聚丙烯装置程控阀常见问题分析及改进方案.pdf

工艺与设备化 工 设 计 通 讯Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications 63第49卷第7期2023年7月近几年，随着石化产业的快速发展，聚丙烯的产量越来越高，而当前聚丙烯生产设备运行周期较短，极大影响了聚丙烯的生产效率。对聚丙烯的生产设备进行改进，对增长生产周期具有十分重要的意义。本文要解决的是聚丙烯在生产过程中放料程控阀因自身结构和零部件生产工艺的原因而导致的阀门密封性差、损坏严重等在使用过程中出现的问题。1 聚丙烯装置聚合釜放料程控阀运行现状介绍聚丙烯装置粉状物料放料程控阀属于金属硬密封程控球阀，国内现在使用的 PDS 高频球阀主要是进口品牌产品如 ARGUS、Metso、KTM 等，国内有极少数阀门厂家生产此类产品，基本都是随装置设备或工艺包预置的进口阀门3-5。加快阀门设备的国产化，对国内石化行业有重要意义。2 程控阀使用情况以及改造前存在的问题2.1 实际使用情况以乌石化公司炼油厂聚丙烯装置的16台聚合釜为例，在优化改造前采用的放料程控阀主要为上海阀特、天津二石化等公司的产品，这些产品在使用中平均每3个月就泄漏1次，不仅影响聚丙烯产量，还会造成直接物料损失、装置停车经济损失，并且会导致潜在的重大安全隐患。2.2 改造前存在的问题（1）球体密封面拉伤。（2）阀座密封面拉伤。（3）阀球中腔堵塞。（4）阀座柱簧坐孔堵塞。（5）阀杆颈部拉伤。3 故障原因分析1）原使用的阀门阀球和阀座的密封面在传统表面处理工艺下无法保证高致密度，存在较多孔隙，且没有自清洁功能，聚丙烯等热熔性原料容易附着在阀球表面，迅速冷却后产生硬度较高的固体。2）原使用的阀门密封面的表面处理硬度不够，在开关动作时造成密封面划伤，直接导致泄漏。3）原使用的阀门结构设计中，阀腔间隙过大，在这个位置容易产生物料自聚，使阀门整体抱死，不能动作。聚丙烯颗粒的硬度大且容易自聚，高频次的动作对阀门的密封面带来极度磨损。自聚性颗粒一旦停留在阀内缝隙中会自聚并越来越大，影响阀门动作最终可能抱死阀门，如图1所示。摘要：聚合釜放料程控阀作为聚丙烯生产装置中产品卸料系统的关键设备，要求该部件具有密封性能好、开关顺畅且时间短、动作频率高、稳定性好等特点。但由于聚合釜放料程控阀的介质工况较为严苛，热熔型介质具有高自聚性，介质气固双相、压差高，同时阀门动作开关频繁，极易导致球阀出现卡、冒、漏等问题。针对以上问题，有针对性地开展技术攻关，通过实际应用证明较好解决了潜在安全隐患问题和制约长周期运行的关键难点。关键词：聚合釜；放料程控阀；聚丙烯；故障原因；解决办法；故障分析中图分类号：TQ325.14文献标志码：A文章编号：10036490（2023）07006303Analysis of Common Problems and Improvement Measures for Programmed Control Valves in Polypropylene PlantsLiu JiaAbstract:As a key equipment in the product unloading system of polypropylene production equipment,the programmable valve for the discharge of polymerization kettle requires that the component has good sealing performance,smooth opening and closing,short time,high action frequency,and good stability.However,due to the harsh medium conditions of the polymer kettle discharge program control valve,the hot melt medium has high self aggregation,gas solid two-phase medium,high pressure difference,and