制氢装置PSA程控阀的运行瓶颈和维护措施

摘 要：制氢装置变压吸附工序是一个自动化程度比较高的工作单元，在变压吸附过程中每个步骤都需要程控阀的控制来实现，因此程控阀在变压吸附过程中是关键设备，确保程控阀长周期运行对制氢装置意义重大，本文旨在通过多年来程控阀在运行和维护过程中发现的问题进行总结，为今后的程控阀长周期运行及检修维护积累一些经验。

关键词：PSA程控阀；内漏问题；维护措施

Operation bottleneck and maintenance measures of PSA program control valve in hydrogen production unit

Yang baoshan，Zhang changsong，Wan chenzhao ，Du zhiqi，Wu xiaoxia，ect.（China petroleum dushanzi petrochemical company ethylene plant，Dushanzi P.C.833699）

Abstract: Pressure swing adsorption process of hydrogen production plant is a work unit with a relatively high degree of automation. In the process of pressure swing adsorption, each step needs to be controlled by the program valve to achieve, so the program valve is the key equipment in the process of pressure swing adsorption, ensuring the long period operation of the program valve is of great significance to the hydrogen production device. This paper aims to summarize the problems found in the process of operation and maintenance of the program control valve over the years, and accumulate some experience for the future long cycle operation and maintenance of the program control valve.

Key words: PSA program control valve; Internal leakage problem; Safeguard measures

1 PSA单元工艺简介

某石化公司制氢装置PSA单元由8台吸附塔、1台顺放罐、1台解吸气缓冲罐、1台解吸气混合罐，66个程控阀及2台液压泵站构成。整个吸附提纯过程是通过程序设计控制66个程控阀自动开关来实现的，采用8-2-6流程设计，即在一个吸附周期内，其中2台始终处于吸附状态，其余6台处于再生的不同阶段。吸附塔的整个吸附与再生过程，都,通过66台程控阀门，按一定的工艺步序和顺序进行开关来实现的。程控阀是PSA的关键设备，本装置程控阀采用三偏心液压程控蝶阀，该阀具有开关速度快，阀门密封性能好等特点。主要由电磁阀、油缸及执行机构、蝶阀三部分构成。

2 程控阀常见故障及原因分析

2.1电磁阀故障

电磁阀引起的程控阀故障主要表现在程控阀不按程序开关，不动作。对电磁阀线圈检查，线圈电阻正常。对电磁阀接线进行检查，未发现接线松动现象。但对电磁阀进行解体检查时发现滑阀处，有微小的颗粒。因此，可判断造成电磁阀卡塞，最有可能的原因是管路中原来就存在的颗粒物或原来管路中附着于管路内壁的颗粒（如焊缝处的结渣等），在液流长期冲刷情况下，脱离进入电磁阀产生卡塞。电磁阀故障时的解体，发现细小铁屑的情况，见图1。

图1 电磁阀故障解体发现细小铁屑示意图

2.2程控阀内漏情况

2.2.1执行器动作不到位，导致阀门关闭不到位或关闭扭矩减小

执行机构油缸齿轮与阀杆齿轮长期运行，磨损导致啮合不紧，导致阀芯开关不到位。执行机构油缸长期运行，活塞与油缸内壁间隙过大导致漏油，活塞实际推动力减弱，导致阀芯开关不到位。阀芯与阀杆固定螺丝松动或断裂，导致阀芯开关不到位。检修过程装配精度不够，执行机构的齿轮齿条长期使用磨损后间隙变大会导致阀板关不严，部分阀门可能需要对齿轮齿条结构进行加工，以优先保证关位兼顾开位。阀板的4个安装螺栓有一定的角度要求，螺栓与阀板面不是中心对中,两侧安装距离不一致，阀板装配过程对安装角度的精确要求较高，容易出现装配不到位导致密封泄漏的问题。下线后内漏密封性能试验合格的阀门，有可能是阀体、支架、油缸三部分配套安装有偏差，造成实际工作过程中，会发生偏差和位移，造成阀门根本没有开、关到位，易产生阀门内漏的情况。

2.2.2管道内异物造成主密封副和阀座密封面损坏而形成泄漏

从检查情况看，主密封副和阀座密封面损坏是造成程控阀内漏的主要原因。特别是在吸附剂使用后期，易发生吸附剂粉化现象，粉化的吸附剂随着气流会冲刷、磨损程控阀密封件及阀座，造成程控阀密封圈和阀座密封面损坏，见图2。

图2 程控阀密封圈和阀座密封面损坏示意图

2.2.3.密封圈压圈螺钉松动，导致主密封圈易位从而导致泄漏点位

出现这种情况时，外部的表现一般为阀门在关闭快到位时有卡塞或根本关不到位。程控阀填料外漏的原因是填料函与阀杆处泄漏，填料压盖螺栓预紧力不够；受磨损、温度、介质、老化等影响，填料失效。程控阀前、后法兰泄漏是连接法兰处泄漏，螺栓预紧力不够；密封面或垫片有缺陷造成密封失效。

3 采取的维护策略

3.1电磁阀的维护策略

3.1.1电磁阀在程控阀驱动中作用

电磁阀保障了程控阀的启闭得以顺利进行，为保障电磁阀及其他相关的仪表元件能长周期平稳工作，这就需要液压系统的驱动介质—液压油具有相当的清洁度。保证液压油的清洁度是从系统设计、施工、运行的所有阶段来实现的。设计的关键是保证所有流出的液压油都是清洁的，符合使用要求的，在液压泵的吸入口设置过滤器是很好的方法。作为双重保障，在做功后的液压油回流入油箱时也进行过滤，以保证进入油箱的油液也是清洁的、符合工作需要的。

