化肥厂非垂直安装调节阀问题的探讨.pdf

过程控制实施技术 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 0 9 ，4 7 4 AU ToM ATI ON I N P ETRO CHEM I CAL I NDUSTRY 化肥厂非垂直安装调节阀问题的探讨 杨建林 ， 马吉 中国石油兰州石 化分 公司 机动处 ， 兰州 7 3 0 0 6 0 摘要 气动调节阀能否正常工作， 与调节阀的选型、 安装及物料性质均有着极其密切的关系。然而受安装位置和空间限 制 ， 有不少调节阀不得不采用非垂直方式安装 。相 同条件下非垂直安装的调节阀故障率远高于垂直安装的调节阀 ， 严 重影 响装 置的正常生产。就非垂直安装调节 阀故 障的处理 、 原因分析及采取的措施和取得 的效 果进行简单 总结 ， 进而制定 合理对策 ， 减 少和消除故障因素 ， 以达到降低故 障率 的 目的。 关键词 非垂直安装； 重力力矩； 机械形变 中图分类号 T P 2 1 4 文献标志码 B 文章 编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 9 0 4 0 0 7 4 0 3 1 引 言 兰 州石 化 公 司 化肥 厂 生产 过 程 自动化 程 度 很 高， 各个装置都使用了大量 的 自动调节阀， 用 以完 成过程 自动控制和实现安全联锁保护功能。在生 产过程 中发现 ， 大多数调节 阀的使用情况 良好 ， 但 有部分调节 阀经常 出现故障。经过大量统计分析 工作 ， 找出了一定的规律 ， 即非垂直安装 的调节 阀 故障率较高。 2 调节阀出现故障的原因 该厂各装置上的调节阀， 大多是呈垂直方式安 装的_ 1 。 。 ] 。垂直方式安装 的调节阀， 其执行机构一 般不会造成支撑倾斜 ， 不可能发生机械形变 ， 只要 阀杆与执行机构输 出轴对中无较大的偏差 ， 一般使 用情况都比较 良好 。也有不少调节阀是 水平或倾 斜安装在管道、 设备上的 非垂直安装 ， 而且没有 另加平衡支撑 有的调节 阀即便是加 了支撑 ， 也会 发生故障 ， 甚至个别加支撑 的调节阀的故障率也是 比较高的 ， 加之使用条件 、 环境、 介质相对苛刻一 些 ， 在生产实践中发现 ， 同等的使用条件和环境 中， 它们发生故障的频率比垂直安装的高， 因此对这些 调节阀的形式和出现的故障类型进行了归纳 ， 做 了 比较详实的对 比分析比较 ， 找出故障产生的原因和 解决的办法 ， 为今后的调节阀使用 、 维护、 检修提供 有益的参考 。 2 ． 1 选型安装的故障因素 无论水平或侧边安装 ， 执行机构无论 电动还是 气动 的， 这些阀， 其质量都很大。从驱动端到调节 端的距离很长， 调节端直接安装 固定在管道或设备 上 ， 其质量和力臂所产生 的力矩很大， 足 以使调节 阀自身的支撑发生较大 的侧 向形 变 向下倾斜 。 这个 由侧装产生的重力矩 ， 使调节阀的几何尺寸发 生形变 ， 造成调节阀在使用运行过程中常常出现故 障。这样安装的调节阀故障率比垂直安装的高 ， 但 同时也发现了故障的基本规律 ] 。 2 ． 2 物料 性质 的故 障 因素 a 高温 蒸汽介 质 环境 中， 大多会 出现填料 泄漏故障 ， 内件易损坏 阀芯阀座磨损失配、 阀芯脱 落 ， 内部泄漏量大 ， 不易控制 ， 调节品质差 ， 与工艺 连接的法兰端面很容易泄露等故障。图 1 ， 图 2分 别为普通调节阀和高温型调节阀结构。