frequent valve action and opening,which easily leads to problems such as sticking,emitting,and leakage of the ball valve.Targeted technical research has been carriedouttoaddresstheaboveissues,andpracticalapplicationshaveproventoeffectivelysolvepotentialsafetyhazardsandkeydifficultiesthatconstrainlong-termoperation.Keywords:polymerization kettle;discharge programmable valve;polypropylene production equipment;the cause of the malfunction;terms of settlement;fault analysis聚丙烯装置程控阀常见问题分析及改进方案刘 嘉（中国石油乌鲁木齐石化分公司炼油厂，新疆乌鲁木齐 830019）收稿日期：20230408作者简介：刘嘉（1989），男，新疆乌鲁木齐人，技术员，主要研究方向为化学工程与工艺技术。工艺与设备化 工 设 计 通 讯Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications64 第49卷第7期2023年7月阀体阀球阀腔阀座弹簧图1 棒柱簧设计、阀球与阀座间隙过大4）出料时瞬时高压差携带硬度大的 PP 颗粒产品，对阀门的冲刷相当严重。5）原使用阀门的阀座设计为封闭式结构，并且采用柱簧提供补偿。很容易造成柱簧孔堵塞，使阀座不能自由活动，最终造成阀座面和球面大面积拉伤，形成内漏。4 程控阀改进方案通过与上海某阀门制造企业根据现场工艺要求、使用情况进行反复沟通，结合我单位和制造商多年的数据和经验积累，进行了有针对性的系统优化。4.1 针对球体、阀座密封面拉伤问题（1）提高密封面涂层硬度：阀球、阀座密封面喷焊金刚石，涂层硬度 HRC80以上；表面涂层精细化特殊处理，降低表面摩擦系数，减小密封面间摩擦力，在保证密封比压下降低密封面摩擦力，如表1所示。表1 常用密封材料参数材料碳化钨WC-12Ni镍基合金88Ni-16Cr C2镍基合金Ni60金刚石硬度57-62HRC60-62HRC45-50HRC 80HRC 以上温度Max.450（848）Max.800（1 472）Max.800（1 472）Max.800（1 472）（2）阀座刮刀式结构设计，开关时刮去钢球密封面颗粒粉末等结垢物，如图2所示。图2 阀座刮刀式结构设计（3）阀球采用360逐步镜面配磨技术精磨，真圆度3 m，并与阀座配对研磨，保证密封面100%接触，密封等级 Class 级，如图3所示。4.2 针对阀门中腔堵塞问题阀门采用阀体与球体及阀座的双刮刀式结构来解决中腔粉料介质堆积的问题，开关过程中该结构能粉碎聚合起来附着于阀球上的物料，不致阀门抱死，如图4所示。图3 配磨数控加工中心工作示意图中腔设计阀球阀座刮刀设计O型阀弹簧阀座阀体防物料进入中腔的专利结构图4 改进后的阀球与阀座间隙另外，通过与上海某阀门制造企业对阀门结构的改进，加工组装出一套改进后的聚烯烃程控球阀，球阀阀腔的最大间隙为1.53 mm，最小间隙为11.5 mm，比改进前的阀腔间隙更小，而且还具有磨碎介质的功能。该程控球阀，在使用过程中通过阀腔间隙磨碎阀体与阀球之间的介质，使得介质不会大量堆积，避免造成卡阻和抱死现象。在磨碎介质时经常会发生摩擦接触，容易造成结构之间的磨损和偏移现象。为了避免对结构之间的性能产生影响，通过阀体、阀盖一次性装夹，五面一体加工工序，可以避免工件因二次装夹带来的加工误差，保证其良好的加工精度和同心度。4.3 针对阀座柱簧坐孔堵塞问题（1）阀座柱形弹簧改成蝶形弹簧，有效防止弹簧座腔被催化剂颗粒粉末堵塞。（2）阀座与阀体密封采用 O 型圈和石墨圈两道密封，石墨圈特殊结构设计，保证密封和阀座活塞效应，如图5所示。876543 21图5 结构改进1.阀体；2.碟形弹簧；3.