吸附塔旁路开关阀故障影响及对策

高艳才

(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)

1 吸附塔工艺简述

中海油惠州石化芳烃联合装置吸附塔作为装置的核心设备，担负着生产高纯度对二甲苯的首要任务，2009年开工运行，其原基础设计为84万吨/年PX生产量，2014年通过更换吸附塔分子筛及相应配套设施的升级改造，处理能力提升至 95万吨/年。自2009年投产至今，其运行已近12年的时间，相关开关阀故障时有发生。本文就吸附塔旁路冲洗和旁路开关阀故障处理做详细说明，以强化故障处理认知，减少操作失误。

吸附塔采用法国IFP专利工艺技术，由A/B两个塔通过循环泵串联而成，共计24个床层，依靠床层内分子筛进行PX的吸附分离。其采用模拟移动床原理进行连续生产，即144个开关阀在顺序控制系统(SCS)作用下按进出物料在不同区域的设定位置进行开或关，以实现物料进出和塔内物料区域的分配，其中进料(F)、解吸剂(D)，抽出(E)、抽余(R)四股物料将全塔分为四个模拟移动区域，即解吸区、精制区、吸附区和缓冲区，正常床层数占比为4:10:7:3，四个区域在SCS系统控制开关阀开关作用下循序渐进周而复始，保证了各区域物料浓度曲线的可控分布，实现了对吸附剂的模拟移动及对PX的连续提纯和抽出。其示意图如图1所示。

图1 吸附塔模拟移动床区域分布图及床层液相浓度分布曲线Fig.1 Regional distribution of adsorption tower simulated moving bed and concentration distribution curve of liquid phase in bed

2 旁路冲洗的作用

吸附塔各床层物料的进出及均匀分布是由连通各进出支路管线并焊接在塔壁内侧的环形室完成的，其中进塔物料F/D共用一个环形室及床层物料分配管，出塔物料E/R共用一个环形室及床层物料分配管，其意义在于简化设备结构，减少设备投资，降低运行风险，其结构图如图2所示。

图2 吸附塔环形室结构图Fig.2 Structure diagram of adsorption tower annular chamber

根据移动床原理和环形室结构图可知，在无旁路冲洗的情况下，当F物料经过N床层环形室完成进料后，F物料经开关阀切至进N+1床层，此时N床层F/D共用环形室内存留的为F物料C8a组分，当N床层区域切换进入到解吸区顶部时，D线高纯度解吸剂开始进入N层的环形室，如此一来，环形室内的C8a是必被带入到解吸区，从而直接影响当前床层PX的解吸纯度，导致E线抽出的PX纯度降低。同理，当N床层R线采出后，N床层E/R共用环形室内存留了大量的贫PX的C8a组分，当N床层区域切换进入到解吸区底部时，E线抽出直接带走了存留的贫PX的C8a组分，从而进一步导致E线中PX纯度的降低。由此可知，在无旁路冲洗情况下，由F和R导致的各床层PX抽出纯度的降低将使PX产品无法达标，装置生产亦无法有效进行。

为确保F/D和E/R环形室在解吸区不受污染，特设置旁路冲洗以达到环形室内物料连续置换，保持与当前床层组分相近的目的，旁路冲洗示意图如图3所示。

图3 吸附塔床层管线布置图示Fig.3 Diagram of pipeline arrangement in adsorption column bed

图3中旁路管线上的HV阀为流量调节阀，其可根据区域流量人为设定旁路冲洗流量，以使管线置换和分子筛利用达到最大优化。

SCS控制系统设定，旁路开关阀受控于相邻的F/D/E/R四个支路开关阀，即任一相邻F/D/E/R支路开关阀自动打开时，相应旁路开关阀自动关闭，以防进出物料跨床层串料引起组分或塔压波动，F/D/E/R各支路开关阀均关闭时，相应旁路开关阀打开，继续进行共用管路的冲洗。

