淺談UNIPOL聚丙烯PDS順控聯鎖及長周期運行改進措施

楊會兵

（中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

聚丙烯和聚乙烯裝置屬于主裝置。其工藝是由氣相原料反應生產固體聚合物粉料，影響裝置長周期運行的主要因素之一是出料系統的PDS 高頻球閥。

1 PDS工藝流程

聚丙烯裝置采用美國DOW 公司的UNIPOL 氣相流化床聚丙烯工藝，該工藝可生產104 個牌號聚丙烯產品，其中包括32 個均聚、16 個無規共聚和52 個抗沖共聚牌號產品。裝置以丙烯為原料，年生產30 萬噸粒狀聚丙烯樹脂，可生產各類型的均聚物、無規共聚物以及抗沖共聚物產品。聚丙烯工藝流程主要包括原料精制、聚合反應、排放回收、擠壓造粒、粒料輸送等。其中，PDS 出料系統是聚合反應非常重要的組成部分，丙烯在氣相流化床反應器中適當的溫度、壓力及催化劑的作用下聚合反應生產粉狀的聚丙烯。當粉狀的聚丙烯到達一定的床高、床重，就會按照邏輯順序控制依次出料，分別經過產品室、產品吹出罐后排出至產品接收料倉和脫氣倉[1]。

聚合反應器有4 條產品下料線，分成A、B 兩組。PDS下料系統包括4 臺產品下料罐C-4101/4106/4105/4107 和4臺產品吹出罐C-4103/4108/4110/4112。每條產品下料線均由一臺產品下料罐、一臺產品吹出罐和14 臺兩位式球閥組成，另外有2 臺兩位式球閥用于組內兩條產品下料線之間的氣體平衡。兩組PDS 下料系統按照時間和壓力的邏輯控制關系相互交替使用[2]。當其中一條產品下料線發生故障時，其它產品下料線可分別獨立運行。每組內兩條產品下料線之間的氣體能夠相互傳送，以減少循環氣損失，但是兩組PDS 下料系統產品下料線之間的氣體不能相互傳送。

以單條產品下料線為例：粉料從反應器進入產品下料罐C-4101/4106/4105/4107，依靠壓差和重力的作用，從產品下料罐進入產品吹出罐C-4l03/4108/4110/4112。

2 PDS順控與聯鎖邏輯

2.1 PDS順控

聚丙烯裝置第一反應器共有PDS 氣動閥門60 臺，閥門動作順控見表1。

表1 聚丙烯裝置PDS閥門動作順控Table 1 Sequence control of PDS valve action in polypropylene plant

圖1 PDS工藝流程圖Fig.1 PDS Process flow diagram

圖2 RG執行機構剖視圖Fig.2 RG Actuator cross-sectional view

圖3 LPS執行機構剖視圖Fig.3 LPS Actuator cross-sectional view

表2 PDS閥常見故障及原因分析Table 2 Common faults and cause analysis of PDS valve

備注：向上箭頭↑表示閥門打開，向下箭頭↓表示閥門關閉，空白表示閥門保持不動作。

2.2 PDS聯鎖邏輯

1）HS-4101-1Q、HS-4106-1Q PDS 鎖位開關

兩位開關，設置在現場，位于每套對應的PC 和PBT之間?！白詣樱ˋUTO）”位置允許PDS 邏輯在“AUTOMATIC”或“手動”兩個模式下操作，“OFF”位置能夠鎖定開關。這允許人員在現場安全地操作或維護PDS 在程序循環的過程中，旋轉這個開關到“OFF”位置，將立刻終止程序，所有的閥門都回到故障安全位置[3]。當HS-4101-1Q、HS4106-1Q 轉向“OFF”位置時，控制室相對應的“現場Q 開關鎖定OFF 位置”狀態指示被點亮。

2）HS-4101-1S、HS-4106-1S PDS 操作開關

三位軟開關，位于控制室操作界面上?！皢印蔽粸樗矔r信號，若滿足以下條件，則“啟動”信號會被鎖定：HS4101-1Q（HS4106-1Q）現場開關在“自動”位置、HV-4103-9（HV-4108-9）打開、PC 罐壓力高于PA2L-4101-2（PA2L-4106-2）、PBT 罐壓力低于PA5H-4103-1（PA5H-4108-1）。若以上條件不滿足，則開關彈至“中間”位，并出現“PDS 循環因系統故障終止”報警。若將開關打到“停止”位，將停止PDS 循環，所有閥門回到安全位置。

