聚乙烯裝置出料系統閥門位置開關改造

摘 要 介紹聚乙烯裝置出料系統閥門的作用、組成結構以及閥門在化工生產過程中出現的故障。分別針對全密度聚乙烯裝置出料系統閥門位置開關和高密度聚乙烯裝置出料系統閥門位置開關出現的故障進行分析研究，基于閥門位置開關檢測原理和閥門位置開關安裝方式，分別對閥門位置開關檢測片進行優化改進，對閥門位置開關安裝位置和檢測結構進行調整，解決了聚乙烯裝置出料系統閥門位置開關故障，極大地改善了閥門的穩定性，保證了閥門的長周期平穩運行。

關鍵詞 閥門 出料系統 閥門位置開關 檢測片

中圖分類號 TP214 " 文獻標志碼 B " 文章編號 1000-3932（2024）04-0742-04

聚乙烯產品根據聚合方法、分子量大小和鏈結構的不同，分為高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）和線性低密度聚乙烯（LLDPE）產品。高密度聚乙烯產品機械強度高、加工性能好、耐滲透性好，廣泛應用于生產生活中；低密度聚乙烯產品的應用范圍也比較廣泛，主要應用于塑料產品、模制產品等；與低密度聚乙烯產品相比，線性低密度聚乙烯具有優異的耐環境應力開裂性能和電絕緣性，較高的耐熱性能、抗沖及耐穿刺性能等。聚合裝置反應器粉料出料系統由于工藝專利商不同，選用的閥門和出料控制系統有所不同，但是出料系統的作用是相同的，即把反應器產生的聚合粉料樹脂分批送到產品后續單元。一般每個裝置都有兩套出料系統（包括工藝設備——罐，儀表設備——出料系統閥門、壓力表及出料控制系統（順控程序）等），產品樹脂粉料通過這兩套交替使用的產品出料系統間歇地從反應器中排出，正常情況下交替操作，但每套出料系統又可獨立工作。粉料樹脂產品按照時間和壓力的邏輯關系，從反應器進入產品出料罐，再從產品出料罐落入產品吹出罐，然后被送往粉料脫氣系統的產品脫氣倉。當一套出料系統故障時，能夠實現單套出料，進而保證反應器（裝置）不停車，一般單套運行需要適當降低生產負荷。

作為聚合裝置反應器出料系統關鍵設備的控制閥，對其性能要求更加苛刻，實際應用中出料系統閥門開關次數高達10～150 萬次/年，閥門開關行程時間小于3 s，并且應用在粉料、振動等環境惡劣場合。伴隨粉料的出料過程，還有高壓差和裝置出料時的振動對閥門的影響。此外，產品介質也往往含有研磨性元素，連續聚合可能導致聚合物在某些閥門部件閥芯中積聚。這就需要出料系統閥門能夠滿足出料系統的高頻次動作，閥門開關正常，并且及時處理故障閥門，以保證兩套出料系統運行正常。因此，出料系統閥門在出料系統中變得尤為重要，維護聚合裝置出料系統閥門平穩長周期運行成為重點工作。

1 出料系統閥門簡介

如圖1所示，出料系統閥門控制回路主要由閥體、執行機構、氣源（氣路附件）、電磁閥、位置開關、安全柵及控制系統等組成。

聚合裝置出料系統閥門數量較多，全密度兩條反應器出料系統使用56臺閥門，高密度出料系統使用11臺，并且每臺閥門附件繁多。出料系統閥門的任何附件、單元出現故障，都會造成閥門指示不準確或出料故障，嚴重影響生產裝置的平穩運行。

自開工以來，統計出料系統閥門故障次數，發現閥門位置開關故障一直屬于故障較多的項。筆者就裝置出料系統閥門位置開關出現的故障進行解釋說明及改造。

閥門位置開關就是閥門到達一定位置的指示器，安裝在現場控制閥上，將閥的啟閉位置以開關量信號輸出給外部或遠端監控設備，如中控室的指示燈、DCS、PLC等進行發光或顯示，或將信號提供給相應的聯鎖程序加以控制。種類有觸點式閥門位置開關、無觸點式（接近式）閥門位置開關，全密度聚乙烯裝置、高密度聚乙烯裝置都使用的是接近式閥門位置開關。