从图3可知，在旁路冲洗作用下，F线物料在经过N床层进料后，N床层旁路阀一直保持打开状态，N床层F/D环形室与N+1床层E/R环形室经旁路管线会在精制区得到逐层冲洗。待N+1床层到达解吸区底部时，E/R环形室已与当前床层物料组分相近，E线PX抽出不再受到R线贫PX的C8a污染，当N床层进入解吸区顶部时，F/D环形室亦与当前床层物料相近，D线解吸剂进入床层后，床层解吸出的PX不再受到F线C8a污染。所以旁路冲洗实现了床层切换及区域切换过程中F/D与E/R共用管路的智能冲洗，使各床层管路内组分得到同步置换，保证了PX的纯度和收率。

3 旁路开关阀故障类型

吸附塔开关阀由执行机构和阀体组成，执行机构为双作用气缸结构，阀体为高密封度球阀。为保证床层切换过程中塔压和流量的稳定，开关阀自动开关时间必须控制在4 s以内，高频次高强度的开关动作直接造成其各部件遭受的磨损和损坏日益加重，日常的维护在所难免。SCS系统允许一定量开关阀的离线维护，以实现吸附塔连续运行的目的。F/D/E/R/BW开关阀除尺寸不同外，其他控制与配置方式相同，旁路开关阀控制因属于常开阀，控制方式与F/D/E/R/BW相反。

开关阀的故障处理从设备和工艺角度来说分为两种： (1)执行机构故障：其处理深度较浅，对应开关阀离线隔离后仪表查找原因解决即可；(2)阀体故障：其处理较复杂，需要相应工艺管段隔离、排油、下线处理。由开关阀维修经验可得出故障原因主要如下：

(1)执行机构配件故障：此类型故障次数较多，多是气动附件漏风过大，气路堵塞，执行气缸卡涩，电磁换向阀故障等原因导致开关延时或卡涩；

(2)执行机构回讯器故障：此类型故障次数常见，多是探头间隙过大，探头损坏导致开关延时或回讯异常；

(3)电气回路故障：此类型故障较少，一般为线路接头虚接，卡件故障等导致回讯异常；

(4)球阀阀体故障：此类故障极少，多是由于杂质等原因导致阀体槽道卡死，执行机构无法执行到位等导致开关延时或卡涩。

以2018年的开关阀维护数据为例：F线维护8次，D线维护2次，E线维护9次，BW线维护1次，旁路开关阀则维护31次。

2018年开关阀故障包括：

(1)回讯故障(15次)：包括回讯器间隙调整(8次)、回讯盒进水处理(6次)、回讯器更换(1次)；

(2)配件故障(8次)：包括减压过滤器漏风(5次)、风线接头漏风(2次)、排气阀堵塞(1次)；

(3)气缸故障(33次)：包括气缸漏风(16次)、气缸卡涩(4次)。

从统计数据可知，随着吸附塔开关阀运行时间的积累，开关阀主要问题集中在气缸密封件老化漏风，回讯触点松动导致灵敏度降低，各附件连接点密封失效漏风，气缸活塞磨损卡涩等等。

针对开关阀老旧严重、故障频发问题，公司在2019年的大检修中进行了有的放矢、着重处理，如针对气缸密封老化、活塞卡涩问题，将大量气缸下线维护；针对大量减压过滤器老化漏风问题，进行了全面更换工作。针对各风管接头的漏风堵塞问题，逐一进行测漏紧固工作等等。而旁路开关阀由于问题积累严重，则全部进行了执行机构的换新工作。此次开关阀检修取得的效果显著，极大地降低了开关阀整体的维护频次，开关阀平稳运行至今。

4 旁路开关阀故障的工艺处理

支路(F/D/E/R/BW)开关阀执行机构故障的处理步骤相对简单：程序检测到对应支路开关阀故障自动设维护或人为主动设维护，此时开关阀通常为关状态，现场将对应的支路闸阀关闭，交付仪表处理。此过程中，由于相应床层支路开关阀离线维护状态，其旁路开关阀仍能保持正常冲洗状态，所以针对其所对应的环形室而言，不会存在杂质物料滞留污染问题，可放心交付仪表处理。