3.1.2液压系统的施工

在液压系统管路及仪表安装施工过程中，严格施工过程管理，保证封闭的液压管路是清洁的。所有液压管路采用不锈钢材质，所有焊缝都采用氩弧焊打底减少焊渣等带入管道内，所有焊接完成的液压管道需要进行酸洗处理，并通过高压水、气冲洗干净。现场安装完成后，系统要进行油运，将残留于管路中的杂质、通过油运带出。此时，液压油走外循环。油液清洁度达到GB/T14039-2002（等同NAS1683-7级）为油运合格，液压系统才能投入装置使用。

3.1.3程控阀的维护

在程控阀空负荷，走程序运行的过程中，发生电磁阀不动作情况，是新换的油缸及油路分配器中有杂质的造成，延长油运时间可以将油缸里的杂质带到油路过滤网上，通过这种方式才能保证后期投料后避免电磁阀滑阀被卡住阀不动作的情况出现。另外，在维修油缸时，要确保内部清洁。是同时为了保持油路清洁，要定期分析液压油样，符合GB/T14039-2002清洁度要求的油液，是不会导致电磁阀卡塞的，NAS1638说明油液清洁度在NAS9级时，液压系统，一般不会出现故障。NAS1638污染度等级，见图3。

图3 NAS1638污染度等级示意图

制氢装置制定PSA液压油系统管理要求，要求装置工程师严格执行，保障了油路系统安全平稳运行。PSA油系统管路部件（程控阀油缸及电磁阀、油泵、油路阀门、管线、油箱、蓄能器等）检修时，确保清洗置换干净满足油系统清洁度要求（油运分析合格）。特别是新更换部件上线前，必须进行彻底清洗干净后方可使用。大修时，彻底清洗油路部件及油箱，更换液压油。定期检查更换液压油泵进出口过滤器滤芯，确保液压系统的吸油过滤精度为80μm，回油过滤精度为20μm。而油箱是封闭的清洁的，满足程控阀电磁阀阀芯的设计间隙符合0.03mm～0.05mm的要求。同时，过滤器额定流量满足PSA系统程控阀门操作使用的需求。蓄能器平时无需维护,但每隔半年应定期检查蓄能器内的氮气压力，蓄能器充氮压力为工作压力的0.75～0.8倍。

3.2程控阀的维护策略

3.2.1程控阀执行机构的检查

每次停工检修时，对下线程控阀的执行机构油缸齿轮与阀杆齿轮间隙进行检查，间隙过大的进行更换。检查执行机构活塞与油缸内壁的磨损情况，间隙过大进行更换。检查阀芯与阀杆固定螺丝是否有松动或断裂情况，有松动的进行拔紧并联系厂家改变固定方式，有断裂的对阀体进行更换。检修前协调PSA阀厂家现场技术服务，对制氢装置PSA阀执行机构齿轮齿条的磨损情况进行专项检查，检查油缸齿轮与阀杆齿轮啮合程度，根据检查结果指导和配合对齿轮齿条进行处理，啮合力过大或过小进行调整。对于使用时间超过4年的执行机构进行整体更换。

3.2.2系统管路粉尘的清理

每次停工过程中，检查清理管路和顺放罐、解吸气缓冲罐、解吸气混合罐中的粉尘，同时利用装卸剂期间对PSA单元管线进行氮气吹扫，将粉化的吸附剂吹扫干净，避免管线存有的吸附剂粉末对程控阀密封面再次造成磨损。检修时检查密封圈压圈螺钉松动情况，如有松动进行拔紧，同时严格把控程控阀密封试验，专人进行跟踪，对于试压不合格的进行修理，严禁上线。检修过程中对于使用时间超过4年的程控阀阀体进行整体更换。

3.2.3程控阀的内漏检测

程控阀在做内漏密封性能试验时，不能只带阀体进行试压，应该阀体、支架、油缸配套安装好后进行试压，这样才能真实反映阀板的工作情况。程控阀下线后，阀体、支架、油缸三部分要配套使用，尽量不要混用，以保证阀体、支架、油缸三部分安装不会发生错位的情况。有一些程控阀在实际工作中气流存在正向和反向流动的情况，考虑程控阀在做内密封性能试验时，正流向密封性和反流向密封性都做的可能。

3.2.4程控阀的外漏维修

程控阀在上线过程中，要求安装人员正确使用力矩扳手，根据《法兰质量控制卡》提供的力矩值对程控阀法兰进行拔紧，项目负责人对力矩值进行复检，确保设定力矩值执行到位，螺栓受力均匀。现场法兰进行挂牌管理、责任到人（见图4）。对下线程控阀填料每天进行检查，在发现填料泄漏在拧紧填料时，注意不要将螺母拧得太紧，以免产生过大的摩擦力，从而影响填料寿命。在安装填料时，注意应将填料45º切口间隔安装，以免装上新填料后仍然泄漏。超过5年的填料进行更换。每月按照制氢装置氢气系统闭灯检查方案，值班干部陪同进行检查，值班人员填写和录制影像资料，对发现泄漏的情况及时进行消漏处理。

图4法兰质量控制安装示意图

4 结论

因PSA程控阀连续运行，开关切换频次高，因此，油缸、阀芯密封面等易发生磨损、变形等造成开关不到位导致程控阀故障，结合历年来的PSA运行经验看，四年一修时整体更换程控阀、油缸、电磁阀是避免程控阀故障关键措施。另外，在年度大修中对程控阀进行了认真检查与养护，在油路系统施工过程中严格按照规范施工，保证油路管道的清洁，油运时严格油运时间并按合格检验标准（GB/T14039-2002）检验油运后油液清洁度，完全能保证装置的长周期稳定的运行。

作者简介：杨保山，男，高级工程师，2009年毕业于中国石油大学化学工程与工艺专业，主要从事设备管理工作。