一起分子篩吸附器閥門故障的分析與處理

王軍成

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

20 世紀90 年代以來，常溫分子篩前端吸附凈化已成為制氧機的標配流程。分子篩純化器已在大中型全低壓制氧機中得到廣泛應用。全低壓分子篩純化流程具有操作簡便、流程簡化、產(chǎn)品提取率高、運轉(zhuǎn)周期長、運行安全可靠、裝置投資少等優(yōu)點［1］。

江銅集團貴溪冶煉廠動力車間現(xiàn)運行有5 套制氧機組，均為分子篩吸附凈化流程。在運行中，分子篩曾發(fā)生多起故障，甚至引發(fā)設備事故［2］?，F(xiàn)對其中一臺10000m3/h 制氧機（簡稱2#制氧機），在2016 年9 月份發(fā)生過的一起分子篩閥門引起的故障進行分析，對將來分子篩點檢與維護進行探討。

2#制氧機分子篩純化器流程圖見圖1。

圖1 2#制氧機分子篩純化器流程圖

2 故障現(xiàn)象

2016 年9 月26 日11:39，2#制氧機出現(xiàn)“分子篩吸附時分子篩前后壓差高”報警。此時2#制氧機分子篩程序為1#分子篩再生、2#分子篩吸附。壓差正常運行值一般為9kPa 左右，高報警設定值為11kPa，若壓差上升到18kPa 空壓機就會連鎖放空。當時實際測量數(shù)值達到12.5kPa，并在每次2#分子篩吸附時均有上升趨勢，最高上升近18kPa。1#分子篩吸附時壓差顯示正常，

查看DCS 操作記錄無誤操作情況，現(xiàn)場檢查無明顯泄露，閥門動作指示正常。故障報警開始以后到23:29 檢修完畢，25 日中午11 點以后的分子篩前后壓差趨勢如圖2。其中分子篩壓差出現(xiàn)的3 個異常矩形波，起止時間為9 月25 日11:39-14:00，16:20-18:40，21:00-23:20，都處于2#分子篩吸附1#分子篩再生狀態(tài)。

圖2 2#制氧機分子篩壓差趨勢圖

3 原因分析

檢查發(fā)現(xiàn)1#、2#分子篩升壓正常都能正常切換，在2#分子篩升壓完成開始吸附后，壓差就開始報警，保持2#分子篩吸附的整個周期，并且壓差隨著2#分子篩每次吸附變得越來越大。查明原因解決問題刻不容緩。

3.1 現(xiàn)場閥門狀態(tài)分析

2#制氧機分子篩閥門因結(jié)構(gòu)緊湊，難以通過觀察閥門閥桿確定閥門動作情況，閥門開關是否到位不好判斷。但從2 臺分子篩都能正常切換、吸附再生，且無明顯異音來看，閥門對外泄露的可能性可以排除［3］。

3.2 阻力上升的規(guī)律性分析

分子篩壓差測量取值為空氣進出分子篩的總管道上，在1#、2#分子篩工作時連續(xù)監(jiān)測。壓差顯示趨勢上升和報警僅限于2#分子篩吸附時，說明2#分子篩吸附時有阻力增大可能。

3.3 相關運行參數(shù)分析

空壓機后出口壓力穩(wěn)定、空冷塔冷凍水及冷卻水壓力流量穩(wěn)定，分子篩出口二氧化碳含量正常穩(wěn)定，分子篩進口溫度曲線趨勢正常，排除因帶水造成的分子篩壓差高。

3.4 DCS 中閥門狀態(tài)分析

查看V02、V04 閥門動作趨勢，發(fā)現(xiàn)V02 閥門出現(xiàn)異常，在9 月26 日中午11:39，2#分子篩開始吸附時，V02 閥MV 值是2（閥位輸出指示），PV 值卻是1（閥位反饋指示），持續(xù)2#分子篩整個吸附時間。這個狀況隨后再次出現(xiàn)于2#分子篩16:20 吸附、21:00 吸附時。查看詳細的報警記錄，在2#分子篩開始吸附時，V02 有ANS+（閥位反饋異常）報警，這是設備運行以來V02 第一次出現(xiàn)的異常趨勢與報警，閥門打開不到位可能性極大。

V02 閥門開關信號趨勢如圖3 所示。

3.5 從1#、2#分子篩運行狀況對比分析

由表1 數(shù)據(jù)對比后可看出，自從報警出現(xiàn)后，每當2#分子篩吸附時，空冷塔出口壓力都會略有上升，分子篩及總管壓力同步下降。證明空氣在2#分子篩吸附時流通阻力增加，進一步說明V02閥動作異常開啟時不到位。

