PSA裝置程控閥故障原因分析與對策

摘? 要：某新建PSA裝置開工階段出現大量程控閥開關不到位故障，經檢查確認為液壓油內有雜質異物附著在電磁閥滑塊硬密封面導致電磁閥滑塊卡澀，油路無法切換、閥門拒動，該文結合使用過程中程控閥出現的故障現象、處理方法進行了分析，并提出了對策措施及優化建議。

關鍵詞：PSA程控閥液壓油雜質

1.引言

程控閥是PSA（變壓吸附）裝置順序控制的核心設備，直接關系到氫氣產品的純度及收率。程控閥在運行過程經常出現一系列故障，甚至造成裝置產品不合格、非計劃停工的嚴重后果，下面結合裝置運行過程中常見的故障現象，歸納分析故障判斷及處理方法，便于今后準確及時地排除故障，確保裝置的平穩運行。

2.PSA裝置流程簡介及構成

2.1工藝流程

PSA裝置以來自歧化尾氫、催化干氣尾氣、裂解汽油加氫高壓尾氣提供的35200Nm3/h含氫尾氣為原料，采用真空變壓吸附（VPSA）工藝分離提純氫氣，提純后的氫氣產品作為加氫裝置用氫。VPSA氫提純工序由10臺吸附塔、4臺容器、3臺真空泵組成，采用10塔 VPSA流程。其吸附和再生工藝過程由吸附、均壓降壓、逆放、抽真空、均壓升壓和產品最終升壓等步驟組成。十個吸附塔交替進行以上的吸附、再生操作，實現氫氣的連續分離提純。本裝置工藝包及設備均選用成都華西化工科技股份有限公司專利技術及產品。

2.2 基本控制功能

（1）順序控制：本裝置的全部程控開關閥和控制調節閥，按照工藝給定的條件進行順序控制和模擬調節，使裝置正常工作。這要求順序控制和模擬控制能有機的結合起來，進行復雜控制。并且對于多種切塔和恢復的控制，能實現多種不同的控制程序。所有的程控開關閥均帶閥位檢測、顯示和報警功能。

（2）自適應隨動控制：裝置在運行過程中，各塔除在吸附狀態外，都處在某種降壓和升壓過程中。在這個過程中要求氣流均衡、穩定，對這類過程的控制是關系裝置運行質量包括吸附劑壽命長短的一個關鍵，本裝置以壓力為控制量，通過控制吸附壓力均勻上升和下降，達到穩定控制氣體量的目的。按照上述要求開發的變壓吸附自適應控制軟件，可根據變化中的工藝條件進行預估，隨工藝狀況的改變，自動生成控制操作曲線，按此曲線自動控制變壓吸附裝置的關鍵升壓和降壓過程，最大限度地接近于理想過程。

（3）參數優化控制：依據原料氣量的變化和純度的變化自動地計算出最佳吸附循環時間，優化裝置的運行狀況，使裝置在保證產品質量的前提下，還可以自動地獲得最高的產品回收率、獲得最佳的經濟運行效益。

（4）聯鎖控制：包括工藝參數聯動調節，工藝參數安全聯鎖，產品質量聯鎖控制等。

（5）動力設備監控：包括真空泵、液壓系統等各種動力設備的流程顯示、關鍵參數的監控、動力設備故障的報警和動作聯鎖。

2.3重要控制設備

本裝置共使用程控閥89臺含液壓驅動頭、調速模塊、關閉緩沖模塊，其中7臺為手動就地控制。程控閥閥門型式為三偏心蝶閥（>DN200）及高性能程控平板閥（≤DN200），采用法蘭連接（ANSI B16.5），壓力等級為300磅，密封等級為ANSI Ⅵ級，防爆等級等級為dⅡCT4，密封件材質為316SS復合圈及增強F4，閥體材質為CS，驅動方式為液壓驅動，程控閥門含調速模塊（液壓配置時閥門的開啟速度在1～30秒內可調）。

程控閥配套電磁閥為液動隔爆DC24V電磁閥，為意大利ATOS進口產品，共82臺。閥位傳感器采用德國P+F產品，共82只。

液壓系統用于為裝置程控閥門提供動力，為ATOS進口泵（一開一備），工作壓力為5.0～6.0 MPa.G，最高輸出壓力為10.0 MPa.G，使用液壓系統的目的是為了進一步提高裝置程控閥門的運行平穩性、可靠性和使用壽命，提供可靠的閥門開啟速度調節功能，控制均壓氣流的速度，降低裝置噪音，保護吸附劑。同時閥門關閉緩沖功能進一步保護閥門快速關閉時的密封面不受損傷。

3程控閥故障原因分析

3.1故障現象

PSA裝置開工前調試階段出現大量程控閥開關不到位的故障現象，經檢查確認為液壓油內有雜質異物附著在電磁閥滑塊硬密封面導致電磁閥滑塊卡澀，油路無法切換，閥門拒動。

故障出現后設備安排對油缸進行了拆檢，油缸內的確存在大量異物。執行機構完全解體后，發現部分機件加工粗糙，存在殘留鐵屑，緩沖活塞的氧化涂層也有碎屑（見圖1～圖4）。

3.2? 故障處理

經過多專業對接討論，安排對PSA程控閥進行了全部拆檢，對油缸雜質進行了清洗，對缺陷部件進行了處理，由廠家負責同步對電磁閥進行拆檢清洗。 上述工作完成后程控閥空載運行期間電磁閥卡澀故障仍未完全消除，至開工前基本保持在一天一臺故障率，自裝置8月11日開工正常開始到后期大約1個半月時間里，電磁閥卡澀故障又出現13次，故障率仍較高，但頻次逐步降低，情況有所好轉。

