海油建滔液位調節閥（LV020201）故障技術性分析及處理

呂朝帥，楊 彪，胡瑞平

（海洋石油富島有限公司，海南 東方 572600）

圖1 閥體結構Fig.1 Valve body structure

0 引言

中海油建滔公司是中海石油化學股份有限公司與香港建滔投資有限公司出資興建的60 萬噸/年甲醇裝置，采用了德國LURGI（魯奇）工藝技術[1]，具有能耗低、大型化、運行安全可靠、流程簡潔的特點。該裝置于2006 年9 月竣工投產，生產裝置已運行了14 年，在裝置的運行中，發現工藝包選用的現場個別的調節閥不適應某些工段的工藝狀態，在操作中存在的閥桿高頻振蕩的問題逐步顯露出來。本文就F-02002 分離罐的液位調節閥（LV-020201）在運行中的閥桿高頻振蕩的故障問題，進行充分的技術分析，修復的過程，處理的結果及得出的結論，并建議該調節閥后續的處理建議。

1 調節閥的結構介紹

1.1 工藝流程說明

調節控制閥（LV-020201）是控制來自02R001 甲醇合成塔出來的合成氣，然后經過換熱器E02002、E02003、E02004 換熱后的合成氣，經分離罐F-02002 進行氣液分離，氣相返回合成氣壓縮機的循環段，液相流經液位調節閥減壓后送到甲醇精餾工段。分離罐F-02002 正常處于可操作的液位高度50%，分離罐上設置有帶控制的LT-020201 的液位測量[2]變送器儀表，另外，還設有3 臺液位變送器（LT-020202A/B/C）作為分離罐的液位高高（70%）、低低（30%）報警和高高（80%）、低低（20%）聯鎖保護信號，這些聯鎖信號均進入安全儀表系統（SIS）做為聯鎖保護。

調節閥的閥前壓力為9.88Mpa(a)，閥后壓力為0.85Mpa(a)，介質溫度為40℃，正常流量為101336Kg/h，調節閥的正常工作壓差為9.28Mpa(a)，正常控制是流經調節閥的液態粗甲醇經過調節閥減壓到0.85Mpa(a)后，進入后續工段進行精餾，經過精餾出高純度的甲醇產品。

圖2 閥座Fig.2 Valve seat

1.2 調節閥的結構說明

該調節閥是氣動薄膜控制閥，是氣開式，事故關閥（FC）調節閥，調節閥的行程為100mm，閥桿長度1000mm，閥桿上帶有490mm 長的波紋管，閥芯上有5 個閥芯組成整體閥芯，成葫蘆狀，正常開度MV=75%，調節閥是低進高出流向。

針對調節閥圖1 的整體結構，進行如下的分解說明。圖1 為調節閥的閥體剖面圖，圖中⑥部位為調節閥的導向槽，其作用是對閥芯的導向和定位的作用，防止閥芯在流體的作用下減少振動；圖中⑦部位為閥座，內部分為5 個臺階，就是5 個閥芯腔，它的作用是流體進入閥腔后，從底部第一個閥腔開始向上流動，在流動過程中，通過閥芯的開度控制流體的流量及對流體進行減壓作用；圖中⑧部分為流體的進口，法蘭尺寸為8 寸，壓力等級為Class900；圖中⑨為調節閥的出口，法蘭標準為8 寸，閥體上部位于執行器法蘭連接，下部位是閥體的盲法蘭，主要是對閥體下腔的密封作用及拆檢時雜物的清理。

圖2 為調節閥的閥座部位[3]，閥座與閥體的連接為螺紋連接，圖中⑤為流體的入口，入口是10 個同一尺寸∮20 均勻分布的圓孔，其作用是限制流體，初次減壓及流體的均勻分布的作用，流體經過圓孔后進入閥芯的二次限流與減壓，閥座的材質為316L。閥座內腔分布4 個腔室，每個腔室的高度都不一樣，從下向上逐步加大，腔室的間隙是一樣的，流體流經4 個后，最后在閥座的上部流出，上部是第5 個閥芯來控制，也是閥座的密封面，也是流體流量的控制線。

2 調節閥的高頻振蕩故障現象

2.1 閥芯的磨損

調節閥從投產之時，每在75%的開度下，調節閥的閥桿就一直存在高頻的振動狀態，造成了閥芯的導向部位的多次均勻磨損如圖3 中的?所示，磨損深度達1.85mm，寬度達26mm。