表1 兩分子篩吸附時相關參數(shù)對比（21：00） MPa

4 故障處理

隨著壓差的不斷增大，故障惡化愈發(fā)明顯。為了保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，滿足生產(chǎn)用氧需求，經(jīng)過對分子篩運行過程分析，決定不停機在線處理［4］。

具體方案是：在2#分子篩升壓即將完成時將程序由運行切換至暫停狀態(tài)，此時1#、2#分子篩壓力相等，2#分子篩進出口關閉。2#分子篩進口閥V02 進行檢修與測試時，其動作不會影響系統(tǒng)運行。

通過DCS 手動給出V02 閥門開關信號，找出并處理閥門開啟不到位的原因。

9 月27 日1:42，DCS 手動操作V02 數(shù)次，檢修現(xiàn)場確認閥門在開啟時有卡阻現(xiàn)象，且距全開有大約10%左右的偏差。更換V02 閥控制器，并調(diào)整閥門氣缸行程后確認開關位置準確、閥門動作正常［4］；分子篩切換回運行狀態(tài)，觀察2#分子篩壓差顯示恢復正常，整個處理過程用時0.5h。

5 總結(jié)與改進

經(jīng)過此次事故，總結(jié)以下分子篩點檢維護方面一些問題，并做相關處理辦法。

5.1 報警顯示方面優(yōu)化

因2#機設備運行了二十多年，系統(tǒng)陳舊，多套機組報警聯(lián)網(wǎng)，DCS 上頻繁出現(xiàn)大量報警。處理此次故障時，花費了大量時間與精力來查找歷史記錄。一定程度上影響了故障判斷分析速度。

由此梳理歷史報警，對頻繁出現(xiàn)的報警進行逐條分析、跟蹤與整理，根據(jù)參數(shù)控制邏輯與報警數(shù)據(jù)進行優(yōu)化，逐步減少報警，并且對儀表重要報警作中文說明，使其通俗易懂。通過降低報警率，使監(jiān)控人員能第一時間輕易發(fā)現(xiàn)重要報警并及時應對［5］。

5.2 分子篩點檢方面優(yōu)化

為了提高分子篩點檢效率，簡易的檢查方式是對分子篩各參數(shù)趨勢定期查看確認。趨勢的規(guī)律性波動被破壞，意味著某些異常發(fā)生，應立即判斷與處理。這樣能避免大多數(shù)異常故障對設備穩(wěn)定生產(chǎn)的影響。

但是趨勢形成滯后，某些故障在趨勢形成就已經(jīng)對分子篩造成不利影響。例如2#機分子篩運行周期短，蒸汽加熱器若發(fā)生故障造成加熱階段溫度不夠時，往往不易及時發(fā)現(xiàn)。所以要求在點檢分子篩時，能根據(jù)當前的分子篩運行階段立即判斷與即時數(shù)據(jù)是否相符，尤其在沒有報警保護的部分——加熱與冷吹階段，加強各數(shù)據(jù)監(jiān)控。做到對分子篩當前階段下各壓力、溫度、流量等參數(shù)具體數(shù)據(jù)都非常熟悉。這樣才能監(jiān)護分子篩在吸附與再生時確認其順利進行。

最后，及時發(fā)現(xiàn)重要報警與數(shù)據(jù)或趨勢異常，是即時處理故障降低損失的重要保證。

5.3 分子篩閥門維護方面優(yōu)化

對報警的歷史數(shù)據(jù)進行梳理后發(fā)現(xiàn)，在故障發(fā)生更早之前，V02 閥門已經(jīng)出現(xiàn)過ANS 報警。說明閥門經(jīng)過長周期運行，早已經(jīng)出現(xiàn)劣化趨勢。

經(jīng)過溝通討論，閥門若出現(xiàn)重要報警，應立即進行處理，并做好專項記錄與統(tǒng)計。做到準確掌握閥門的劣化趨勢，進行及時處理與預先維護，避免故障影響停產(chǎn)。根據(jù)閥門現(xiàn)場實際與劣化趨勢記錄，做到閥門預先計劃檢修，必要時作為計劃停機處理閥門的數(shù)據(jù)依據(jù)［6］。

5.4 分子篩其他維護項目

對分子篩各運行參數(shù)進行備案，尤其對分子篩吸附余量心中有數(shù)。在分子篩運行異常需要在線處理時，一定要參考分子篩滿負荷吸附的時間，避免因在線檢修時間過長、分子篩超負荷運行而影響生產(chǎn)。

6 結(jié)束語

隨著設備的更新，設計更加合理、使用更佳高效的會陸續(xù)買入投運。作為設備的使用與管理者，深刻認識設備運行機理、建設完善的設備點檢維護制度，是長周期安全生產(chǎn)的重要保證。