程控阀典型故障案例，如何正确处理

知识点：程控阀

程控阀是化工生产中的主要组成部分，应用在一些自动化要求比较高的复杂工艺中，且应用越来越广泛，尤其是在制氢装置、制氧装置上。

中海油惠州石化有限公司炼油二部共3套PSA装置，见表1。每套工艺条件不同，但控制方法相同，由83台不同口径的程控阀，按13个步序频繁地开关，循环动作实现变压吸附的整个工艺过程。

表1 3套PSA装置概况

PSA工艺对程控阀的要求

程控阀在PSA生产过程中具有周期性高频率的开关动作，因而程控阀必须具备快开、高频特性，二部制氢装置的程控阀具体体现在执行机构具有快开（2s）、高频（1年10万次，4年40万次）、缓冲功能（关阀时具备缓冲功能）等特性。

• 密封要求高。由于变压吸附是一个周期性的过程，且动作频繁。程控阀在正常使用周期内，要保证一定的密封性，其密封性能应在ANSI Class VI级。

• 程控阀可靠性要求高，年起闭次数需在6万~10万次，4年起闭次数需在25万~40万次。

• 具有双向操作功能。在PSA工艺中，通过均压程控阀的介质为双向流动，这就要求程控阀的结构既能满足低进高出，又能满足高进低出。

• 起闭速度快。不同的程控阀通径不同，开起和关闭的时间要控制在3s之内。目前程序设置了6s的延时报警。

• 程控阀应具有一定的耐压性以及抵抗高速气流冲刷的性能。在一个大修周期内，程控阀应能保证正常工作。

制氢装置开工至今出现的程控阀问题

2010年，委托成都华西化工科技有限公司对PSA工艺进行重新核算，提出将部分程控阀缩径和增加节流孔板以降低局部流速的方法，使装置得到长周期的平稳运行。但随着运行时间的推移，还是出现了大口径蝶阀轴套断裂的故障。

2014年检修，109单元II系列PSA更换为液压系统，106单元与I系列PSA已运行了两个检修周期，更换了所有密封件，但还是出现各种不同故障。如大口径蝶阀卡涩、内漏、外漏，轴套断裂，截止阀卡涩严重以及阀杆断、打不开等。

故障率较高的程控阀主要为均压线的截止阀和逆放、冲洗线的蝶阀。主要原因如下：

• 均压线压差大（前后约2.0MPa），逆放、冲洗线冲刷量大，气动阀门扭矩大。

• 年开关6万~9万次的大口径蝶阀结构有缺陷，且已到使用寿命。

• 小口径截止阀因要承受大压差，在役的已运行超过6年，各种故障频繁出现。

程控阀的典型故障分析

1. 程控阀外漏

随着运行时间的延长，高频次的动作使得填料函处经常发生泄漏，紧固填料可以解决。但是，当填料无效时，程控阀不能切出，无法在线更换填料。针对此问题制定相应的检查计划，对I、II系列所有程控阀定期测漏，实行预防性维修，将泄漏处理在萌芽状态。特别是程控阀紧固效果不好，需要从阀体结构解决，组织技术攻关。

2. 程控阀内漏

内漏使PSA各吸附塔在均压过程中压力不平衡，吸附剂再生过程不彻底，影响各塔吸附剂运行寿命。同时，造成解析气量大幅波动，导致转化炉炉膛负压波

动，严重的话会造成联锁停炉。主要原因如下。

1）吸附剂粉碎，在吸附塔细网格筛处泄漏，冲刷主密封，从而引起泄漏。

2）程控阀频繁动作，主密封处的紧固螺栓松动，引起三偏心蝶阀主密封偏位，从而引起泄漏。

3）气缸内部串气或外部漏气，导致驱动力不足，程控阀关不到位造成内漏，如图1所示。

图1 程控阀磨损严重导致串气内漏

内漏解决措施：更换密封圈、O形圈。注意：内漏问题需要将程控阀下线处理。但由于PSA工艺的特殊性，在线生产时不能将有问题的程控阀切出，只有整列PSA停工才可处理，增加了保运的难度。若内漏小，通过工艺调整可满足要求；若内漏大，则要切出吸附塔，待停工后处理。

3. 阀门卡涩或打不开

1）驱动力不够。II系列PSA出现过因油压不够，程控阀打不开的现象，导致吸附塔自动被切出。通过调整增大油压，阀门能顺畅动作，但给油路管道和其他油缸带来泄漏风险。目前，对有问题的程控阀已更换了大油缸，油压调回设计的4.5MPa，运行状况良好。

2）气控阀故障。在现场露天环境，气控阀阀芯间隙很小，其排/放气时产生的呼吸效应易将粉尘吸入阀内，一段时间后干枯硬化变成硬度较高的小颗粒，小颗粒受到振动松脱进入阀芯腔体造成程控阀卡涩或打不开。

3）液控模块故障。实为两通路的换向滑阀，阀芯与阀体之间为硬密封，一旦油路系统的微小颗粒进入其密封面，就会导致程控阀动作异常，颗粒大点会损坏其密封面，使液动模块损坏，无法再用。此现象在系统投运初期时有发生，但油站设有吸油过滤器和回油过滤器，随着不断的使用，油路会越来越干净。

