重庆自调阀故障分析与处理
2016/7/29 8:35:11 点击：
兖矿鲁南化肥厂28000m3/h空分装置由杭州杭氧股份有限公司成套供货，配套有陕鼓与德国曼透平合作生产的RIK112S空压机和RBZ45增压机，使用杭州汽轮机股份有限公司的全凝式汽轮机拖动。该装置采用全低压分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、全精馏无氢制氩、空气增压循环的氧、氮双泵内压缩流程。该装置于2008年5月底开始单体试车，2008年6月29日生产出合格氧气。3a多来系统运行良好，但在运行中部分阀门暴露出一系列问题，多次导致系统被迫停车检修。本文主要对装置在运行中出现液氮节流阀阀芯脱落、高压液空节流阀阀柄断裂、液氧泵进口阀内漏、液氧泵回流阀阀杆振动偏磨等问题及采取的整改措施进行讨论，以供大家探讨和借鉴。
1 液氮节流阀V3003阀芯脱落
1.1 现象
2008年9月3日6：00左右，巡检人员发现空分冷箱东侧有漏液现象。经排查发现去上塔液氮节流阀V3003阀门压盖处喷液。立即联系仪表人员，处理后喷液问题得到解决，但阀门内却不断有振动和响声发出。9月6日阀门厂技术人员到厂，分析怀疑该阀的阀芯脱落或阀杆断裂，需停车处理。9月16日，空分短停，分馏系统排液后在维持上塔微正压的情况下拆检V3003，发现阀芯与阀杆连接处脱焊，阀芯有轻微磨损迹象。更换新阀芯后系统恢复开车，初期阀门工作正常，但不到1个月V3003再次出现阀杆断裂，系统被迫停车检修。
1.2 原因分析及处理
针对V3003多次出现断裂的问题，首先怀疑是阀门选型偏小，因为在设计初期该阀设计口径为DN125，最终设计改为DN80。但核算结果DN80口径完全满足设计要求。
V3003阀芯与阀杆连接处2次出现脱焊断裂，并且断裂面都是阀芯与阀杆焊接处，因此怀疑阀芯与阀杆连接强度不够，阀芯与阀杆的内嵌连接不能满足运行要求。于是在与杭氧工装技术人员协商后，将阀芯导向套加粗、加长，并在增加螺纹连接后再进行焊接，同时对阀芯与阀杆采用销钉铆接。改后系统恢复开车，V3003运行至今未再出现异常（迄今阀门已经稳定运行近3a，没有再出现问题）。
2 高压液空节流阀V3015阀柄断裂
2.1 现象
2008年7月空分装置正常运行后，空气增压机末段高压空气安全阀多次出现超压起跳。通过排查，发现高压液空节流阀V3015振动较大，且现场阀位与控制室显示存在偏差。借10月检修机会更换新的阀门定位器后，阀门振动仍然较大。2009年2月停车拆检阀门发现：阀杆导向套磨损严重，有1条约30mm宽、5mm深的环形沟槽，且阀杆存在轻微弯曲变形，阀芯的3个节流面均存在不同程度的磨损，最深处达3mm，阀座有3个缺口，最深处达4mm。因当时没有相应的备件更换，被迫对高压液空节流阀监护运行，20d后阀杆突然断裂，阀门剧烈振动（甚至冷箱板和平台也能感觉到振动），系统被迫停车检修。
2.2 原因分析及处理
