空分裝置幾起自調閥故障分析與處理
兗礦魯南化肥廠(chǎng)28000m3/h空分裝置由杭州杭氧股份有限公司成套供貨，配套有陜鼓與德國曼透平合作生產(chǎn)的RIK112S空壓機和RBZ45增壓機，使用杭州汽輪機股份有限公司的全凝式汽輪機拖動(dòng)。該裝置采用全低壓分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機制冷、全精餾無(wú)氫制氬、空氣增壓循環(huán)的氧、氮雙泵內壓縮流程。該裝置于2008年5月底開(kāi)始單體試車(chē)，2008年6月29日生產(chǎn)出合格氧氣。3a多來(lái)系統運行良好，但在運行中部分閥門(mén)暴露出一系列問(wèn)題，多次導致系統被迫停車(chē)檢修。本文主要對裝置在運行中出現液氮節流閥閥芯脫落、高壓液空節流閥閥柄斷裂、液氧泵進(jìn)口閥內漏、液氧泵回流閥閥桿振動(dòng)偏磨等問(wèn)題及采取的整改措施進(jìn)行討論，以供大家探討和借鑒。
1、液氮節流閥V3003閥芯脫落
1.1、現象
2008年9月3日6：00左右，巡檢人員發(fā)現空分冷箱東側有漏液現象。經(jīng)排查發(fā)現去上塔液氮節流閥V3003閥門(mén)壓蓋處噴液。立即聯(lián)系儀表人員，處理后噴液?jiǎn)?wèn)題得到解決，但閥門(mén)內卻不斷有振動(dòng)和響聲發(fā)出。9月6日閥門(mén)廠(chǎng)技術(shù)人員到廠(chǎng)，分析懷疑該閥的閥芯脫落或閥桿斷裂，需停車(chē)處理。9月16日，空分短停，分餾系統排液后在維持上塔微正壓的情況下拆檢V3003，發(fā)現閥芯與閥桿連接處脫焊，閥芯有輕微磨損跡象。更換新閥芯后系統恢復開(kāi)車(chē)，初期閥門(mén)工作正常，但不到1個(gè)月V3003再次出現閥桿斷裂，系統被迫停車(chē)檢修。
1.2、原因分析及處理
針對V3003多次出現斷裂的問(wèn)題，首先懷疑是閥門(mén)選型偏小，因為在設計初期該閥設計口徑為DN125，最終設計改為DN80。但核算結果DN80口徑完全滿(mǎn)足設計要求。
V3003閥芯與閥桿連接處2次出現脫焊斷裂，并且斷裂面都是閥芯與閥桿焊接處，因此懷疑閥芯與閥桿連接強度不夠，閥芯與閥桿的內嵌連接不能滿(mǎn)足運行要求。于是在與杭氧工裝技術(shù)人員協(xié)商后，將閥芯導向套加粗、加長(cháng)，并在增加螺紋連接后再進(jìn)行焊接，同時(shí)對閥芯與閥桿采用銷(xiāo)釘鉚接。改后系統恢復開(kāi)車(chē)，V3003運行至今未再出現異常(迄今閥門(mén)已經(jīng)穩定運行近3a，沒(méi)有再出現問(wèn)題)。
2、高壓液空節流閥V3015閥柄斷裂
2.1、現象
2008年7月空分裝置正常運行后，空氣增壓機末段高壓空氣安全閥多次出現超壓起跳。通過(guò)排查，發(fā)現高壓液空節流閥V3015振動(dòng)較大，且現場(chǎng)閥位與控制室顯示存在偏差。借10月檢修機會(huì )更換新的閥門(mén)定位器后，閥門(mén)振動(dòng)仍然較大。2009年2月停車(chē)拆檢閥門(mén)發(fā)現：閥桿導向套磨損嚴重，有1條約30mm寬、5mm深的環(huán)形溝槽，且閥桿存在輕微彎曲變形，閥芯的3個(gè)節流面均存在不同程度的磨損，最深處達3mm，閥座有3個(gè)缺口，最深處達4mm。因當時(shí)沒(méi)有相應的備件更換，被迫對高壓液空節流閥監護運行，20d后閥桿突然斷裂，閥門(mén)劇烈振動(dòng)(甚至冷箱板和平臺也能感覺(jué)到振動(dòng))，系統被迫停車(chē)檢修。
2.2、原因分析及處理
V3015額定流量為74400m3/h，最大流量為78120m3/h，閥門(mén)口徑為DN80，但實(shí)際運行中高壓空氣流量有時(shí)會(huì )遠超80000m3/h，偏離閥門(mén)的額定工況。閥門(mén)口徑偏小，將造成流體流速加快，并產(chǎn)生氣穴現象及閃蒸，造成閥芯零件嚴重磨損。為此專(zhuān)門(mén)與杭氧設計人員進(jìn)行了溝通，根據實(shí)際運行工況，將該閥門(mén)更換為DN100口徑的閥門(mén)，閥門(mén)參數也進(jìn)行了適當調整，同時(shí)將閥門(mén)結構由一級節流降壓改為三級節流降壓，降低閥門(mén)流通處的介質(zhì)流速，減少介質(zhì)閃蒸和氣蝕量。另外，針對閥門(mén)在運行中進(jìn)出口壓差大、介質(zhì)易閃蒸氣化、閥芯沖刷嚴重的情況，新?lián)Q閥門(mén)的閥體材料等級提高(含鎳量為13.4%，比舊閥提高約3%，有效提高了閥體的強度、韌性及耐磨性)。
