油氣回收系統電動閥故障分析及處理

魯 兵，劉寶科

（中國石油蘭州石化公司，甘肅蘭州 730060）

0 引言

活性炭吸附單元是油氣回收系統的重要組成部分，單元的電動閥如果發生故障將影響整改系統的正常運行，為了保證系統的正常運行，需要對該故障進行分析研究。

1 工藝流程

1.1 工藝總流程

某煉廠航煤汽車零裝棧橋油氣回收系統采用“冷凝+膜分離+活性炭”吸附工藝。工藝流程如下：

（1）將鶴位排出的油氣收集進入到集氣總管。

（2）集氣總管上的壓力傳感器壓力信號和現場流量信號同時滿足，反饋給控制系統。

（3）控制系統通過變頻器調節變頻風機抽氣能力，實時跟蹤裝車的排氣速度。

（4）尾氣先經過預冷器，然后通過冷凝出口低溫氣與入口常溫氣進行換熱降溫，回收冷量，隨后進入冷凝系統。

（5）尾氣經過預冷器換熱后進入冷凝單元，油氣在冷凝單元中通過分梯度冷凝的方式將絕大部分油氣轉化為液體油直接回收至儲罐。分凝后的低濃度油氣和進氣進行回熱交換至近常溫狀態，進入壓縮單元。

（6）壓縮單元由壓縮機等組成，將低溫常壓油氣壓縮成高溫高壓氣體后進入膜單元。

（7）不凝氣體經過非多孔性橡膠態高分子氣體分離膜，利用膜兩側的壓差作為分離動力，分離膜對不同氣體的透過速度不同，不凝氣中的有機氣體比空氣更優先地通過膜，使有機氣體與空氣分離。富集的油氣經過管線返回冷凝單元重新冷凝液化，膜組件透余側氣體為低濃度氣體，進入活性炭吸附單元。

（8）經過膜處理的非滲透氣繼續進入兩個并聯罐組成的活性炭吸附單元進行活性炭吸附處理。活性炭吸附末端干凈氣體直接達標排放，達到吸附飽和的吸附罐則進入真空解析過程，同時，并聯的另一活性炭吸附罐進入吸附過程。

（9）解析后的高濃度氣體進入集油罐進行吸收處理，少量未被吸收的油氣進入冷凝系統的下一個循環。

（10）集油罐裝滿后通過自帶油泵自動輸送至污油回收裝置。

1.2 吸附單元工藝

活性炭吸附單元閥組動作啟動累計時間包括入口引風機P101 啟動時間、吸附罐V107、V108 切換時間（60 min）、脫附時間（50 min）、破真空時間（30 s）。吸附罐V107、V108 吸附解析操作如下：

（1）電動閥MV105 為打開狀態，MV107 處于初始打開狀態，MV103 處于關閉狀態，吸附罐V107 開始吸附。

（2）電動閥MV105 累計打開60 min（P101 啟動時間）后，同時打開閥門MV108，2 s 后打開閥門MV106，同時關閉閥門MV104，10 s 后關閉電動閥MV105，同時關閉MV107，打開MV103。到位后啟動真空泵P103，吸附罐V107 開始脫附，真空泵P103 累計啟動時間50 min 后停止，同時關閉MV103。到位后打開閥門MV111 進行破真空補氮氣操作，MV111 打開30 s后關閉，V107 罐完成吸附脫附循環。

（3）電動閥MV106 累計打開60 min（P101 啟動時間）后，同時打開閥門MV107，2 s 后打開閥門MV105，同時關閉閥門MV103，10 s 后關閉電動閥MV106，同時關閉MV108，打開MV104。到位后啟動真空泵P103，吸附罐V108 開始脫附，真空泵P103 累計啟動時間50 min 后停止，同時關閉MV104。到位后打開閥門MV112 進行破真空補氮氣操作，MV112 打開30 s后關閉，V108 罐完成吸附脫附循環。