4）吸附剂粉化。106单元PSA从首开至今未更换过吸附剂，粉化较为严重，程控阀的故障为卡涩严重，振动较大，导致阀芯处的密封圈很快损坏。

4. 轴套开裂

具体表现在DN600气动蝶阀，气动程控阀的特点是起闭扭矩大、开关迅速，但对密封面的冲击也更加剧烈。同时，随着使用时间延长，大流量冲刷，增加了密封面的摩擦，使阀板上的轴套开裂。从2013年至今，已有5台蝶阀轴套开裂，如图2所示。

图2 程控阀轴套开裂

5. 阀杆断

具体表现在均压截止阀。拆检气缸时发现缓冲块碎，怀疑是程控阀前后的大压差没有被缓冲块抵消，导致阀杆断，程控阀随着使用周期越来越长，使用寿命变短容易出现阀杆断的情况，后期维护和维修成本较高。

6. 其他仪表问题

主要表现在阀检故障、保险烧断和程序缺陷，出现次数较少，已制定相应的定期检查计划。阀检故障，气动阀扭矩大、振动大，时间久了会出现反馈杆偏移现象，通过校正反馈杆的位置，调整检测距离至3~5mm，紧固之后可以解决；其次是探头的老化，直接更换即可。

保险烧断发生在II系列，经彻底检查，排除短路、过载、进水和电缆绝缘度过低的可能，就是接线问题。厂家配套的电磁阀正负接线端靠得很近，且铜线头没有压线、裸露，再加上15W的功率（I系列电磁阀为7W），程控阀开起瞬间易烧保险，接线整改后未再出现烧保险故障。

程控阀的改造

程控阀的内漏问题主要是因为阀芯处内漏和平衡缸处内漏造成的，阀芯内漏主要体现在阀芯密封片和阀体密封面被损坏，如管道吹扫不当，有焊渣或异物，管道工艺气体中粉尘含量太大，粘在密封片上，气流冲刷而损坏。为了解决程控阀内漏问题，对程控阀的阀座密封面对焊用507MoNb，该材料焊前、焊后不需热处理，维护施工方便，焊后硬度33~37HRC，由于添加了Mo、Nb稳定元素，抗疲劳与抗冲刷性能相当好，比原来采用18-8（硬度为19HRC左右）好。

同时密封面采用新材料PEEK，大幅提高了密封面的抗高速气流冲刷和微量粉尘的性能，有利于装置的长周期稳定运行。PEEK在温度使用范围内热不变形、冷不收缩，常被用于航天军工轴承材料，稳定性好。

程控阀平衡缸处内漏可通过更换为橡胶O形圈取代老式O形圈解决。程控阀的外漏主要是因为填料函与阀杆处泄漏和气缸泄漏导致的，同样可以将气缸执行机构部件各配合处损坏的O形圈换成橡胶材料，解决因磨损导致泄漏的情况，V形填料圈磨损调整为螺钩压紧填料即可。

针对程控阀出现的问题对程控阀做了特殊的改造。

1.轴封填料结构

填料组件是阀门无外漏的关键（见图3），在填料密封设计上采用了如下关键技术。

图3 轴封填料结构

1—阀杆 2—防尘圈 3—蝶簧 4—填料压盖 5—填料 6—轴承 7—阀盖 8—阀体

1）填料组件为具有截止压力自紧密封的V形填料组，只需在填料压盖上施加很小的密封力就能实现填料的有效密封。

2）在填料压盖上设计一组碟簧，以保证填料在长期使用后出现磨损或应力松弛时，给予行程及密封压力补偿。有效地延长填料密封的使用寿命及提高长时密封效果。

3）在填料压盖上设置防尘圈，有效地避免外界杂质、灰尘等进入轴与填料之间造成卡涩及加剧填料磨损，更有效地保证填料使用寿命。

2.阀芯组件结构

阀芯组件是阀门密封的关键（见图4），为保证阀门更好的密封效果，阀芯组件需具有以下特点。

图4 阀芯组件结构

1—阀杆 2—阀芯压盖 3—阀芯 4—主密封圈 5—密封圈压圈

• 阀芯与阀杆连接采用球型关节式结构。阀门在关闭时，该结构可以使阀门密封面和阀座密封面自动找正，提高密封性；同时球型关节的阀杆可以有效地避免常规结构中卡槽应力集中效应，提高了阀杆的受力，有效地避免因应力集中而产生的阀杆断裂失效。

• 主密封圈材料采用PEEK，其与阀芯连接采用分体式结构。这种结构便于更换密封圈和日常维护。

• 阀芯主密封圈采用了独特的金属外包防冲刷结构，大大地提高了主密封圈寿命。

• 阀芯采用整体式结构，该结构增加了阀芯的强度和刚度，有利于阀门更好的密封效果，并减少了阀芯的漏点，更有利于保证阀门零泄漏。

• 阀芯组件设置有缓冲装置。在阀门开起的初始瞬间有效地减少介质对阀座及密封圈的冲刷，在关闭结束的瞬间对阀芯组件起到有效的缓冲作用，减小密封圈和阀座之间冲击，从而提高阀门主密封的使用寿命。

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