1 PSA工藝原理簡介
變壓吸附技術(shù)（PressureSwingAdsorption,簡稱PSA）是一個(gè)近似于等溫變化的物理過程，它是利用氣體介質(zhì)對不同組份在吸附劑上的吸附量隨壓力變化而呈差異性的特性，在吸附劑選擇的條件下，加壓時(shí)吸附原料的二氧化碳和水等組份，難吸附的組份如氫、氮、一氧化碳、甲烷等作為凈化氣由吸附塔出口排出。減壓時(shí)將吸附的二氧化碳和水脫除，同時(shí)吸附劑獲得再生。工藝主要以8-3-2/V方式運(yùn)行，即三個(gè)吸附塔同時(shí)進(jìn)行吸附操作，其余三個(gè)吸附塔處于再生過程的不同階段，八個(gè)吸附塔循環(huán)操作，達(dá)到連續(xù)處理原料氣和輸送凈化氣的目的。在循環(huán)過程中，每個(gè)塔都經(jīng)歷了（1）.吸附（A）；(2).一均降（E1D）；(3).二均降（E2D）；(4).逆放（D）；(5).抽真空（V）；(6).二均升（E2R）；(7).一均升（E1R）；(8).zui終升壓（FR）共八個(gè)步驟。故8-3-2/V工藝也稱為“八塔真空解吸三塔同時(shí)進(jìn)料二次均壓工藝”。
2程控閥在PSA中的應(yīng)用在合成氨變壓吸附工藝中，整個(gè)工藝裝置主要由八個(gè)吸附塔和五十二臺程控閥，四臺調(diào)節(jié)閥通過工藝管線相連接組成。在變壓吸附裝置中，工藝系統(tǒng)周期地切換閥門，而且閥門數(shù)量多，動(dòng)作頻繁，人工操作是無法進(jìn)行的。因此變壓吸附裝置應(yīng)是一套高度自動(dòng)化的裝置，所使用的閥門已應(yīng)同樣具有高度自動(dòng)化的功能，以保障整個(gè)工藝流程的順利進(jìn)行，因此程控閥長期穩(wěn)定的運(yùn)行對保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量起著重大的作用。由于變壓吸附工藝的特殊性，一般的閥門和通用的調(diào)節(jié)閥以保證長期滿足裝置的可靠運(yùn)行的。在變壓吸附裝置中，自動(dòng)閥采用氣動(dòng)平板閥，又稱程控閥，此閥啟閉全由程序控制進(jìn)行操作并帶有閥位檢測裝置。鑒于PSA工藝的特殊性，此氣動(dòng)平板閥必須滿足以下要求：
（1） 封性能好，達(dá)到零泄露標(biāo)準(zhǔn)；
（2） 門開啟速度快，隨閥門通徑不同其啟閉的時(shí)間應(yīng)小于3秒；
（3） 閥門要求壽命長經(jīng)受長期頻繁工作而保持不泄露；
（4） 能應(yīng)用于易燃易爆有毒等氣體環(huán)境；
（5） 具備雙向耐壓性和抗高速氣流沖刷性能；
（6）根據(jù)工藝要求，易實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能和閥位狀態(tài)顯示，現(xiàn)場指示及運(yùn)轉(zhuǎn)功能。鑒于PSA工藝的特殊性及對程控閥的要求。在合成氨變壓吸附工藝中，程控閥采用的是西南化院自行開發(fā)的氣動(dòng)平板閥。此程控閥操作簡單，自動(dòng)化程度高，使用維護(hù)方便，其基本結(jié)構(gòu)由活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)和下部閥體等組成，活塞上部受力作用時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)閥芯向下與閥芯密封口壓緊密閉，達(dá)到切斷介質(zhì)流通。反之則開啟閥門使介質(zhì)流通。閥體選用鑄鐵件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)各密封是選用“O”型密封圈、閥桿處密封用尼龍V型圈密封，閥芯處密封材料選用尼龍或四氧材料。其性能指標(biāo)如下（ZSPJ-4.0A）：