（4）重復2、3 過程。如果P101 停止運行，則吸附停止、計時停止；P101 打開，則吸附啟動、計時開始。

工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程

2 故障分析及處理

2.1 故障現象

吸附單元電動閥MV105 手動、自動均無法開、關操作，檢查發現電動閥電機定子繞組燒毀。吸附塔V107 不能正常使用，順控制電動閥電機的正轉和反轉。控制系統程序輸出打開電動閥命令，PLC 輸出通道Q2.5 接通，繼電器KA18-1 線圈得電，繼電器觸點KA18-1 閉合，接觸器KM18-1 得電，接觸器觸頭KM18-1序控制無法正常運行，需要手動操作。

2.2 電動閥控制系統組態

油氣回收系統的控制系統由西門子S7-200 SMART（CN226）PLC 及WINCC 軟件組成。電動閥MV105 控制開關程序如圖2、圖3 所示，其中的符號地址及釋義見表1。

圖2 電動閥MV105 開控制程序

圖3 電動閥MV105 關控制程序

表1 電動閥開/關程序段中的符號、地址及注釋

從程序可以看出，電動閥MV105 的打開有2 種情況，一種是吸附程序邏輯運算輸出，一種是上位系統畫面“手動”打開命令。閥門打開中斷（停止）有4 種情況，分別是電動閥全開位置反饋、電動閥關閉控制輸出信號、上位系統畫面“手動”關閉命令以及吸附程序邏輯輸出。電動閥MV105 的關閉控制也是2 種情況，一種是吸附程序邏輯運算輸出，一種是上位畫面“手動”關閉信號。關閉控制輸出停止有4 種情況，分別是電動閥全關位置反饋、電動閥打開控制輸出、上位畫面手動打開信號以及吸附程序邏輯輸出。

2.3 電動閥電氣接線

電動閥電氣接線如圖4 所示，電動閥的打開和關閉實際上是閉合，電動閥電機得電，開始轉動。接觸器觸頭KM18-1 斷開，電機轉動停止。控制系統程序輸出關閉電動閥命令，PLC 輸出通道Q2.6 接通，繼電器KA18-2 線圈得電，繼電器觸點KA18-2 閉合，接觸器KM18-2 得電，接觸器觸頭KM18-2 閉合，電動閥電機得電，開始反向轉動。接觸器觸頭KM18-2 斷開，電機轉動停止。

2.4 故障原因

從PLC 控制程序和電動閥的接線可以看出，在電動閥打開或關閉自動過程中，如果閥門卡澀，電機將一直處于上電狀態，勢必會造成電流增大，直至燒毀電機繞組。閥門質量不過關，供應商設計的電氣接線不正規是電動閥電機繞組燒毀的根本原因。

3 故障處理

3.1 更新電動閥

采購原型號電動閥或者其他廠商的代用電動閥，使用改進后的接線方式接線。

3.2 電動閥接線改進

PLC 程序保持不變，對其接線進行改進。在控制機柜內重新配線，拆除繼電器到接觸器的信號線，改用直流供電備用回路（24～30 V）供電。為了保護PLC 系統供電的安全性，電動閥開關反饋信號回路增加熔斷器FU1、FU2，繼電器KA28-1、KA28-2。電氣接線如圖5 所示。

圖5 電動閥更換后電氣接線原理

3.3 電動閥聯調

（1）電動閥現場放置“就地”位置，現場手動開、關電動閥，運行正常。

（2）電動閥現場放置“遠程”位置，將系統切換至“手動”狀態，使用上位控制系統，測試開、關電動閥，運行正常。

（3）電動閥現場放置“遠程”位置，將系統切換至“自動”狀態，使用上位控制系統觀察電動閥運行狀況，運行正常。

4 結束語

電動閥接線方式改進后，運行已有一年時間，再未出現電動執閥線圈損壞的情況，其他電動閥也可以按照此方案進行改進。自控人員在項目設計階段、驗收階段應對儀表相關問題進行研判，綜合考慮可靠性、經濟性、可維修性等問題，保證系統的正常運行。