中国石油大庆炼化公司黑龙江大庆163411
摘要：自2014年下半年开始，大庆炼化公司在聚丙烯酰胺一、二、三、四、五车间共投产直燃器整体撬装设备36套，用于替代原有导热油换热器，实现对聚丙烯酰胺湿料的烘干工艺。由于该成套系统最初设计所选用的燃料为纯净的天然气类介质，而目前大庆炼化公司范围内所使用的瓦斯含有较多水分子和杂质，投用几年来在冬季生产期，因瓦斯含水和杂质导致的工艺管道、仪表设备发生冻、凝、堵、卡滞等故障，造成仪表专业维修工作量极大。统计2016年和2017年冬防期间，发生维护直燃器仪表维修作业分别为479项和421项，直接影响到干粉产量和质量，同时巨大的劳动强度也导致员工作业风险剧增，本文针对故障量较大的自力式压力控制阀进行分析，探讨换型的可能性。
关键词：直燃器；自力式压力控制阀
1、概述
自2014年下半年开始，大庆炼化公司基于节能、环保、安全等诸多因素，在聚丙烯酰胺一、二、三、四、五车间共投产直燃器整体撬装设备36套，用于替代原有导热油换热器，实现对聚丙烯酰胺湿料的烘干工艺。
由于该成套系统最初设计所选用的燃料为纯净的天然气类介质，而目前大庆炼化公司范围内所使用的瓦斯含有较多水分子和杂质，这也导致了目前该撬装系统在生产运行中存在诸多维护问题。特别是历年来冬季生产期，因瓦斯含水和杂质导致的工艺管道、仪表设备发生冻、凝、堵、卡滞等故障，造成仪表专业维修工作量极大。
2、存在问题
在冬季，经常发生主管线自力阀失灵，不能稳定出口压力，燃料气压力降低，导致燃烧器火焰变小风道温度降低，干燥器入口温度不能达到生产要求被迫停止运行的情况。
经检查发现是由于瓦斯带液现象比较严重，且瓦斯内含有较多杂质，自力阀的执行机构反馈管路入口滤网经常会被堵塞，使反馈不能进入自力阀的阀头。在弹簧的作用下，自力阀会逐渐自动关闭，造成直燃器熄火。尤其在冬季，由于直燃器处在室外，低温会使瓦斯带液现象更加严重，有时还会因结冰冻住阀门，导致阀门失灵，频繁出现停炉故障。
3、自力式压力控制阀故障分析
3.1自力式控制阀工作原理
直燃器主管线自力阀采用的是美国艾默生集团旗下的FISHER公司生产的299H型自力式压力控制阀（图1），
图1现场安装的299H型自力阀
该自力阀有调压精确、关闭灵敏、压力设定简单；调压器动作灵敏，反应速度快；流通能力大，结构紧凑等优点。
其工作过程如图2所示，在运行过程中，当出口压力小于指挥器控制弹簧（A）的设定值时，指挥器膜片总成（F）顶部的压力将低于控制弹簧（A）的设定值，弹簧（A）的弹力向上推动指挥器膜片（F），从而打开传动杆导向口（C）。入口侧的压力通过导管经导向口（C）被传递到主膜片（E）的顶部。这使主膜片（E）的顶部比底部形成一个更高的压力，迫使膜片向下。这压力通过连动杆传送,拉开阀盘,使气体流经阀口，流向下游。
一旦满足了下游的用气量需求，出口压力就会上升。增加的压力经连接口（G）进行传输反馈，并作用于执行机构膜片（F）的顶部。这个压力超过了弹簧的设定值迫使膜片向下，关闭导向口（C）。作用于主膜片上的负载压力通过泄压点泄放到下游。
随着作用于主膜片（E）顶部的负载压力的减小，主弹簧对连接在主膜片上的膜片支撑施加了一个向上的力，使其向上。这使阀盘向底座移动，减少向下游的供气量，达到调压平衡。
图2FISHER299H自力式压力控制阀结构图
3.2自力阀故障的原因分析
总结现场自力阀故障的多次处理，主要故障原因发现有以下几种：
（1）阀体底部至指挥器导管堵塞；
（2）滤网堵塞；
（3）膜片部位积液；
（4）止回阀内有杂质，限流弹珠卡滞；
通过对故障的分析得出，由于驱动主膜片的压力导管是从自力阀阀体下部取出，冬季瓦斯带液现象比较严重，管路中的水进入自力阀阀体下部经导管进入至指挥器，在管路、滤网处和止回阀内结冰，使介质压力不能进入自力阀的阀头。自力阀失去调压作用使压力失控，导致阀门失灵，造成直燃器频繁熄火故障。
图3指挥器传动部分
通过上述对自力阀工作原理及故障分析，可以得出：
（1）冬季燃料气瓦斯带水严重是造成自力阀故障的主要原因。
（2）自力阀与指挥器连接的导管由自力阀阀体下部引出，使水容易进入导管达到指挥器传动部分（图3）并在滤网、传动导向口、止回阀和泄压点等处结冰或与管道内杂质混合堵塞压力调节通道造成自力阀失灵，为另一重要原因。
4、解决方案
针对冬季燃料气瓦斯带水严重为系统原因，不易实施改造，所以方案的重点是解决自力阀的冻堵情况。
通过对现场使用情况的观察，直燃器当前采用的指挥器式自力式压力调节阀需要从外部接管到指挥器部分，且由阀体下部引出，该结构不适合使用在对含水量较大的介质进行压力调整，经研究决定对该种自力阀进行换型试验，将带指挥器自力阀改为内取压式自力式压力调节阀。
内取压式自力式压力调节阀不需要外接取压管，而是直接通过阀门内部膜片的反馈来实现阀门的自动控制，对介质的要求不高，燃料气瓦斯中携带的水分不会在阀体内驻留结冰，而是会随瓦斯一同进入燃烧器内。另外，由于阀内腔体较大，少量的杂质也不会对自力阀的调节产生影响，可以有效避免燃料气带液与杂质混合成泥状堵塞引压管道，导致调节失效情况的发生。
5、结论
2018年2月6日，仪表三车间对原自力阀开始进行换型试验，将聚丙烯酰胺五车间六线前后段直燃器的指挥器式自力式压力调节阀改为内取压式自力式压力调节阀。运行至今，该自力阀没有发生过故障，可以判定此次换型实验成功，此类型的自力阀完全可以满足生产需要。
如果能够推广实施此方案，可以大量减少仪表维护工作量，降低作业风险，同时减少停炉造成的相应生产线停线时间，保证产品产量，提高装置生产平稳率。