从图 中可 以看 出， 由于加了一截散热器的距离， 使用温度越 高散热器就越长 ， 因此 ， 高温型调节 阀执行 机构重 心点距 安装轴线 的距 离 ， 比普通型调 节阀要长 的 多 ， 非 垂直安 装调 节 阀产 生 的力 矩也 要大 得多 。 如 动力 C锅炉装置的几台减温减压调节阀， 合成 氨装置的调节阀等 。 执行仪表 凤接头 执行机构 调节 阀 弹 工艺连接法兰端面为固定点 图 1 普 通 调 节阀结 构 正作 用型 收稿 日期 2 0 0 9 0 4 2 0 修改稿 。 作者简介 杨建林 ， 男 ， 1 9 9 8年毕业于西安理 工大学 自动 控制 专业 ， 学士 ， 现工作于中国石 油兰州石 化分公 司机动处 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 期 杨建林等． 化肥厂非垂直安装调节 阀问题的探讨 执 行机构 调节 阀 执行仪表风接头 心 点 工艺连接法兰端 面为 固定点 图 2 高温 型调 节 阀结构 正作 用 型 b 低温 小于一1 0 0℃ 深冷使用环境中， 出现 较多的也是填料泄漏故 障。此类调节 阀有较 长的 隔热绝冷长颈 ， 所处 的环境温差大 ， 大多安装使用 在空分 、 液氮洗单元装置上 ， 它们基本上都有 两个 支撑点 ， 如图 3所示 。管道 和冷箱箱壁都是 固定 点 ， 一端 固定在管道、 设备上 ， 另一个就固定在保温 冷箱的边壁上， 阀体 和长颈部分基本是 固定死 的， 只有执行机构是侧悬在冷箱壁之外的， 如果执行机 构太重并发生形变 ， 受力点就在填料处 ， 则填料处 最易受力单边磨损 。空分、 液氮洗 深冷 单元除箱 顶安装的调节 阀以外 ， 基 本上都属侧装 和水平安 装 。如 合成氨液氮洗装置的调节阀 ， 空分装置的 调 节 阀。 执行机构 冷箱保温 保压隔膜 ． 、侧向重力方向 执行机构重心点 填料 ， 、 ⋯．． 撇装 轴 管 道 安 装 轴 线 ⋯ 。 _ I 二 面 面定点 图 3 冷 箱安 装 长颈 式调 节 阀 示意 正作 用方 式 c 高压常温 的使用环境下 ， 调节 阀的阀体 要 比低压 、 常压普通 调节 阀的尺寸大， 执行机 构要求 产生较大的推力 ， 用以克服使用 中产生较大的不平 衡力， 因此执行机构也在尺寸上 比普通型 的更大 、 更重、 更长。水平或侧向安装产生的机械形变肯定 更大， 损坏情况更严重 。因此 ， 大多会 出现执行机 构输 出轴密封环磨损 ， 如 F V一 1 0 2 2等调节 阀， 尿 素合成塔压力控制调节 阀等 。 除以上三种情况较严重外， 也另有特殊情况的 现象 ， 如 长 、 质量大执行机构使用在常压 、 常温环 境 中易损坏填料和阀内部机件 。尿素装置 的熔融 尿液 三通调 节 阀 。 3对 阀产 生 的影 响 a 内部机件损坏 其表现形式 ] 内漏大 、 行 程摩擦大、 滞后时间长 ， 调解 品质差 。具体故 障是 阀芯阀座磨损并失配 、 阀芯阀座密封环偏磨严重、 个别机件脱落 ， 最严重的可造成阀芯、 阀座断裂等 。 外部机件损坏的表现形式大多是外漏大 、 自动动作 不灵活 、 现场硬手动阻力大不容易操作等。具体故 障是填料漏 、 阀杆磨损 、 执行膜头输 出轴密封件磨 损 、 泄露等。 b 从工艺角度分析温度对调节 阀的使用 的 直接影响并不大 ， 温度变化使调节阀产生的机械尺 寸形变 ， 相对于侧向安装重力产生的机械尺寸形变 要小的多 。