浅谈催化装置防喘振阀的应用

浅谈催化装置防喘振阀的应用

高明宇

(中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司，辽宁省大连市116000）

[摘 要]：本文主要以催化裂化装置四机组防喘振控制为依托，阐述了防喘振阀的理论知识和实际应用，通过对所发生故障的原因分析和整改策略，优化风机防喘振控制阀操作、为防喘振阀的故障处理提供依据。

[summary]:Basedontheantisurgecontrolofthefourthunitofcatalyticcrackingunit,thispaperexpoundsthetheoreticalknowledgeandpracticalapplicationoftheantisurgevalve,optimizestheoperationofthefanantisurgecontrolvalveandprovidesabasisforthefaulttreatmentoftheantisurgevalvethroughthecauseanalysisandrectificationstrategyofthefault.

[关键词]:催化裂化、偏心蝶阀、催化剂流化运转、气动放大器、定位器

1、引言

在石化企业催化裂化装置中，主风机在装置生产中提供主风任务，主风在运行过程中起到保持热平衡、氧平衡、压力平衡以及流化运转的作用（1），主风机就如同人的心脏，需要平稳且不间断的为生产装置供风。防喘振阀门是风机控制的核心设备，当喘振阀门故障放空，会使机组的外送风量减少甚至中断，严重影响装置的平稳运行；当喘振阀门故障关闭，由于机组进口流量降低引发机组发生喘振，喘振产生的气流脉动会引发共振造成机体损坏，气体倒流还会引发机组内温度急剧上升，降低设备的使用寿命。

2、防喘振阀的气路构成和工作原理

防喘振阀的气路构成见图1所示，气路附件包括：过滤减压器、分体式定位器、三通电磁阀、气动放大器、快速排气阀、位置变送器等。

图1：防喘振放空阀气路图

防喘振阀门在控制上既要具备良好的调节性能，又要具备可靠的快开性能。

调节功能：在正常状态下ASCO 三通电磁阀带电，当4－20mA控制信号增大，则定位器的输出压力增加，通过电磁阀作用于气动放大器2625的控制口，气动放大器2625输出压力增大，执行机构上膜头的压力也增大，克服执行机构的弹簧力的作用调节阀门动作；当4－20mA的控制信号减小，定位器的输出压力减小，作用于气动放大器2625的控制信号减小，气动放大器2625的输出压力减小，阀门在执行机构弹簧力的作用下调节动作（2）。

快开功能：当 ASCO 电磁阀断电，三通电磁阀切断并卸掉气动放大器2625控制口的压力，气动放大器 2625没有输出，快排阀和 ASCO 三通电磁阀同时排气，阀门快速打开。快速排气阀起到快熟排除气缸内气体的作用，通过跨在两端的手动针阀，在膜片的前后建立一个压差，起到稳定膜片的作用，其标准开度为1/4到1圈。综上所述，防喘振阀的快开功能，当机组进入喘振工况，可快速释放由于喘振引起波动；阀门良好的调节性能，阀门流量充分以防止波动点的产生。

3、案例故障现象：

大连石化140万/年催化裂化装置在进行主、备风机切换过程中，出现16"防喘振放空阀FV22150B不动作故障。故障发生时处在工况如下：工艺要求防喘振阀门逐步放空降量，配合备用风机的逐步提量，如果喘振阀快速打开会中断装置主风的供给，可能造成装置停工；但仪表排查故障却需要切断执行机构气缸风压，这样很可能导致防喘振阀快速打开，而且该阀门没有侧线也没有限位手轮，导致仪表维护人员不能对气路元件进行检查。

通过阀门执行机构结构的研究，执行器为拨叉式活塞结构，活塞面积6.45cm2，拨叉力臂6.03cm。利用阀门选型软件计算阀门在3.5bar压差下的开启扭矩为0.4bar，按此计算执行器弹簧要克服启动力矩，力矩大小相当1.3bar气压时的气缸输出扭矩。根据执行机构数据计算，执行机构完全压缩后弹簧扭矩1251 牛顿/米相当于2bar气源压力， 只有气缸内的压力低于1.6bar 时，弹簧扭矩减去气源的扭矩才能大于阀门开启扭矩0.4bar，阀门才能往开的方向走。最后，在分析了阀门的气缸结构后，通过在气缸排气口处引入仪表风，在风线中串联可调节风压的过滤减压器，通过减压器逐渐向阀门增加推动力，最终多方合力大于开启扭矩0.4bar使阀门打开。