系統開(kāi)車(chē)后加強了對該閥運行情況的監控：降低V3015閥前溫度，控制在-160℃以下，盡量靠近原設計值-171℃，降低節流后汽化率;加強對V3015現場(chǎng)巡檢，對閥門(mén)出現異常情況及時(shí)進(jìn)行控制調節。
改后近3a的運行期間，對該閥門(mén)多次拆檢，均未發(fā)現異常，內件也未出現磨損。
3、液氧泵進(jìn)口閥內漏
3.1、現象
自系統開(kāi)車(chē)以來(lái)，液氧泵進(jìn)口閥V3501A/B一直存在著(zhù)內漏問(wèn)題，既對液氧泵高負荷運行產(chǎn)生影響，又造成液氧泵、進(jìn)口過(guò)濾器、止回閥等無(wú)法從系統退出、檢修。為此，歷次空分檢修均將該閥列入了拆檢計劃，并曾2次更換新閥，但仍未徹底解決閥門(mén)內漏問(wèn)題。
3.2、原因分析與處理
(1)針對閥門(mén)內漏的問(wèn)題，首先懷疑是裝置內鋁屑等異物卡在閥芯處，造成閥門(mén)關(guān)閉不嚴。對此借裝置停車(chē)機會(huì )進(jìn)行驗證：從關(guān)閉閥門(mén)進(jìn)行排液到系統加溫后停車(chē)進(jìn)行拆檢，一直保持該閥處于關(guān)位，但最后在拆檢閥門(mén)時(shí)并未發(fā)現有任何異物，由此排除了該項懷疑。
(2)通過(guò)查閱閥門(mén)相關(guān)資料，發(fā)現液氧泵進(jìn)口閥為杭氧KOSO的產(chǎn)品，是首次用于內壓縮流程上，設計的泄漏等級為Ⅳ級，有一定泄漏量是允許的，但卻沒(méi)有滿(mǎn)足內壓縮流程中液氧泵需在線(xiàn)退出系統檢修的要求。
鑒于該閥門(mén)給系統帶來(lái)的安全隱患，杭氧為該閥重新進(jìn)行了設計選型，將原DN200的三偏心蝶閥更換為T(mén)YCO的三偏心蝶閥(DN150，閥門(mén)要求達到零泄漏等級)。更換新閥后，運行中的閥門(mén)未出現內漏情況。
4、液氧泵回流閥閥桿振動(dòng)、偏磨
4.1、現象
2009年，系統運行過(guò)程中隨著(zhù)裝置負荷的提高，液氧泵回流閥V3511A/B均出現不同程度的“喘振”，可耳聞閥腔內有異常響聲，特別是系統提高負荷時(shí)(閥門(mén)開(kāi)度超過(guò)40%時(shí))，閥桿可見(jiàn)10mm左右上下竄動(dòng)，造成出界區氧氣壓力有0.1～0.2MPa的波動(dòng)，現場(chǎng)可耳聞似拖拉機的聲音，對氣化爐穩定運行帶來(lái)極大的威脅。實(shí)際上2回流閥在前幾次停車(chē)拆檢時(shí)已發(fā)現A泵回流閥V3511A閥芯有嚴重磨損，不能隨主泵長(cháng)期運行;B泵回流閥V3511B閥芯也有不同程度的磨損。
4.2、原因分析與處理
針對閥桿上下竄動(dòng)問(wèn)題，首先懷疑是閥門(mén)定位器輸出壓力低。通過(guò)查閱廠(chǎng)家提供的閥門(mén)設計參數，回流閥閥門(mén)定位器的輸出壓力范圍為0.15～0.3MPa，經(jīng)現場(chǎng)檢查確認，2臺閥門(mén)定位器輸出壓力分別為0.15～0.25MPa和0.15～0.23MPa，比設計值稍低。于是儀表人員現場(chǎng)將空氣過(guò)濾器后氣源壓力調整到0.35MPa，提高閥門(mén)定位器輸出壓力至設計值，但是效果還是不明顯。
重新核對現場(chǎng)實(shí)際運行參數，發(fā)現對于此類(lèi)高壓節流減壓(閥門(mén)進(jìn)/出口壓力為6.34/0.377MPa)、通過(guò)流道時(shí)介質(zhì)閃蒸對閥芯沖刷嚴重的閥門(mén)一般均選用流關(guān)型閥門(mén)，而該空分裝置現場(chǎng)閥門(mén)為流開(kāi)型。因一般介質(zhì)閃蒸損傷部位多發(fā)生在閥門(mén)節流口下游，而流關(guān)型閥門(mén)的特點(diǎn)是節流口下游可以遠離閥芯等關(guān)鍵內件，減少介質(zhì)閃蒸對閥芯等關(guān)鍵內件的沖刷磨損，提高閥門(mén)使用壽命，因此更換V3511A/B新閥芯時(shí)將閥門(mén)由流開(kāi)型更換為流關(guān)型，同時(shí)將閥前溫度由原設計的-178.27℃提高至-175.15℃，使得新閥芯更能適應實(shí)際工況。
液氧泵回流閥改造后，實(shí)際運行中通過(guò)加強閥門(mén)的維護、監控，盡量控制回流閥開(kāi)度在40%以下，避免大量液氧回流對閥芯產(chǎn)生沖刷;加強巡檢，發(fā)現閥門(mén)振動(dòng)時(shí)及時(shí)進(jìn)行調節。系統加減負荷時(shí)未再出現閥桿振動(dòng)，隨后的多次拆檢也未發(fā)現閥芯磨損的情況。
