此外，盡可能采購同一廠家的程控球閥，可以使部分同規格型號的閥通用，降低備閥數量。

3.3程控閥的檢修及驗收

每次裝置有機會停車檢修時，程控閥都會是必修內容。但因檢修時間緊，閥門檢修時間長等因素，每年檢修一般只會對經常發生內漏或者位置經常接觸吸附劑的重點閥門進行檢修。主要程控閥故障及檢修情況見表1。

表1　程控閥故障及檢修情況

對于磨損的處理，一般對球體采用重新制作，在球體表面噴涂耐磨合金，表面硬度HRC65～68，噴涂后的球體上高精度磨床磨削以保證球體圓度和粗糙度，最后脫脂處理，保證密封要求。對閥座采用同樣制作，閥座密封表面噴涂耐磨合金HRC62～65，噴涂后的閥座上高精度磨床磨削以保證閥座密封面圓度和粗糙度，最后脫脂處理，保證密封要求[2]。裝配時需嚴格控制好波形彈簧及閥座密封圈的壓縮量，中法蘭螺栓采用扭力扳手控制閥門扭矩。

閥門檢修好之后，去檢修單位對閥門進行驗收，主要考查的是閥門的動作時間和密封度。因程序控制要求，該閥門的開、關時間不得超過7～8 s。又因為閉鎖料斗工藝屬于反應部分為高壓臨氫環境，再生部分為低壓含氧環境，所以對閥門的泄漏等級要求很高，要求達到6級密封，無泄漏。

4結語

經過各專業技術人員的摸索與總結，已經對開工以來出現的技術問題進行了有效的整改，同時在管理上加強了巡檢制度，要求運保人員定期對電磁閥、回訊開關進行檢查。目前上海石化S Zorb裝置的程控閥已經滿足工藝長周期平穩運行的要求，在工藝技術、生產環境無法有效提高的情況下，如何最大限度的延長程控球閥使用壽命和迅速的在線更換閥門是保證裝置運行穩定的關鍵因素之一。

參考文獻

[1]郭曉亮.S Zorb裝置長周期運行影響因素及對策[J].煉油技術與工程，2013，43(1):5-8.

[2]張昆.程控球閥在S Zorb裝置上的應用[J].煉油技術與工程，2013,43(10)：1-4.

Analysis on Problems of S Zorb Program-controlled Valves and the Treatments

Lu Nan

(RefineryDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.，Shanghai200540)

ABSTRACT

Keywords：switching ball valve,program-controlled valve,maintenance,problems,countermeasures

收稿日期：2016-01-20。

作者簡介：盧楠，男，1987年出生，2010年畢業于遼寧石油化工大學，工學學士，儀表工程師，長期從事儀表管理工作。

文章編號：1674-1099(2016)02-0021-05中圖分類號：TE682

文獻標識碼：A

The core of gasoline desulfurization adsorption (S Zorb) device is a lock hopper section.The lock hopper control system is utilized to control the switching of 31 ball valves so as to achieve the processes of regeneration and restoring of adsorbent.The ball valves in S Zorb device were GOSCO two position switch valves,which may affect the production and operation if the valve fails to echoplex in place or appears internal leakage.The problems of the program-controlled valves in the processes of startup,maintenance and normal production,transformation for improper echoplex and treatments for failure of switching off of valve were introduced,as well as the routine maintenance strategies of the program-controlled switching valve.