一起空分分子筛阀门故障分析及预防措施

孙博(烟台国润铜业有限公司，山东 烟台 264002)

0 引言

分子筛纯化系统在空分系统整个工艺流程中起着非常重要的作用，配套阀门的可靠、灵活、稳定运行是分子筛纯化系统稳定运行的重要前提[1]。分子筛阀门一般使用气动阀，除阀门本体外还配有气缸、过滤减压器、电磁阀、行程开关、定位器等部件。烟台国润铜业有限公司16 000 m3/h空分设备由杭州福斯达深冷装备股份有限公司整体设计制造，采用常温分子筛吸附净化，膨胀空气进上塔，规整填料上塔、下塔、辅塔，全低压三塔富氧流程。于2017年7月正式投产。分子筛纯化系统切换阀门均采用国产某公司生产的气动阀门。分子筛纯化系统流程图如图1所示。

图1 分子筛流程图

1 故障分析及维修经过

2019年12月18日分子筛时序自动暂停，停在MS1202切换MS1201步骤，KV1201已开启，重启时序，恢复正常。仪表进行检查，气源压力正常，肥皂水检查各接口未发现漏气。2020年1月1日故障，停在MS1202切换MS1201步骤，KV1201未能打开。手动开阀后，重启时序，恢复正常。1月2日，仪表进行检修，更换了电磁阀。1月3日故障，停在MS1201准备泄压步骤，KV1201未能关闭。手动关闭。重启时序，恢复正常。仪表检修后判断阀门气缸内漏，由于系统无法停车，暂时无法彻底修复，要求故障时操作工手动操作。之后1月份出现故障12次，有6次为行程开关故障，调整后恢复正常。4月份出现故障3次，8月份出现故障3次，其中一次为KV1202。

8月23日，系统停车，进入大修期。大修期间，在厂家技术人员的指导下，对KV1201、KV1202阀门气缸进行了拆解。发现KV1201气缸壁磨蚀严重，O型圈磨损，KV1202气缸轻微磨蚀，两个气缸壁均发现水滴。采用打磨气缸壁，更换气缸密封件，涂抹气缸润滑脂润滑的方式进行维修，并更换KV1201行程开关。

2 阀门故障原因分析

2.1 气缸进水是阀门故障的直接原因

水分进入气缸后会腐蚀气缸壁，使光滑的气缸壁变得粗糙，并产生的铁锈。

气缸受缸壁粗糙及铁锈影响，运行卡涩，并且活塞O型圈与铁锈挤压摩擦，造成O型圈磨损、气缸内部漏气，开关动作时间逐渐延长[2]，超过时序限定时间后，时序自动暂停，但阀门仍将缓慢动作到位。这与第一次故障现象吻合。

随着活塞O型圈的不断磨损，气缸内部漏气速度加快，达到一定程度时，活塞推力下降过快，阀门将无法动作到位[2]。这与之后的故障现象吻合。

2.2 气缸进水原因

2.2.1 仪表气带水进入气缸

空分系统运行时。仪表气使用的是分子筛后的净化空气，有相关的露点检测设备，查阅记录，露点一直在-80℃以下，符合仪表气的相关要求，并且如果分子筛后空气带水，将造成冷箱内板式换热器冰堵，而整个周期板式换热器工作正常，该情况可以排除。

空分系统开车时。使用仪表压缩机提供仪表气，该设备已使用20余年，干燥工序有可能失效造成仪表气带水。大修结束，空分系统再次开车时，使用手持式露点仪检测露点为-63 ℃，符合仪表气的相关要求，该情况可以排除。

2.2.2 雨、雪、潮湿空气通过电磁阀、调压过滤器、管路漏点进入气缸

空分系统运行时。电磁阀前的仪表管路处于正压状态，即便出现泄漏，外界水分也无法进入，并且仪表工已使用肥皂水进行检测，未发现漏点，该情况可以排除。电磁阀本身。该气缸配套2位5通电磁阀(图2)，存在接口3、接口5与外界相通。当阀门开启或关闭时，气缸排气侧排气，处于常压状态4小时左右，气缸为室外放置，缺少挡雨设施，只使用塑料布包裹防雨，为保证排气顺畅，排气口扭至水平，存在雨水进入的可能。根据电磁阀与气缸连接方式，气缸两端的入口位于电磁阀下方，管路明显下弯，雨水更易进入，与KV1201、KV1202气缸均为两端锈蚀且锈蚀地点靠近进气口的现象吻合。该情况可能性较大。车间对此进行了改造，加装了防雨罩，随后系统平稳运行一年多，阀门未出现类似故障。