V3015额定流量为74400m3/h，最大流量为78120m3/h，阀门口径为DN80，但实际运行中高压空气流量有时会远超80000m3/h，偏离阀门的额定工况。阀门口径偏小，将造成流体流速加快，并产生气穴现象及闪蒸，造成阀芯零件严重磨损。为此专门与杭氧设计人员进行了沟通，根据实际运行工况，将该阀门更换为DN100口径的阀门，阀门参数也进行了适当调整，同时将阀门结构由一级节流降压改为三级节流降压，降低阀门流通处的介质流速，减少介质闪蒸和气蚀量。另外，针对阀门在运行中进出口压差大、介质易闪蒸气化、阀芯冲刷严重的情况，新换阀门的阀体材料等级提高（含镍量为13.4%，比旧阀提高约3%，有效提高了阀体的强度、韧性及耐磨性）。
系统开车后加强了对该阀运行情况的监控：降低V3015阀前温度，控制在－160℃以下，尽量靠近原设计值－171℃，降低节流后汽化率；加强对V3015现场巡检，对阀门出现异常情况及时进行控制调节。
改后近3a的运行期间，对该阀门多次拆检，均未发现异常，内件也未出现磨损。
3 液氧泵进口阀内漏
3.1 现象
自系统开车以来，液氧泵进口阀V3501A/B一直存在着内漏问题，既对液氧泵高负荷运行产生影响，又造成液氧泵、进口过滤器、止回阀等无法从系统退出、检修。为此，历次空分检修均将该阀列入了拆检计划，并曾2次更换新阀，但仍未彻底解决阀门内漏问题。
3.2 原因分析与处理
（1）针对阀门内漏的问题，首先怀疑是装置内铝屑等异物卡在阀芯处，造成阀门关闭不严。对此借装置停车机会进行验证：从关闭阀门进行排液到系统加温后停车进行拆检，一直保持该阀处于关位，但最后在拆检阀门时并未发现有任何异物，由此排除了该项怀疑。
（2）通过查阅阀门相关资料，发现液氧泵进口阀为杭氧KOSO的产品，是首次用于内压缩流程上，设计的泄漏等级为Ⅳ级，有一定泄漏量是允许的，但却没有满足内压缩流程中液氧泵需在线退出系统检修的要求。
鉴于该阀门给系统带来的安全隐患，杭氧为该阀重新进行了设计选型，将原DN200的三偏心蝶阀更换为TYCO的三偏心蝶阀（DN150，阀门要求达到零泄漏等级）。更换新阀后，运行中的阀门未出现内漏情况。
4 液氧泵回流阀阀杆振动、偏磨
4.1 现象
2009年，系统运行过程中随着装置负荷的提高，液氧泵回流阀V3511A/B均出现不同程度的“喘振”，可耳闻阀腔内有异常响声，特别是系统提高负荷时（阀门开度超过40%时），阀杆可见10mm左右上下窜动，造成出界区氧气压力有0.1～0.2MPa的波动，现场可耳闻似拖拉机的声音，对气化炉稳定运行带来极大的威胁。实际上2回流阀在前几次停车拆检时已发现A泵回流阀V3511A阀芯有严重磨损，不能随主泵长期运行；B泵回流阀V3511B阀芯也有不同程度的磨损。
4.2 原因分析与处理
针对阀杆上下窜动问题，首先怀疑是阀门定位器输出压力低。通过查阅厂家提供的阀门设计参数，回流阀阀门定位器的输出压力范围为0.15～0.3MPa，经现场检查确认，2台阀门定位器输出压力分别为0.15～0.25MPa和0.15～0.23MPa，比设计值稍低。于是仪表人员现场将空气过滤器后气源压力调整到0.35MPa，提高阀门定位器输出压力至设计值，但是效果还是不明显。
重新核对现场实际运行参数，发现对于此类高压节流减压（阀门进/出口压力为6.34/0.377MPa）、通过流道时介质闪蒸对阀芯冲刷严重的阀门一般均选用流关型阀门，而该空分装置现场阀门为流开型。因一般介质闪蒸损伤部位多发生在阀门节流口下游，而流关型阀门的特点是节流口下游可以远离阀芯等关键内件，减少介质闪蒸对阀芯等关键内件的冲刷磨损，提高阀门使用寿命，因此更换V3511A/B新阀芯时将阀门由流开型更换为流关型，同时将阀前温度由原设计的－178.27℃提高至－175.15℃，使得新阀芯更能适应实际工况。
