空氣過濾減壓閥故障導致蒸汽流量調節閥關閉的原因分析與處理

崔守志

（國能包頭煤化工有限責任公司）

某煤制烯烴項目烯烴分離裝置采用的是國外某專利商技術，包括烯烴分離單元和烯烴罐區單元， 裝置的烯烴分離單元采用前脫丙烷后加氫、丙烷洗工藝技術，2010年投入生產，年運行時間8 000 h。裝置每年生產乙烯和丙烯各300 kt，混合C4產品99 kt，液相C5以上產品26 kt，燃料氣產量4.9 kt。

高壓脫丙烷塔T501正常運行，蒸汽流量調節閥FV501的開度在37%左右自動調節 （投串級），低壓飽和蒸汽流量計FT501所測數值在9 400 kg/h上下波動。 控制室工藝操作人員發現高壓脫丙烷塔T501的溫度在緩慢下降，DCS畫面上蒸汽流量計FT501的數值在2 100 kg/h上下波動，蒸汽流量調節閥FV501的開度指令為100%。

儀表維護人員到現場檢查，發現蒸汽流量調節閥FV501的開度幾乎為零， 分析可能是導致進入再沸器E502A/B的低壓飽和蒸汽流量減少，造成高壓脫丙烷塔T501塔底溫度突然降低的主要原因。 而高壓脫丙烷塔T501塔底溫度低有可能會造成：

a. 塔溫下降，下塔輕組分增多，進入低壓脫丙烷塔T502會出現超壓情況；

b. 塔頂輕組分氣體外送量減少，這部分氣體是送到產品氣壓縮機四段吸入段，氣量減少可能造成產品氣壓縮機機組喘振；

c. 如果產品氣壓縮機停車，烯烴分離裝置就得停車。

現場閥門沒有完全關閉，還有一定量的蒸汽進入減溫減壓器M803，控制室工藝操作人員發現塔溫下降后處置得當，儀表維護人員判斷故障準確且故障處理過程時間短，僅造成高壓脫丙烷塔和低壓脫丙烷塔內溫度和壓力波動，未造成產品氣壓縮機機組喘振和裝置停車。

1 高壓脫丙烷塔流程簡介

高壓脫丙烷塔流程如圖1所示， 高壓脫丙烷塔再沸器E502A/B 用來自減溫減壓器M803 的0.46 MPa低壓飽和蒸汽作為加熱介質，給高壓脫丙烷塔T501底部加熱。 高壓脫丙烷塔塔釜的溫度由TC-503(主回路）控制，低壓飽和蒸汽的流量由調節閥FV-501（副回路）控制，兩個控制回路構成了串級控制。 塔釜控制溫度范圍在（80±8） ℃，控制精度不高。

圖1 高壓脫丙烷塔流程

蒸汽流量調節閥FV501為蝶閥（圖2），閥門定位器為Fisher DVC6030，口徑DN200 mm，壓力等級150LB，泄漏等級Ⅳ級，介質為低壓飽和蒸汽，故障類型FC，無手輪。

圖2 FV501蒸汽流量調節閥

空氣過濾減壓閥是控制閥最常用的附件之一，用于氣源凈化、過濾、設定壓力，是儀表風質量的最后保障，其運行情況直接影響控制閥的開度和控制品質。 如圖3所示，空氣過濾減壓閥為膜片式。 順時針旋轉調節手柄，調壓彈簧被壓縮，推動膜片組件下移，通過閥桿打開閥芯，則進口氣壓力經閥芯節流降壓，有壓力輸出。 出口壓力氣體經反饋管（阻尼管）進入膜片下腔，在膜片上產生一個向上的推力。 當此推力與調壓彈簧力平衡時，出口壓力便穩定在定值。