3.3故障原因分析

對比其它幾套PSA裝置的故障統計，開工初期電磁閥故障率略微偏高但裝置正常運行一段時間后電磁閥總體故障率較低。

針對電磁閥故障問題，相關專業再次進行了討論對接，對程控閥故障問題原因進行了全面分析并達成了共識，雖然前期對執行機構油缸及液壓油管路進行了拆檢清洗，但在裝置運行過程中由于程控閥液壓驅動油缸為封閉空間存在死區，仍會存在殘留的雜質，這些雜質不定期帶到電磁閥滑塊部位造成電磁閥滑塊卡澀故障，隨著雜質逐步帶出電磁閥故障率也會逐步降低。

PSA裝置前期安裝時程控閥到現場后露天放置，部分程控閥由于油路切換塊模塊塑料保護罩變形脫落，雨水及潮氣進入油缸內部造成氧化銹蝕，產生大量鐵銹等雜質。裝置開工前期由于順控程序存在問題、氣密過程中密封墊問題等原因造成程控閥跑油、空載調試時間較短，油路及缸體內雜質存在殘留沒有盡可能帶出。以上兩點是程控閥電磁閥卡澀故障重復出現的最主要原因。

4后續處理措施

對接會也對電磁閥卡澀故障后續處理措施進行了安排對接，通過各專業配合使裝置平穩運行：

（1）對液壓油清潔度[1]進行委托外送檢測，對油顆粒度進行檢測，出結果后與電磁閥油液清潔度參數進行比對，看是否符合電磁閥要求（滑塊和閥門縫隙約20微米），根據說明書上滑塊對油液的要求其清潔度需NAS 1638 10級，如檢測結果不符合要求則設備安排對液壓油進行置換。

10月8日液壓油檢測報告分析結果為NAS 1638? 9級，油液清潔度好于10級，但該報告也同時指出油品清潔度超標，建議加強污染控制，避免因潤滑油污染導致設備異常磨損。

電磁閥開工階段故障率非常高，但油樣拿去檢測的日期為9月21日電磁閥卡澀原因分析會之后，通過油箱里的液壓油取樣，此時通過執行機構油缸及液壓油管路進行拆檢清洗、液壓油置換等措施電磁閥故障率已明顯降低。已向設備人員提議定期對執行機構內油樣采取檢測，這樣檢測結果會更具代表性。

NAS1638[1]是分段計數的，有5個尺寸段。由于實際油液各尺寸段的污染程度不可能相同，因此被測油樣的污染度按其中的最高等級來定。這會引起一個問題。例如，測出的5～10μm的污染度可能是4級，15～25μm顆粒的污染度可能是6級，25～50μm可能是5級，而50～100μm顆粒的污染度可能是8級，這時數據就很難處理，往往使得概念不清。如果保守的話，就會按照規定判定為8級，認為系統很臟。而事實上，新的磨損理論表明只有尺寸與部件運動間隙相當的顆粒才會引起嚴重的磨損，也就是說5～15μm的顆粒危害最大，而50～100μm由于無法進入運動間隙，對磨損的影響卻不大。

（2）設備專業對液壓油系統過濾器過濾芯進行檢查，檢查過濾器有無破損，避免雜質污染液壓油，采購過濾器濾到貨后對其進行更換（吸油過濾器濾對應的過濾精度180μm），保證液壓油要求。10月24日，裝置停工進行程序修改完善工作，借此機會設備安排對過濾器進行了更換，對油箱液壓油再次進行了置換。

（3）今后電磁閥出現故障卡澀現象后對電磁閥清洗更換，同步對執行機構油缸進行拆檢清洗。

（4）廠家及時提供備件支持，有需求時第一時間響應，故障電磁閥分批送廠家清洗修復。

采取上述措施后自裝置修改程序后開工至今未再出現程控閥因電磁閥滑塊卡澀導致的故障。

5小結

為避免裝置前期安裝時程控閥保護不到位，油缸內部氧化銹蝕產生大量雜質問題，需廠家發貨時每臺程控閥安裝跑油模塊來避免此問題，同時也可避免洗滌管線時重復拆裝電磁閥。

裝置開工過程中程控閥跑油、空載調試時間較短，要求生產部門在安排裝置開工節點時將此項工作排進計劃表并預留出足夠時間，嚴格按照廠家提供的液壓油維護系統要求，累積運行不少于60小時，在累積運行的最后10小時內沒有發生任何故障，則試車完成，將油路及缸體內雜質殘留盡可能帶出。

設備專業在油缸更換過程中盡量吹掃清洗干凈， 廠家要加強生產環節質量控制，確保執行機構內部干凈。設備專業按照相關運行手冊和制度定期更換潤滑油和清洗過濾器[2]，潤滑油一般新投入使用3～6個月更換一次，以后可以12～18個月更換一次，同時油的狀況應經常注意， 工作油質太差時需更換液壓油;每半年清洗一次泵站吸油過濾器，每2～3 年進行一次油箱清潔和管道沖洗。

以上措施可為今后新建PSA裝置提供借鑒，從源頭抓起，避免程控閥故障后被動處理。

參考文獻

[1]劉混舉，李孝平.油液污染度等級標準及其測定[J].煤礦機械，2003，3：81-82.

[2]龔俊生.液壓油系統操作與維護[J].PSA技術應用，2014，2：32-64.

作者簡介： 李智深（1983年6月—），男，漢族，河北省平山縣人，工程師，研究方向：石油化工儀表技術管理。