只是在生产过程 中， 投用和切除使温度 发生急剧变化时 ， 在一定时间范围里 ， 可能产生较 小的影响， 稳定生产状态时情况要好得多 。 c 从调节 阀的结构形式的角度分析 使用在 不同温度场合的调节阀， 大都配制的是带有散热器 的或是带有长颈 温度差 隔离 深冷 的距 离尺寸更 长 ， 在安装上这些调节阀一般都有两个支撑点 ， 一 个在管道或设备上 ， 另一个在保冷箱壁上 的产品 ， 它们 比普通调节阀至少多了一段散热或隔离距离 ， 阀杆填料所处的位置不是直接的工艺温度 ， 温度条 件能向环境温度方向改善一点， 填料不至于过早老 化， 使用周期延长。其共 同特点是阀体连接执行机 构的引出端距离很长 ， 非垂直安装力臂很长， 执行 机构重力产生的力矩很大。因此 ， 这类调节阀垂直 安装基本无 问题 ， 但 侧面、 水平安装 大都 出现过泄 露 、 内件损坏、 调节动作不灵敏等情况 ， 此类问题现 场不采取支撑措施很难解决 ， 检修中填料压得不紧 很容易出现泄漏故障， 压得过紧则调节阀动作不灵 敏 ， 甚至会出现反推力导致不动作的现象， 每次加 、 换填料工作 ， 就显得难度很大 ， 不容易掌握。 d 从调节阀执行方式上分析 直行程的调节 阀在垂直安装方式上 ， 只要求连接时零点对中良好 就不可能产生填料偏磨现象。而直行程侧装 的调 节阀不仅要求零点对中， 还要求全行程对 中也要 良 好 ， 否则 ， 就极易产生填料偏磨现象 ， 长期偏磨会造 成局部填料磨损严重而产生泄露故障。 层 充 填 O O 。 。 。 。 o o保 o o 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工 自动化 非垂直安装的角行程调节阀 如图 4所示 如果 连接对中失配 ， 也会出现偏磨现象， 但一般磨损较缓 慢， 损坏程度也较轻。一般只对上密封填料磨损 ， 对 下密封填料磨损较轻， 总体上出现填料泄漏 的情况 并不多见。因此 ， 直行程调节 阀使用过程中出现填 料泄漏问题的情况要更甚于角行程的调节阀。 执 行 仪 表 童 L＼ ． 气 缸 活 塞 组 件 ＼ _ ⋯⋯ l l 执行机构 反推 力 弹 簧组 支架 ／ 调节阀 管道安装轴线 ⋯ 工艺管线 连接端面 ／ 阀体 1 | _ 一 f‘ 呼吸 E l 上填料密封 ⋯ ＼ 下填料密封 图4 角行程调节阀示意 单驱动方式 4 改进 措施 从分析结果得知_ 4 ] ， 重力力矩 过大是造成 各种故 障的惟一原 因。为了更好地使用、 维护、 检 修好这些非垂直安装的调节阀， 应采取与之相适应 的方式方法来弥补安装缺陷， 主要解决办法是加支 撑 。支撑的方式有两种， 采用 刚性和柔性支撑 ， 具 体可根据现场情况决定 。 a 已加支撑 的调节阀要找中轴， 调整好机械 轴线 。尽量在使用条件下 ， 使之达到一个满意的对 称度 ， 并加固好支撑锚点。 b 另需加支撑的调节阀应选好支 撑点 ， 要牢 固稳定 ， 有可能产生机械形 变的位置 ， 也可采用弹 性 柔性 支撑方法 ， 无法低位支撑 的亦可用悬吊支 撑法 。无论采用哪种方法 ， 其 目的使阀芯 、 阀座 、 阀 杆、 执行机构输出轴呈一条直线， 不产生径向力。 c 对无法加装支撑 的调节 阀。其一可采取减 小执行机构质量 ， 缩短连接距离 ， 检修 时做好二次 找正 、 中间找正等工作方法来解决 。其二处在 自动 调节 系统 上 的调 节 阀 ， 要 尽 量 减 小 调 节 幅 度 和 频 次 。