圖3 空氣過濾減壓閥結構

2 故障排查

儀表維護人員到達現場后， 查看閥位指示器，大概在8%，確認閥門接近關閉狀態，隨即對該閥門進行檢查和處理。

首先，現場進行閥門故障確認。 使用475手操器查看閥門定位器接收到的指令為100%，位置反饋顯示7.8%，閥門接近關閉且控制室無法操作打開。

之后，查看閥門定位器和空氣過濾減壓閥的風表壓力指示值，空氣過濾減壓閥風表指示值在0.1 MPa左右，閥門定位器的進氣口和出氣口風表均顯示在0.1 MPa左右。

準備調節空氣過濾減壓閥手柄，將儀表氣源壓力調高， 發現空氣過濾減壓閥調節手柄順時針、逆時針都無法旋轉。 斷開空氣過濾減壓閥出氣口接頭，發現出氣口氣量很小；關閉氣源球閥后，斷開空氣過濾減壓閥進氣口接頭，再緩慢打開氣源球閥，發現出氣量很大；初步判斷空氣過濾減壓閥故障導致出口的儀表氣源壓力低、氣量少，造成閥門定位器輸出壓力小、無變化，該閥門突然接近關閉且控制室人員無法調整開度。 使用氣源軟管從氣源球閥直接將儀表風連接到定位器進氣口，觀察定位器進氣口風表指示值，將儀表氣源壓力調整為與閥門定位器一致（0.4 MPa），Fisher定位器6000系列需要設置定位器進氣壓力，這個功能也給儀表人員調整氣源壓力很好的參考，保持閥門定位器的動作精度。 準備新空氣過濾減壓閥，待工藝將高壓脫丙烷塔和低壓脫丙烷塔控制穩定后，與工藝和設備人員協商更換空氣過濾減壓閥的方案和措施。

3 故障原因分析

解體故障的空氣過濾減壓閥，發現里面的調壓彈簧和膜片上有結冰。 調壓彈簧是金屬材料，根據熱脹冷縮原理， 溫度變低又有結冰的情況下，調壓彈簧收縮；膜片推力與調壓彈簧平衡時膜片處于下移狀態，而膜片結冰變硬會向上恢復形變；兩個部件同時向上移動，閥桿帶動閥芯向上的位移量變得更大，閥芯開度變小，使得出口壓力低、氣量少。 調節閥執行機構進氣壓力變小，推動膜頭內彈簧形變減小， 閥門開度逐漸關小；當膜頭內彈簧與儀表氣源壓力形成新的平衡，閥門開度保持不變；由于氣源壓力過低，造成操作指令與閥門實際開度不一致，且控制室無法操作閥門動作。 空氣過濾減壓閥的出口氣壓力低、氣量少，導致閥門突然關閉是本次故障的直接原因。

室外安裝帶有呼吸孔的空氣過濾減壓閥（圖4），經歷風霜雨雪等惡劣天氣，雨水可能會從呼吸孔進入空氣過濾減壓閥內，在調壓彈簧、膜片等部件堆積；北方冬季氣溫低，空氣過濾減壓閥內部結冰，根據金屬材料熱脹冷縮原理，使得閥桿帶動閥芯上移，閥芯開度變小，出口氣量減少、氣壓低。 閥門設置在室外，且選用的是普通型空氣過濾減壓閥，設備選型錯誤也是這次故障的重要原因。

圖4 空氣過濾減壓閥

停車檢修期間，對控制閥的各個附件檢查和清理工作不全面、不徹底，工作有死角，也是本次故障的原因。

4 處理辦法

待工藝將高壓脫丙烷塔和低壓脫丙烷塔控制穩定后，與工藝和設備人員協商更換空氣過濾減壓閥的措施如下：

a. 在閥桿上焊接兩個固定點。該閥為角行程蝶閥，為了保持裝置正常生產不停車，在線更換空氣過濾減壓閥，在閥桿上焊接兩個固定點（圖5），為安裝閥門卡具做準備。

圖5 閥桿上焊接固定點

b. 制作卡具。 根據生產工況，確定閥門開度保持在37%左右，測繪制作卡具。

c. 更換空氣過濾減壓閥。 閥門卡具固定后，關閉氣源球閥，斷開氣源軟管，控制室操作人員確認高壓脫丙烷塔溫度無變化，現場人員確認閥門開度在36%左右，儀表維護人員更換空氣過濾減壓閥，調整空氣過濾減壓閥設定壓力到0.4 MPa。