4、案例故障分析：

阀门不动作可从两方面进行分析：

首先，故障原因可能由于阀板卡涩造成阀门不动作，防喘振阀门长期处于关闭状态，甚至长达几年不动作容易导致阀板卡涩；由于阀板和阀座之间间隙小，有异物进入导致阀门不动。针对阀门卡涩的处理，故障发生的第一时间即进行处理，通过对阀体的敲击振荡，达到松动阀板间隙内异物的目的，以及后期对阀门解体检查都没有发现问题。

再次，执行机构推力不足造成阀门不动作，执行机构推力是由定位器和气动放大器

2625共同作用实现的，这里要介绍一下气动放大器2625的工作过程，放大器结构图如下图2：

图2：放大器2625结构图

气动放大器2625是接收控制风压，控制信号来源于定位器的输出压力，气动放大器以相同压力给执行机构输入大流量的气源，加快控制阀动作速度。通过减压阀输入气源压力(Supply)，信号接口端输入信号压力(Input Signal)，那么如上图当膜片受到压力，使膜片组合件向下移动，同时阀芯也会向下移动。这时输入压力通过阀芯底座通路流入到输出接口(Output)并输入到执行机构。当输出压力增加到和信号压力相同时阀芯重新上升，最终信号压力和输出压力保持相同。相反，输出压力大于信号压力，则膜片组合件向上移动，输出压力会通过阀芯上方空隙向排气环排出。

气动放大器上有一个增益调节螺钉，当顺时针调节（将调节螺钉旋入），增益增加流量放大倍数增加，放大器所具有的稳定性下降；逆时针调节（将调节螺钉旋出）， 增益减小流量放大倍数减小，导致放大器所具有的稳定性增加。

如果增益调节螺钉旋出太多，增益太小会造成阀门动作死区大响应速度慢；如果增益调节螺钉旋入太多，增益太大稳定性差，可能造成喘振阀振荡。防喘振阀气动放大器2625 标准调节要求： 将增益调节螺钉完全旋入后再回 1.5 圈，然后 并紧锁紧螺母。

最后，对定位器进行分析，定位器工作原理见图3：

图3定位器工作原理图

定位器主要由信号接线盒、I/P转换器、气动放大器（定位器内）三个主要部分组成，输入信号（4-20mA）通过信号线缆引入到接线盒，电流信号进入印刷电路板模块，被电路板中的微处理器读取，通过数字算法处理并转换成模拟量的I/P驱动信号送到I/P转换器；I/P转换器连接着电路信号和气路信号，将输入的电路信号4-20mA转换成气路信号20-100KPa，将压力信号传送到气动放大器（定位器内）；气动放大器将接收到的气路信号20-100KPa放大输出，转化成执行机构动作的驱动力（0-35psi）（3）。

当风机切换完毕后，对气路元件做Valvelink诊断测试，具体分析结论如下：现场测

试时定位器I/P处于不稳定工作状态，未能响应开信号变化，定位器输出气压至活塞缸内维持在1.6~1.9bar，基本上抵消了弹簧力（弹簧范围1.5~2.0bar），加之阀门有一定的启动力矩，弹簧无法再克服阀门本身的摩擦力和流体的阻力，导致阀门没有打开。

5、优化升级：

本次故障定位器输出风压没有随控制信号进行调整，气动放大器没有收到控制压力改变，也没办法改变驱动执行机构的风压，仪表维护人员无法判断执行机构气缸内受力变化，导致误以为阀板卡涩造成阀门不动作。针对直接原因，更换新的分体式定位器DVC6200可顺利解决问题。但为了更好日常维护、更直观发现故障原因，将气路元件制作集成板安装，同时在气缸入口增加压力表监测气缸压力变化，增加排空阀调节阀门动作。升级后气路原理见图4所示：

图4：升级后防喘振阀气路图

6、总结

结合本次故障，加深了喘振阀气路元件儿功能认识，如放大器，定位器，快速排气阀等元件，深入学习了阀门气路结构和控制原理，为故障的判断和解决提供了可靠保障；通过对执行机构的的重新认识，总结出一种处理无侧线无手轮防喘振阀故障的方法，尤其是气路上的的优化改动，虽然仅仅是增加了压力表和排空阀，但却能极大的提高了防喘振阀门的安全可靠性、提高了喘振阀门的可操作性、为故障分析处理提供可靠数据，这种小创新起到了一叶知秋、见微知著的大作用。

参考文献：

1、孙永刚 大庆石化公司《防喘振控制在催化裂化主风机组应用的改进》化工自动化及仪表2010年3月

2、王志强 宝钢集团新疆八一钢铁有限公司能源中心 《浅谈风机防喘振阀气路控制应用与改进》科技创新导报 2013年8月

3、罗靖凯中海石油化学股份有限公司 《FISHER智能阀门定位器的故障诊断》电子技术与软件工程2014年6月