具体办法 依据工艺调节指标可允许的条件 内 ， 尽 量加 大调 节 系统 的 比例 度 减 小 系统 的 即时 放大倍数 、 积分时间参数 减小系统 的动作速率 ， 尽可能的不采用微分功能或减小微分时间参数 减 少或消除调节阀的阶跃动作方式 ， 以降低调节系 统 的动作灵敏度 ， 相对减少填料和阀杆之间的摩擦 次数与行程 。其三能加油润滑的一定要按时加注， 避免密封填料提前老化失效 ， 增长调节阀的使用周 期 以达 到生产 安 全稳定 运 行 。 5 结束 语 对出现过问题的非垂直安装调节阀， 根据实际 情况进行处理 ， 大大延长 了调节阀的使用寿命 ， 提 高 了调节 品质 ， 实 现工 艺 生 产长 期稳 定 运行 的 目的 。 参考文献 l 曹湘洪 ， 朱理琛 ， 陆东 ， 等． 石油化工设 备维护检 修规程 [ M] ． 北 京 中国石化出版社 ， 2 0 0 4 2 乐嘉谦． 仪表 工手册 [ M] ． 2版． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 3 3 金 以慧． 控制过程[ M] ． 北京 清华大学出版社 ， 1 9 8 3 4 GB 5 0 0 9 3 2 0 0 0 ， 自动化仪表 工程施 工及验 收规范 [ s ] 5 HG／ T 2 O 6 3 6 2 0 6 3 9 1 9 9 9 ， 化工装置 自控工程设计规定[ s ] 6 郭建平 ， 郭俊 杰． 智 能型 比例 阀控 制 电液 执行 机构 应 用研 究 [ J ] ． 石 油化工 自动化． 2 0 0 8 ， 4 5 3 5 4 7 谢海金． 控制 阀在 氯碱 化工 生产 中 的选 用 [ J 3 ． 石 油化 工 自动 化 。 2 0 0 8 ， 2 6 8 7 1 E m e r s o n助力中国促进渤海湾海上油 田生产 2 0 0 9年 7月 7日， E me r s o n所属业务艾 默生过程管 理宣布 ， 公 司通过 向 6个 平 台和“ 蓬勃 号” 海上 浮式 生产 储油装 置 也称“ 海洋石 油 l 1 7号” 提供 P l a n t We b ⑧ 数字架 构工程 和调试 服务 ， 帮助 中国为启 动渤 海湾二 期石油 生产做 好 了准 备 工作 。 渤海湾 油田由康 菲石油公司发 现 ， 并 由该公 司与中国海洋石油总公司 C NOO C 共 同开发 。 E me r s o n为所有平台、 海上浮式生产储油装置及所有设置的过程控制和资产管理提供 P l a n t We b ⑧数字自动化架构工 程和安装服务 ， 并将该数字架构与停机和火气 系统相 整合 。E me r s o n的 D e 1 t a V 数 字 自动 化系统 应用 于所有 7个二期 工 程设施 ， 该 系统是 数字化整合的核心资源 。同时 ， 它通过一个平 台提供整个 油 田的 中央 监测 和人性化 界面 ， 而海 上浮式 生 产储油装置则提供支持服 务。 P l a n t we b架构还将与油 田仪表装 置联 网 ， 其 中包括 E me r s o n罗斯蒙特 R o s e mo u n t 测量仪表和丹尼尔 D a n i e 1 计量 系 统 。而且 ， 应 用于每一个平台和海上浮式生产储油装置 的 E me r s o n AMS S u i t e将通过 油 田仪表持 续监测 提供预 测诊断 服 务 ， 使操 作人员能够发现并修复 即将发生 的故 障， 从而使生产免受干扰 。 艾默 生过程 管理公 司 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m