5 經驗教訓與防范措施

儀表設備的強制保養工作一定要認真對待，不能敷衍，發現問題及時處理。 重要（關鍵）儀表專人管理，檢修期間對重要（關鍵）閥門的附件全部進行檢查，發現問題及時處理并做好記錄形成臺賬，便于后期預知性維護。 控制閥強制保養檢查項目見表1，其中關鍵（重要）設備每周一次，其他設備每月一次。

表1 控制閥強制保養檢查內容

5.1 防范措施

利用檢修時段，檢查所有空氣過濾減壓閥的使用情況，包括調壓彈簧、膜片組件、濾芯及杯體等，發現問題及時清理或更換。

排查現場所有空氣過濾減壓閥的型號是普通型還是低溫型， 將室外普通型更換為低溫型。建議冬季室外溫度低于0 ℃的地區， 使用低溫型空氣過濾減壓閥。

將現場調壓手柄式空氣過濾減壓閥更換為調壓旋鈕式，調壓旋鈕除了操作方便外，還能在一定程度起到防水作用（對于調壓螺桿部位能起到類似“雨傘”擋雨的作用）。

定期對儀表氣源管線低點的空氣過濾減壓閥排凝，避免空氣過濾減壓閥杯體內存在的凝液反竄進入調壓彈簧或膜片內，提高設備的使用壽命。

每天對儀表氣源的露點進行分析化驗，分析結果報生產運營部。 發現露點偏高時，空分裝置及時調整，并對儀表氣源排凝，進入冬季前需進行多次排凝。

儀表氣源供氣總管上可以安裝在線露點儀，實時監測儀表氣源含水情況，實現自動控制。

5.2 改進優化措施

最簡單、有效、經濟的方法，就是在空氣過濾減壓閥的上部套塑料袋（圖6），并用扎帶（綁帶）固定，避免雨水從呼吸孔進入閥內，設備美觀性會差一些；室外空氣過濾減壓閥需經常更換塑料 袋（老化、破損等因素）。

圖6 現場空氣過濾減壓閥套袋防護

在呼吸孔安裝內嵌式消音器（圖7），可有效 降低雨水進入空氣過濾減壓閥的情況。

圖7 呼吸孔安裝內嵌式消音器

呼吸孔帶防雨帽（圖8），可有效杜絕雨水進 入空氣過濾減壓閥。

圖8 呼吸孔帶防雨帽

對有呼吸孔的空氣過濾減壓閥進行改造，呼吸孔攻絲M4 mm，DN4 mm的不銹鋼管或銅管一頭套絲，一頭向下彎90°角，避免雨水從呼吸孔進入，改造后的效果如圖9所示。

圖9 改造呼吸孔后的空氣過濾減壓閥

設備更新。 這個方案需要花費一定的費用，優先更換室外重要（關鍵）控制閥或其他使用到空氣過濾減壓閥的設備，替換下來的可以用在室內的設備上。

結合空氣過濾減壓閥的故障案例，像現場的閥門定位器、執行機構膜頭（氣缸）、電磁閥及消音器等儀表設備，都可以采用類似的整改措施或技術改造措施，能夠有效避免雨水或雜物（蚊蟲）等進入儀表設備內，造成儀表設備故障，影響設備穩定運行。

6 結束語

空氣過濾減壓閥作為一種氣動薄膜調節壓力的輔助設備，設備選型既影響自身的運行情況和使用壽命，也影響控制閥的運行狀況和使用壽命，在儀表的日常維護過程中，不能忽視控制閥相關輔助設備的強制保養工作， 為工廠的安全、穩定、長周期運行做好基礎工作。