旁路开关阀执行机构故障的处理过程需小心防范：因旁路的位置和作用不同，旁路开关阀维护处理的措施也大有不同，当程序检测到某旁路开关阀故障自动设维护或人为主动设维护，此时旁路开关阀通常为开状态，由前述可知，旁路开关阀需在关联支路开关阀均自动关闭时，保持开状态以实现共用管路的冲洗，在任意关联支路开关阀自动打开时，其保持关状态以防止跨床层串料。所以旁路开关阀执行机构处理过程中需充分理解并特别注意如下事项：

(1)旁路冲洗引起的C8a污染问题主要集中在解吸区的D线入和E线出，所以只要保证旁路冲洗在进入到精制区后其为打开并保持连续冲洗状态，就能确保E线抽出时PX的纯度。即维修状态的旁路开关阀在进入到精制区后保持强制打开冲洗状态，当即将进入解吸区时，在关联的E线开关阀打开前(20～40 s左右)关闭旁路阀，以后一直保持关闭状态(即解吸区、缓冲区、吸附均为关闭状态)，尽管此时F/D环形室内保留有微量解吸区底部的非PX的C8a，D线注入后多少会影响PX抽出纯度，但这种微量已不足以影响到产品质量。此外，在R线采出时，无疑也会损失一部分E/R环形室的PX，短期降低了收率，但这最大化增加了仪表处理时间，减少了频繁操作造成的次生问题，实践效果非常简洁可靠。

(2)在执行机构气缸故障需更换气缸的过程中，可准备手动开关旁路阀的专用扳手，保证执行机构下线的情况下利用扳手现场开关使精制区时打开得到冲洗和其他区域的关闭。

(3)手动操作HV阀的前提是其对应旁路开关阀为开状态，若对应旁路开关阀开回讯不正常(关回讯或无回讯)，是无法手动关闭HV阀的。当手动关闭HV阀后，当此床层完成区域切换后，手动关闭的HV阀会自动开至设定阀位，以实现各区域旁路流量的自动控制，所以在旁路阀维护情况下，利用HV阀控制旁路流量需特别小心。

(4)仪表处理完毕，经调试合格投用。此时应注意，应在相关联的开关阀均是关闭的前提下，使处理好的旁路开关阀保持开状态投用，手动调节HV阀设定至相应的区域流量，并关注任一关联支路开关阀打开时此旁路阀是否同步关闭，区域切换后，相应HV阀位、流量设定是否跟踪区域设定流量正常。

简而言之，旁路开关阀的处理过程应尽量采取可用的办法如专用扳手、暂停维护、开气路供风等可用手段保持精制区床层的旁路冲洗完好，处理过程中注意上述细节问题，维修完后正确投用就不会导致严重的次生问题。

无论是支路开关阀还是旁路开关阀，若产生因阀体卡涩等需下线的故障，因需要隔离相应吸附塔本体侧闸阀，导致相应旁路冲洗无法实现，所以需要将对应旁路开关阀及其关联的所有开关阀离线维护，然后整体隔离排油后，方可交付仪表处理，处理完毕后逐个投用即可。但是，在保证进料洁净和格栅网不破损的情况下，出现阀体卡涩的概率很小，若真出现，则通知工程师进行专项处理。

5 结 论

通过对吸附塔运行原理和床层管线配置的说明与分析，详述了旁路冲洗在吸附塔内部的作用与机理，总结了开关阀的故障类型和对应解决之道，提出了旁路阀故障情况下的处理原则和方法。惠州石化在旁路开关阀的维护处理上遵循着如上原则和方法，证实了上述原则和处理方法的可靠性和实用性，最有利地保证了产品纯度和操作安全。