图2 2位5通电磁阀图形符号

空分系统长时间停车时。仪表管路处于常压状态，水汽有可能从电磁阀排气口或主管道漏点进入。电磁阀处于常态位时，接口3关闭，接口5连通。接口5与气缸中部连通，与腐蚀部位不符，从电磁阀排气口进入的情况可以排除。主管道漏点进入的水汽可以通过接口2进入气缸两端，但是接口1的进气管明显上弯，液态水难以进入，气态水进入量有限，该情况可能性较小。

3 应急措施

铜冶炼企业的空分设备主要是为冶炼工艺提供氧气，如果突然停氧，将对冶炼工艺造成影响，产生经济损失，所以一切应急措施都以不停氧为目标。分子筛阀门发生此类故障时，一般为时序切换节点。如果是吸附器切换的关键节点，将造成已处于吸附末期的吸附器持续工作。单一吸附器的设计裕量一般为30 min，如果30 min内无法排除故障，吸附器可能被穿透，将造成空分系统停车、停氧。所以针对不同的阀门采取适当的手动操作极为关键。手动操作阀门完成时序规定的开关动作，保证工艺的顺畅，需要在短时间内完成，此时分子筛未被穿透，空分系统可以继续运行。之后需要适当调整加温时长、再生气量、再生气温度，保证再生充分。

3.1 切换阀

使用扳手、管钳或制作的专用工具，夹紧阀轴，顺着动作方向扭动，待行程开关接触后，阀门动作到位。期间操作要缓慢，工具不得碰触行程开关，防止行程开关错位，无法正确反馈。手动操作期间DCS系统要保持对阀门的控制，保证电磁阀阀位正确，气缸可以顺利排气。如果气缸内漏严重，阻力过大，难以操作，可以将阀门气源暂时关闭，此时先导型电磁阀将失去作用，需要将气缸气路接口拆开，排气后继续操作。

3.2 调节阀

该系统调节阀配有手轮，断开仪表气，将阀门调整到手动模式，使用手轮操作，观察现场定位器刻度保证阀门开度符合工艺要求。如果没有手轮，只能使用工具辅助操作，期间尽量不要断开仪表气，否则在气流冲击下阀门难以保持开度，需要人员一直在现场持工具固定。

4 预防措施

4.1 外部设施

执行机构加装防雨罩，配套的电磁阀加装保温箱，可有效避免因环境原因而造成阀门故障。

4.2 附件配置

电磁阀最好使用双控三位5通电磁阀，当系统停车时，电磁阀进气口、排气口都处于关闭状态，更利于保护气缸。电磁阀排气口可以配置防水的消音器或加延长管，管口朝下。配置带有水分离功能的过滤减压器，可以有效应对仪表气带水的突发情况。

4.3 仪表气

空分系统开车时的临时仪表气需要进行露点检测，合格后才能送入仪表管路。如果干燥工序使用切换流程，切换末期需要再次检测。空分系统运行期间，要保证分子筛后的空气洁净。

4.4 维保制度

定期计量切换阀门的动作时间，观察调节阀的开度曲线，当发现异常后，要及时排查故障，防止阀门失灵。

定期检查电磁阀排气管，根据阀门状态和电磁阀的图形符号来判断切换阀气缸是否存在内漏。

空分系统停车时，使用液氮储罐或其他洁净气源，为仪表管路充气保压。堵住电磁阀两个排气口，防止外界水汽进入。

5 结语

本次故障反映出对于阀门的稳定运行，合理的外部设施、附件配置是前提，合格的仪表气、完善的维保制度是关键。当故障发生时，及时的手动操作、适当的在线抢修将有效避免空分系统的不必要停车，减少因空分系统停车造成的经济损失。