液氧泵回流阀改造后，实际运行中通过加强阀门的维护、监控，尽量控制回流阀开度在40%以下，避免大量液氧回流对阀芯产生冲刷；加强巡检，发现阀门振动时及时进行调节。系统加减负荷时未再出现阀杆振动，随后的多次拆检也未发现阀芯磨损的情况。
1 液氮节流阀V3003阀芯脱落
1.1 现象
2008年9月3日6：00左右，巡检人员发现空分冷箱东侧有漏液现象。经排查发现去上塔液氮节流阀V3003阀门压盖处喷液。立即联系仪表人员，处理后喷液问题得到解决，但阀门内却不断有振动和响声发出。9月6日阀门厂技术人员到厂，分析怀疑该阀的阀芯脱落或阀杆断裂，需停车处理。9月16日，空分短停，分馏系统排液后在维持上塔微正压的情况下拆检V3003，发现阀芯与阀杆连接处脱焊，阀芯有轻微磨损迹象。更换新阀芯后系统恢复开车，初期阀门工作正常，但不到1个月V3003再次出现阀杆断裂，系统被迫停车检修。
1.2 原因分析及处理
针对V3003多次出现断裂的问题，首先怀疑是阀门选型偏小，因为在设计初期该阀设计口径为DN125，最终设计改为DN80。但核算结果DN80口径完全满足设计要求。
V3003阀芯与阀杆连接处2次出现脱焊断裂，并且断裂面都是阀芯与阀杆焊接处，因此怀疑阀芯与阀杆连接强度不够，阀芯与阀杆的内嵌连接不能满足运行要求。于是在与杭氧工装技术人员协商后，将阀芯导向套加粗、加长，并在增加螺纹连接后再进行焊接，同时对阀芯与阀杆采用销钉铆接。改后系统恢复开车，V3003运行至今未再出现异常（迄今阀门已经稳定运行近3a，没有再出现问题）。
2 高压液空节流阀V3015阀柄断裂
2.1 现象
2008年7月空分装置正常运行后，空气增压机末段高压空气安全阀多次出现超压起跳。通过排查，发现高压液空节流阀V3015振动较大，且现场阀位与控制室显示存在偏差。借10月检修机会更换新的阀门定位器后，阀门振动仍然较大。2009年2月停车拆检阀门发现：阀杆导向套磨损严重，有1条约30mm宽、5mm深的环形沟槽，且阀杆存在轻微弯曲变形，阀芯的3个节流面均存在不同程度的磨损，最深处达3mm，阀座有3个缺口，最深处达4mm。因当时没有相应的备件更换，被迫对高压液空节流阀监护运行，20d后阀杆突然断裂，阀门剧烈振动（甚至冷箱板和平台也能感觉到振动），系统被迫停车检修。
2.2 原因分析及处理
V3015额定流量为74400m3/h，最大流量为78120m3/h，阀门口径为DN80，但实际运行中高压空气流量有时会远超80000m3/h，偏离阀门的额定工况。阀门口径偏小，将造成流体流速加快，并产生气穴现象及闪蒸，造成阀芯零件严重磨损。为此专门与杭氧设计人员进行了沟通，根据实际运行工况，将该阀门更换为DN100口径的阀门，阀门参数也进行了适当调整，同时将阀门结构由一级节流降压改为三级节流降压，降低阀门流通处的介质流速，减少介质闪蒸和气蚀量。另外，针对阀门在运行中进出口压差大、介质易闪蒸气化、阀芯冲刷严重的情况，新换阀门的阀体材料等级提高（含镍量为13.4%，比旧阀提高约3%，有效提高了阀体的强度、韧性及耐磨性）。
系统开车后加强了对该阀运行情况的监控：降低V3015阀前温度，控制在－160℃以下，尽量靠近原设计值－171℃，降低节流后汽化率；加强对V3015现场巡检，对阀门出现异常情况及时进行控制调节。