3）HS-4101-1T、HS-4106-1T PDS 模式選擇開關

“自動”PDS 以自動模式運行。

“手動”PDS 以手動模式運行，允許手動動作閥門。

“停止”PDS 系統處于備用狀態，準備重新啟動。

4）閥門動作條件

A 閥，常開，關閉此閥不需其他邏輯條件。

B 閥，常閉，手動打開此閥還需滿足以下條件：D、E、H、L、M、W 閥關閉；PC 罐壓力高于PA2L-4101-2；產品接收倉PR 料位低于LA2H-5013-1 且PPB 不在旁路狀態或HS-4311-2D 在抗沖狀態。

C 閥，常開，關閉此閥沒有條件。

D 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A 閥、C 閥均關閉；E、G、M、W、X 閥均關閉。

E 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A 閥、C 閥均關閉；1#線PBT 不需要吹掃；PR 隔爆膜完好（ZA-5013-9）；D、G、H、M、X 閥均關閉；2# 線PDS 沒有下料（2#線E 閥、M 閥關閉或2#線現場鎖定開關在“OFF”位置）；PR 壓力低于PA3H-5013-5；PBT 壓力低于PA2H-4103-13；中間傳送系統允許信號存在（HS-4311-2D 在“抗沖”位置，BB、EE 閥開、JJ、FF 閥關、過濾器料位低于LAH-4312-11，差壓低于PDAH-4312-2）[4]。

G 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：PC 罐壓力高于PA2L-4101-2；D、E、H、L、M 閥關閉。

H 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A 閥、C 閥均關閉；E、G、M、W、X 閥關閉。

J 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A、C 閥均關閉；G 閥關閉；PBT 罐壓力低于PAH-4103-1。

L 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A、C 閥均關閉；G 閥關閉；W 閥關閉。

M 閥，常閉，打開此閥需滿足以下條件：B 閥關閉或者A、C 閥均關閉；PBT 罐壓力低于PA4H-4103-1；D、E、G、H、X 閥均關閉；PR 隔爆膜完好（ZA-5103-9）；PR 壓力低于PA3H-5013-5；2#線沒有下料（2#線M 閥、E 閥均關閉）或2#線PDS 鎖定開關HS-4106-1Q 在“停止”位置；來自IRTS 的許可（HS-4311-2D 在抗沖位置且轉移罐過濾器壓力低于PA2H4312-3（PA2H4322-3）的設定值，轉移罐過濾器差壓低于PDAH-4312-2（PDAH-4322-2）的設定值）。

P 閥，正常情況下P1、P2、P3 均關閉。在產品出料循環過程中，不對這3 個閥門進行操作。在自動模式下，此3 個閥門無法打開。只有系統維護時，通過HS-4101-1P（HS-4106-1P）在P1、P2 和P3 能在手動模式操作以前，下列聯鎖條件必須滿足：PBT 的壓力必須低于PAH-4103-1（PAH-4108-1），“手動”許可必須滿足，閥G 和J必須是關閉的；或者閥B 確認關閉，或者閥A、C 確認關閉。如果這些條件都滿足，通過將HS-4101-1P（HS-4106-1P）設置到OPEN 位置，閥P1 和P2 能被打開，閥P3 被關閉（首先關閉P3，延時1s 后再打開P1、延時2s 后打開P2）。

W 閥，常閉，要手動打開此閥必須滿足以下條件：兩個PDS 的閥D、G 和H 必須確認關閉，兩個PDS 的閥B 確認關閉，或者兩個PDS 的閥A 和閥C 確認關閉、兩個PDS的“手動”許可必須滿足、兩個PDS 的PC 的壓力必須大于PA2L-4101-2 和PA2L-4106-2[5]。

X 閥，常閉，手動打開此閥必須滿足以下條件：兩個PDS 的閥D、E、H 和J 必須確認關閉，兩個PDS 的“手動”許可滿足。

3 PDS閥常見故障及原因分析

聚丙烯裝置PDS 閥門具有極高的動作頻次和循環次數，相關PDS 閥門、氣控閥、電磁閥每年動作約20 萬次～26萬次，頻繁動作加大了閥芯、閥桿、填料、執行機構等磨損以及彈簧疲勞[6]。2014 年7 月投產至今已長周期運行8年半的時間，這期間高頻球閥、執行機構、電磁閥、氣控閥均有各類故障出現，影響裝置平穩長周期運行。