公稱通徑：DN65～250；公稱壓力：PN=4.0Mpa
動(dòng)作時(shí)兩端允許壓差：△P=2.5Mpa
執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力：0.4～0.6Mpa；適應(yīng)溫度：-20～120℃
啟閉時(shí)間：DN150以下≤2S，DN150～DN250≤3S
泄漏量：達(dá)到ASS116.104標(biāo)準(zhǔn)的zuiClassVI級；使用壽命：20萬次，由于程控閥結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作可靠，使用壽命長，閥芯采用尼龍（四氧---不銹鋼密封），密封性能好，故障率低，*變壓吸附工藝的使用要求，從而為提高變壓吸附裝置自動(dòng)化程度奠定了基礎(chǔ)，提高了整個(gè)裝置的自動(dòng)化水平。在變壓吸附工藝中，工藝的實(shí)現(xiàn)是靠周期性切換程控閥來實(shí)現(xiàn)的，其整個(gè)控制就是一套順序控制系統(tǒng)，根據(jù)工藝動(dòng)作步驟，編制相應(yīng)的順控程序，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝的自動(dòng)控制。在PSA裝置中，控制系統(tǒng)用的是美國費(fèi)希爾---羅斯蒙特公司的DeltaV控制系統(tǒng)，通過對各DI/DO點(diǎn)的組態(tài)，利用DeltaV控制系統(tǒng)強(qiáng)大的控制功能和各種邏輯算法，根據(jù)PSA工藝中各閥門的切換時(shí)序圖，編制相應(yīng)的控制程序。
通過預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行方式，由DCS系統(tǒng)按程控閥的動(dòng)作步驟輸出信號控制電磁閥驅(qū)動(dòng)程控閥的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)PSA工藝中各步驟的切換，從而實(shí)現(xiàn)工藝的自動(dòng)控制。其控制回路構(gòu)成如圖。
在變壓吸附中，由于自動(dòng)化水平的提高，整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，從而使整個(gè)工藝操作簡單，自動(dòng)化程度高，安全可靠，程控閥使用維護(hù)方便。利用閥位信號返回到DCS控制系統(tǒng)，并結(jié)合工藝系統(tǒng)中工藝參數(shù)進(jìn)行程控閥的故障診斷，也及在處理故障狀態(tài)下八塔切六塔到恢復(fù)正常操作時(shí)，由六塔切八塔的操作，提高變壓吸附裝置的控制水平，降低了工作強(qiáng)度，同時(shí)為維護(hù)人員及時(shí)有效的判斷、處理故障提供了方便。
3程控閥常見故障處理由于變壓吸附的工藝特點(diǎn)，閥門動(dòng)作頻繁，在頻繁動(dòng)作條件下，密封圈會有磨損，出現(xiàn)內(nèi)漏，嚴(yán)重量會影響產(chǎn)品氣質(zhì)量。因此，在平時(shí)使用過程中，應(yīng)在閥桿和活塞桿上，定期抹少量黃油以延長V型圈和活塞桿處O型圈的壽命，同時(shí)視程控閥的使用情況更換活塞上的O型密封圈。在變壓吸附裝置中，由于其工藝的特殊性，如果程控閥出現(xiàn)故障而不能及時(shí)、準(zhǔn)確的處理，必然給工藝的正常生產(chǎn)帶來影響，輕則減產(chǎn)，重則停車。在生產(chǎn)過程中，程控閥常見故障及處理方法如下：