改后近3a的运行期间，对该阀门多次拆检，均未发现异常，内件也未出现磨损。
3 液氧泵进口阀内漏
3.1 现象
自系统开车以来，液氧泵进口阀V3501A/B一直存在着内漏问题，既对液氧泵高负荷运行产生影响，又造成液氧泵、进口过滤器、止回阀等无法从系统退出、检修。为此，历次空分检修均将该阀列入了拆检计划，并曾2次更换新阀，但仍未彻底解决阀门内漏问题。
3.2 原因分析与处理
（1）针对阀门内漏的问题，首先怀疑是装置内铝屑等异物卡在阀芯处，造成阀门关闭不严。对此借装置停车机会进行验证：从关闭阀门进行排液到系统加温后停车进行拆检，一直保持该阀处于关位，但最后在拆检阀门时并未发现有任何异物，由此排除了该项怀疑。
（2）通过查阅阀门相关资料，发现液氧泵进口阀为杭氧KOSO的产品，是首次用于内压缩流程上，设计的泄漏等级为Ⅳ级，有一定泄漏量是允许的，但却没有满足内压缩流程中液氧泵需在线退出系统检修的要求。
鉴于该阀门给系统带来的安全隐患，杭氧为该阀重新进行了设计选型，将原DN200的三偏心蝶阀更换为TYCO的三偏心蝶阀（DN150，阀门要求达到零泄漏等级）。更换新阀后，运行中的阀门未出现内漏情况。
4 液氧泵回流阀阀杆振动、偏磨
4.1 现象
2009年，系统运行过程中随着装置负荷的提高，液氧泵回流阀V3511A/B均出现不同程度的“喘振”，可耳闻阀腔内有异常响声，特别是系统提高负荷时（阀门开度超过40%时），阀杆可见10mm左右上下窜动，造成出界区氧气压力有0.1～0.2MPa的波动，现场可耳闻似拖拉机的声音，对气化炉稳定运行带来极大的威胁。实际上2回流阀在前几次停车拆检时已发现A泵回流阀V3511A阀芯有严重磨损，不能随主泵长期运行；B泵回流阀V3511B阀芯也有不同程度的磨损。
4.2 原因分析与处理
针对阀杆上下窜动问题，首先怀疑是阀门定位器输出压力低。通过查阅厂家提供的阀门设计参数，回流阀阀门定位器的输出压力范围为0.15～0.3MPa，经现场检查确认，2台阀门定位器输出压力分别为0.15～0.25MPa和0.15～0.23MPa，比设计值稍低。于是仪表人员现场将空气过滤器后气源压力调整到0.35MPa，提高阀门定位器输出压力至设计值，但是效果还是不明显。
重新核对现场实际运行参数，发现对于此类高压节流减压（阀门进/出口压力为6.34/0.377MPa）、通过流道时介质闪蒸对阀芯冲刷严重的阀门一般均选用流关型阀门，而该空分装置现场阀门为流开型。因一般介质闪蒸损伤部位多发生在阀门节流口下游，而流关型阀门的特点是节流口下游可以远离阀芯等关键内件，减少介质闪蒸对阀芯等关键内件的冲刷磨损，提高阀门使用寿命，因此更换V3511A/B新阀芯时将阀门由流开型更换为流关型，同时将阀前温度由原设计的－178.27℃提高至－175.15℃，使得新阀芯更能适应实际工况。
液氧泵回流阀改造后，实际运行中通过加强阀门的维护、监控，尽量控制回流阀开度在40%以下，避免大量液氧回流对阀芯产生冲刷；加强巡检，发现阀门振动时及时进行调节。系统加减负荷时未再出现阀杆振动，随后的多次拆检也未发现阀芯磨损的情况。
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