圖3 閥芯Fig.3 Spool

2.2 閥桿的磨損

從圖4 中可以看出，在離閥桿末端105mm 處開始磨損，磨損寬度為27mm，深度為1.65mm。另外，閥門定位器的反饋桿也存在輕微的磨損。

從閥門的磨損部位、磨損的寬度及磨損的深度可以看出各部位的磨損是均勻的，閥芯的磨損導向部位的寬度表示閥門的正常閥門高頻振動下的開度，磨損的深度表示磨損的時間段。閥桿的磨損部位是閥桿在護管的限位槽內因閥桿的高頻振動造成的磨損。

3 調節閥故障的原因分析

閥桿離末端350mm 處設有波紋管，該閥桿進行了波紋管的處理，主要作用是防止甲醇的泄漏，減少對閥桿填料的承壓沖擊，減少填料的泄漏，起到關鍵作用。

從整個調節閥來看，在裝置開車階段，閥門處于小的開度，導向部位還處于與導槽緊貼的狀態，隨著閥門的開度的上升到正常開度，閥芯和閥桿的重心向上抬高，造成閥芯與閥桿的穩定性差，同時，閥門的開度上升，流體的流量也在增加，流體流量、壓力的變化也是造成閥芯與閥桿的高頻振動的主要原因。因為，流體從進口要經過10 個∮20 的入口流道，經過5 個葫蘆狀的閥芯與閥座的間隙，最后從閥座上面流出，在出口側的壓力比同平面的進口側的壓力要低，加上閥桿的系統彈性，在流體流量和壓力變化時，閥桿與閥芯的不穩定性，壓力的變化加上閥芯導向的上移，重心的抬高，閥芯的不穩定性增加，流體的波動、閥桿的振動，勢必造成閥桿與導向內側的高頻摩擦。由于閥座的材料比閥芯的材料的硬度大，很大程度上造成閥芯的磨損，同時，閥桿與護管限位槽內側也存在高頻碰磨，造成閥芯和閥桿的磨損。

圖4 閥桿Fig.4 Valve stem

4 調節閥的處理

首先，是對調節閥進行解體檢修。處理的第一部位是對磨損的閥芯導向部位的處理主要是對磨損部位的清理，重新補焊，補焊的尺寸要大于導向部位的直徑，然后經過車床的加工，在加工的過程中，考慮到導向槽無法處理，另外內檢磨損輕微，所以在導向位置增加0.1mm 厚度，補償閥座導向內腔的磨損尺寸，減少與導向槽內側的回裝間隙，也是增加閥芯的穩定性的策略。

第二，是對閥桿護管限位磨損部位的處理。依然按照原尺寸補焊加工處理，因為該位置磨損不嚴重，對閥門的一定時間段內安全性運行不構成影響。

通過上述的處理，安裝、調試及投運，在調節閥開度到達MV=75%時，調節閥的高頻振蕩消除，故障問題得到解決。

5 存在問題分析

1） 閥芯的設計存在不足。閥芯過長、過多，5 個閥芯承擔著減壓、流體分配、限流等多種功能，受運行中多種因素變化的干擾，閥芯的平衡性、穩定性很容易被破壞，通過這種的設計結構不適用于高壓差，高靜壓的工藝裝置的生產工段，多閥芯的不協調性，任何一個閥芯的損傷都會影響到流經流體的壓力變化、流量變化，以及在外部干擾的情況下，克服干擾的能力不一樣，也是造成閥桿高頻振蕩的原因之一。

2） 閥桿過長存在不足。閥桿的長度為1000mm，閥桿過長，整體調節閥的高度也加長，調節閥的重心上移；再加上，閥桿長、重心抬高、閥桿的穩定性差，也會引發運行中克服振蕩的穩定性差，造成閥桿振蕩磨損的次要原因。

3） 閥桿波紋管結構設計存在不足。解決甲醇的外漏問題有很多方法，采用波紋管結構，存在加工難度大，修復的可行性差，容易開裂損壞，使用壽命短，修理難度大，無形中增加了閥桿的長度，造成振蕩磨損后果。

6 結論

由于閥門設計和選型上的不合理，運行中存在閥桿的高頻振蕩是在所難免，雖然經過了修理、修復基本上解決了振蕩的問題，這只是暫時的處理辦法，受外部和閥門本身因素的影響，經過長時間的運行，閥門的閥桿高頻振蕩還會發生，閥芯、閥桿的磨損依然存在。

因為閥門存在設計上的不足，如果要徹底解決調節閥的閥桿高頻振蕩的問題，需要重新設計、重新選型，特別是要結合本次調節閥存在的問題、造成的原因及影響因素都要進行充分地分析，充分地論證結合起來，進行重新設計和選型。需要改變閥體的結構、密封方式，降低閥門高度，減少閥桿長度，采用多級降壓方式與單一閥芯等措施，解決閥門閥桿的高頻振蕩帶來的故障，減少檢修次數，滿足工藝操作要求，確保裝置的穩定運行。