接近式閥門位置開關是一種非接觸型檢測裝置，按工作原理可分為電渦流型、電容型、感應電橋型等。它將感應探頭安裝在預先固定好的位置，當安裝于閥桿上的金屬桿（檢測片）接近探頭時，會產生一定的高電平或低電平感應電壓，再通過相應的安全柵轉換為開關量信號。此類閥門位置開關抗環境干擾性能較好、工作可靠，適用于操作頻率高的場合。

2 全密度聚乙烯裝置出料系統閥門位置開關改造

2.1 閥門位置開關使用情況

全密度聚乙烯裝置反應器有兩套產品出料系統，正常情況下交替操作，但每套出料系統又可獨立工作。產品出料系統由兩個產品出料罐和兩個產品吹出罐組成。粉料樹脂產品按照時間和壓力邏輯關系，從反應器進入產品出料罐，再從產品出料罐落入產品吹出罐，然后被送往粉料脫氣系統的產品脫氣倉。每套出料系統由A、B、C、D、E、G、H、J、L（各兩臺）控制閥、兩套出料系統間的兩臺控制閥W、X（平衡兩套系統的物料）、常開兩臺R閥和排放系統兩臺P1閥組成，全密度聚乙烯裝置總計有24臺出料系統閥門組成，出料系統的邏輯控制由PLC完成。全密度PDS出料系統簡圖如圖2所示（1 psi=6.895 kPa）。

查閱歷年出料系統閥門故障記錄和儀表管理系統記錄發現，出料系統閥門位置開關故障次數排在首位，通過對這些故障分析發現，全密度聚乙烯裝置出料系統閥門的閥門位置開關質量（檢測單元）沒有問題，滿足閥門正常運行的要求。但由于出料系統閥門屬高頻率開關閥，并且每次工藝出料閥開關時都伴隨著振動，因此造成檢測片與檢測單元有了一定的振動距離，這種距離如果過大，就會造成檢測信號丟失。信號連續丟失會造成全密度聚乙烯裝置出料系統故障，進而造成裝置降負荷或者循環。

2.2 閥門位置開關改造

通過查看閥門位置開關檢測信號丟失情況，發現全密度出料系統閥門位置開關檢測信號丟失主要表現在檢測片與檢測單元感應距離或面積發生了偏移所致。分析造成這種情況的原因，應是全密度聚乙烯出料系統閥門在裝置運行出料時會有振動，這種振動會造成檢測單元與檢測片之間距離不穩定，時遠時近，且檢測面積有時發生偏移。

由于出料系統閥門的特殊性，這種高頻閥門需要定期下線維護和保養，但由于現場使用情況往往不是整體下線，而是采用的分體下線，這就造成原來的位置開關等附件不是首次使用的閥門附件，在更換備件（閥體、執行機構）后安裝在閥門連接件上的檢測片會出現一定位置偏移。伴隨著裝置運行出料造成的振動會使這種偏移距離加大，偏移距離過大就會造成檢測信號丟失。

由于出料系統閥門屬于裝置關鍵閥門，為保證其能夠長周期運行，必須定期對閥體、執行機構等進行預防性下線維護，由于閥門生產批次不一致，所以每個閥門的連接件、位置開關等也都不一致。因此，造成每次維護更換閥體或執行機構后會有一些故障現象，引起工藝波動。針對這個問題，閥門位置開關與檢測片始終保持相對距離不變，防止檢測信號丟失，是亟需解決的問題。

由于閥門出料時的振動無法避免且現場安裝位置固定，因此客觀運行環境無法改變，只能查找閥門位置開關的檢測面積變化的原因。通過觀察閥門運行情況，由于位置開關檢測探頭和檢測片屬于相向平行轉動，裝置振動會造成位置開關檢測探頭和檢測片不在一個中心平面內，出現檢測探頭和檢測片錯位的情況，只要增大這兩個檢測裝置就不會造成信號丟失。由于位置開關探頭價格昂貴且不易改變，因此只能增大閥門位置開關檢測片面積來實現檢測面積不變化，從而保證信號不丟失。首先用金屬膠水增大4個E閥的檢測片進行試驗，3個月后發現改進措施能夠滿足閥門動作長周期使用，閥門未出現因位置開關檢測信號丟失引起的故障。接著使用鋁錠完成了檢測片的制作，使新的檢測片面積大約是舊檢測片的3倍。安裝完成后，裝置系統以及閥門動作引起的振動都不會引起檢測面積變小。歷經數月的觀察發現，全密度聚乙烯裝置再未發生因閥門位置開關造成的出料系統“單腿”運行情況。新、舊檢測片如圖3所示。