压环；4.石墨密封圈；5.垫环；6.阀座；7.钢球；8.下阀杆4.4 针对阀杆颈部拉伤问题（1）固定球采用了上下固定轴结构，确保阀杆只承受开关扭矩。固定轴与球体、固定轴与阀杆间采用进口的轴套，轴套承载能力高、耐磨损、抗咬合、自润滑；阀门驱动轴设计有多组 PEEK 轴承有效减轻扭矩，解决阀门的高频开关中心偏移问题造成阀座与阀工艺与设备化 工 设 计 通 讯Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications 65第49卷第7期2023年7月芯磨损。（2）阀杆填料采用组合石墨填料，弹簧动载加压补偿密封，保证填料使用寿命，如图6所示。下固定轴部分球体PEEK轴承PEEK轴承平面轴承唇形石墨盘根PEEK轴承下固定轴图6 轴承设计4.5 其他问题方面的改进执行机构支架与阀体直接连接，在高频且快速开关下阀门不会因持续性振动而对密封部件造成影响而产生外漏，更适合应用在高频快速切断工况。5 结束语通过改进阀门结构、加工工艺等进行了有针对性的系统优化，有效解决了出料阀特殊工况下的使用寿命、运行可靠性和安全性等问题。以乌石化公司炼油厂首台更换的 F-7#聚合釜放料阀为例，自2016年10月起，在相同工况的运行条件下，已实现五年“零维修”，从未出现过泄漏情况。乌石化在近两年已陆续将其他聚合釜的放料程控阀进行了更换，已上线程控阀均保持了“零泄漏”“零检修”“零维护”的良好水准。参考文献1 邢艳东.小本体聚丙烯装置优化分析 D.青岛:青岛科技大学,2019.2 陈华,冯光.乌石化公司 10000 t a1 聚丙烯装置控制系统改造 J.化学工程师,2004,18(11):47-50.3 崔国彪,王一民,张绪文,等.PDS 高频球阀设计优化J.仪器仪表用户,2020,27(4):11-13.4 沈文钦,陆军,蔡琳.聚烯烃装置 PDS 阀门长周期运行管理 J.化工自动化及仪表,2017,44(2):209-211.5 刘琰钾.国外 PDS 阀门性能分析研究 J.石油化工自动化,2017,53(2):68-70.（上接第52页）保温棉密封于量杯中，模拟导热油浸润到保温棉中后反复摩擦产生静电的情况，利用静电仪测试积累的静电量，实验结果见表6。表6 导热油浸润到保温棉中可能积累的静电静置加热反复摩擦静电/kV1.510.833.7由表6可知，当导热油浸润到保温棉中，在静置的情况下静电很小。但当遇到反复搬运、摩擦等情况出现导致静电集聚时，其静电压明显增大，极端情况下静电压累积到33.7 kV，存在瞬时放电点燃挥发性有机物的可能性。3 结论参考燃烧的3要素，系统分析了导热油浸润保温棉的情况下闪点下降及静电积累存在的可能性。实验发现，使用多年或包裹物料的导热油浸润至保温棉后，在比表面积较大的保温棉和相对封闭并充满空气的保温棉空腔内，导热油中的挥发性物料和其他包裹的物料充分释放，并在保温棉移动、搬运、堆积过程中反复摩擦积累的静电可能将挥发性气体点燃释放热量，引燃的气体在保温棉内温度上升，并最终将导热油点燃，引发明火。预防导热油渗漏到保温棉中引发自燃的方法有以下几种。1）减少系统设备的泄漏，增加巡查频次，防止导热油泄漏到保温棉中。2）定期对生产线上导热油系统进行质检，当发现导热油变质达到一定比例时，及时更换新导热油。3）加强系统设备的检查，尽早发现系统的泄漏情况，并及时更换含导热油或其他物料的保温棉。4）废弃的含导热油或其他物料的保温棉建议用水充分打湿，去除静电。废弃的保温棉尽快无害化处理，不要长期闲置潜藏安全隐患。参考文献1 赵锡荣,阴亭,朱军.在用导热油闪点降低的原因分析及对策 J.润滑油,2018,33(6):41-45.2 杨秀奇.从“2 28”爆炸事故看涂料行业导热油系统的安全 J.中国涂料,2012,27(4):20-22.3 叶帆,陈迪,徐久龙,等.导热油的认识与防护 J.工业加热,2007,36(5):66-67.4 黄龙晖,陈武,赵彦女,等.导热油变质因素分析及优化措施 J.石油技师,2020(2):68-73.5 张成志,张照明,李宏斌.从导热油着火案例看导热油系统的安全运行 C/中国机械工程学会工业炉分会.第九届全国工业炉学术会议论文集.第九届全国工业炉学术会议论文集,2015:167-171.