4 PDS長周期運行的優化改造

4.1 RG執行機構改LPS執行機構

從以上兩張圖中可以看出，兩種執行機構的原理不同。RG 的彈簧缸為拉拽式，LPS 的彈簧缸為推壓式。RG 型彈簧缸存在拉桿與彈簧末端拉盤脫落的風險，彈簧力最大的位置是壓縮量最大的情況，類似于“拉滿弓”狀態，鑒于內蒙古某公司的彈簧缸端蓋飛出的現象分析，只有此時是最危險的。

Flowserver 根據RG 執行機構使用的環境及其自身產品的原理，出具了一個對于在PDS 產品出料系統中應用的維護指導意見。意見中說明：“PDS 閥門的E 閥因震動需要定期檢查執行機構各部位的連接螺栓（附檢查程序），建議每6 個月檢查一次。”并且針對E 閥的檢查項目也進行了明確[7]。產品手冊上已經標明，對于LPS 型執行機構是不需要對氣缸和彈簧缸進行維護保養的。通過與廠家技術咨詢溝通，對RG 執行機構內連接螺栓定期緊固檢查，之后采購了3 臺改進型的LPS 型執行機構替換原RG 執行機構，這樣避免了RG 執行機構極端情況下端蓋蹦出造成對人員傷害的風險。

4.2 極寒天氣的應對措施

對于中國北方，冬季可能遇到極寒特殊天氣，氣溫可達-20℃～-40℃，執行機構內部潤滑油流動性變差，潤滑效果也變差，甚至可能出現閥門動作緩慢、閥門不動作情況；同樣，氣控閥、電磁閥在極寒天氣下，閥芯也會出現動作緩慢甚至不切換的情況發生[8]。因此，應對極寒天氣，現場采取了保溫措施，纏繞點伴熱帶、包工業棉被等保溫措施，效果顯著，并且采購備件時明確要求必須是耐低溫型氣控閥、電磁閥。

4.3 反饋連接桿易斷裂的改造

PP 裝置PDS 閥門自動出料動作頻次高，且現場有振動，W 閥在傾斜管道上安裝，綜合以上不利因素，W 閥出現數次反饋桿斷裂故障，PDS 無法正常出料。通過對閥門反饋進行改造，主體思路是摒棄初始設計時氣缸主軸與反饋桿硬連接的方式，進行優化改造，取消反饋連接桿，在氣缸主軸末端焊接兩個成90°夾角的回訊監測點，重新加工接近開關的安裝支架，這樣就有效消除因執行機構主軸與反饋桿不同心導致反饋桿斷裂的隱患，避免反饋桿斷裂造成PDS 停止出料的事件發生[9]。

4.4 閥門填料漏

PDS 閥門填料漏為出現頻次最高的故障，高頻率的動作使閥桿磨損嚴重，造成閥門填料磨損嚴重，介質頻繁外漏。填料外漏時現場只更換了頂層纏繞編織填料，沒有對填料函進行清理和更換全部填料。根據工廠經驗，當填料函出現外漏，首先是底層石墨密封圈損壞，如果在不更換石墨密封圈的情況下，只更換纏繞編織填料，其填料密封的效果不是很好。如果在更換纏繞編織填料時不清理填料函和間桿，密封效果會更差。為了達到密封效果，必然會壓緊填料函螺栓，這就會導致圓桿的摩擦力變大，影響閥門的工作性能。因此，在更換閥門填料時，將頂層纏繞編織填料和底層石墨密封圈全部更換，這樣就保證填料更長的使用壽命。

4.5 降低執行機構串氣風險

聚丙烯PDS 現場裝配KINETROL 的扇型執行機構和Bettis 的活塞式執行機構，尤其是KINETROL 扇型執行機構在高頻動作情況下容易發生串氣故障。該執行機構為鑄鋁材質，執行機構內壁拉傷嚴重后無法維修，更換執行機構經濟成本非常高。因此，降低執行機構串氣風險非常有必要[10]。定期對PDS 扇形執行機構進行下線保養維護，更換密封組件，清理執行機構內腔并增加潤滑脂，這樣大大增加了扇形執行機構使用壽命。

5 結束語

通過對PDS 工藝流程、順控及聯鎖邏輯的掌握，不斷積累現場實際生產經驗，快速精準分析判斷PDS 故障的原因，最大限度縮短PDS 故障處理的時間，并通過對PDS 進行針對性的改造升級，為UNIPOL 聚丙烯裝置的長周期穩定運行提供了可靠支撐，同時也為同類型聚丙烯裝置PDS設計、操作、維護提供了思路和參考。