3 高密度出料系統閥門位置開關改造

3.1 閥門位置開關使用情況

高密度聚乙烯裝置產品出料系統由DCS順控程序及現場11臺閥門組成。從環管反應器淤漿加熱器出來的淤漿包含著粉料和高溫過熱烴蒸氣。粉料依靠重力從粉料罐V4001進入中間料斗V4002A/B交替運行，再由V4002A/B排入低壓閃蒸罐V4003。氣體和細粉從粉料罐V4001罐頂部排出，細粉由過濾器S4001A/B過濾后收集在S4001A/B底部，被定期排往低壓閃蒸罐V4003，閃蒸掉大部分烴類。

出料系統閥門作為粉料產品抽出的關鍵設備，工藝要求閥門開關速度要快、可靠性要好。但是高密度裝置出料系統閥門位置開關頻繁故障導致裝置循環、停工，嚴重制約了高密度裝置的平穩長周期運行。通過對故障位置開關檢查，發現大部分故障都是因為位置開關檢測片斷裂、位置開關探頭損壞造成。對檢測片斷裂、位置開關探頭損壞情況的觀察和分析，發現檢測片斷裂和位置開關探頭損壞都是由于閥門動作時檢測片和位置開關探頭相向而行，而閥門動作和裝置出料時存在振動，這個振動造成了檢測片和位置開關探頭之間的檢測距離變化，如果振動過大，檢測片和位置開關發生碰撞從而造成故障。由于發生故障的隨機性，有許多次發生在值班或者夜班情況下。而且位置開關和檢測片安裝于閥門執行機構與閥體連接件處（圖4），維護空間小，更換困難，處理時間過長，嚴重影響工藝生產。

3.2 閥門位置開關整改

由于閥門動作和裝置出料時的振動無法避免，只能對位置開關進行整改。分析發現由于位置開關探頭和檢測片檢測時相向而行，當振動偏大時就會造成閥門位置開關與探頭相撞，多次相撞加深探頭損壞甚至檢測片斷裂。

為了保證閥門位置開關不相撞，并且易于維護，通過現場觀察并與閥門廠家、位置開關廠家溝通，決定對位置開關安裝位置進行更改，并且模塊化制作閥門位置開關和檢測片。首先把相向而行的方式改為平行移動，減少閥門撞擊的可能性。接著把閥門位置開關安裝在執行機構側，模塊化制作的位置開關組件便于故障后維護。加工完成11臺出料系統閥門位置開關模塊，閥門位置開關模塊安裝如圖5所示。

4 閥門位置開關維護注意事項

通過整改，明顯降低了全密度、高密度出料系統閥門的故障次數，保障了裝置的平穩生產。但是還有些建議和不足之處：

a. 全密度裝置出料系統閥門位置開關使用的鋁制檢測片易氧化、易斷裂（尤其在拆卸時），建議更換為鐵質或不銹鋼檢測片。

b. 出料系統閥門作為裝置關鍵閥門，在備件使用和準備上做到賬目清晰，擺放明顯，便于及時維護，最好能夠做到備件統一（每個裝置的位置開關和型號不同），更換和使用更方便，降低維護成本。

c. 加強維護人員技術水平，提高處理能力，有針對性地編寫應急預案。

5 結束語

出料系統閥門是聚合裝置平穩運行的關鍵設備和核心，降低出料系統閥門的故障率、延長閥門的平穩運行周期是提高聚合裝置的生產能力、產品效益、保障穩定運行的最直接方式。閥門位置開關雖然是化工生產現場中非常不起眼的閥門附件，但其作用卻不容小覷。通過改造這兩個裝置閥門位置開關，提高了維護人員準確判斷故障原因的能力，為聚合生產裝置的連續安穩生產保駕護航。

（收稿日期：2023-10-25，修回日期：2023-12-22）