（1）內(nèi)漏。由于使用介質(zhì)工況復(fù)雜，內(nèi)漏相對容易發(fā)生，一般有以下兩種情況：
1）閥芯密封片內(nèi)漏。原因：管道沒有吹掃干凈，有焊渣鐵銹等顆粒雜質(zhì)損壞了密封片,造成泄漏，必須更換密封片；如果整個(gè)工藝壓力操作不當(dāng)，造成吸咐劑粉化，粘咐在密封片上，氣流局部沖蝕損壞密封片，如果管道內(nèi)顆粒為吸咐劑顆粒，工藝人員應(yīng)檢查吸咐塔過濾網(wǎng)是否損壞。
2）平衡缸處內(nèi)漏。原因?yàn)镺型圈損壞，更換O型圈。
（2）外漏。外漏在現(xiàn)場使用中很少發(fā)生，故一般在一個(gè)大修周期后，根據(jù)情況更換密封圈。一般包括以下幾種情況：
1）中法蘭處泄漏。原因?yàn)槊芊馄瑩p壞，更換墊片。
2）料函與法桿處泄漏。原因?yàn)閂型密封圈損壞，調(diào)整螺勾壓緊即可。
3）氣缸蓋泄漏。原因?yàn)椋簹飧咨w上的O型圈損壞，必須更換；頂蓋套與銅套處O 型圈損壞，必須更換。
（3）閥門半開半關(guān)。原因?yàn)椋簹飧變x表空氣壓力低于0.4Mpa，造成閥門關(guān)閉不嚴(yán)產(chǎn)生內(nèi)漏，此時(shí)應(yīng)增大儀表空氣壓力；氣缸內(nèi)活塞上的密封件磨損，活塞上下氣缸串氣造成閥門開啟與關(guān)閉困難，必須更換密封件。在更換密封件時(shí)，只需松開支架與中法蘭連接螺栓，就可將閥體與執(zhí)行機(jī)構(gòu)部份分開，直接更換密封片；更換填料函時(shí)，先將閥體與執(zhí)行機(jī)構(gòu)分離后將閥芯、壓蓋拆下，更換填料函即可。
（4）程控閥不動(dòng)作，即程控閥打不開或不能關(guān)閉。引起程閥不動(dòng)作的原因很多，一般包括以下幾方面的原因：
1）電磁閥故障。電磁閥故障一般為電磁閥線圈開路或短路及電磁閥氣路堵塞所造成的，原因?yàn)殡姶砰y受潮或受腐蝕及儀表空氣含有雜質(zhì)，由于電磁閥產(chǎn)生故障，造成程控閥不動(dòng)作。解決方法就是更換電磁閥線圈或?qū)﹄姶砰y氣路進(jìn)行清洗；控制電纜開路或短路也會造成程控閥不動(dòng)作，原因多為電纜接頭處受潮或腐蝕。由于控制電纜開路或短路，造成電磁閥失電而使程控閥不動(dòng)作，處理方法就是對電纜開路或短路處進(jìn)行處理。
2）控制電源或控制模塊故障。程控閥的動(dòng)作是靠DCS輸出的電信號經(jīng)電磁閥來驅(qū)動(dòng)的，控制電源或控制模塊出現(xiàn)故障，使DCS無控制信號輸出，導(dǎo)致程控閥不動(dòng)作。處理方法就是對控制電源或控制模塊進(jìn)行修復(fù)或更換。
3）程控閥自身故障。原因多為程控閥氣缸故障、閥桿變形、閥芯卡死等。處理方法就是對程控閥自身出現(xiàn)的故障進(jìn)行處理或更換。
4結(jié)束語從1999年合成氨投產(chǎn)至今，程控閥出現(xiàn)的故障并不多見，更多的故障是由于電磁閥線圈及電磁閥氣路故障所引起的。這也說明程控閥的可靠性是非常高的，完滿足工藝的使用要求，為工藝長、滿、優(yōu)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障，保證了變壓吸附裝置自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，從而為整個(gè)工藝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制提供了強(qiáng)有力的保證。
參考文獻(xiàn) [1]變壓吸附氣體分離技術(shù)培訓(xùn)教材，工藝分冊，西南化工研究設(shè)計(jì)院變壓吸付分離工程研究所，1998．[2]變壓吸附氣體分離技術(shù)培訓(xùn)教材，儀表分冊，西南化工研究設(shè)計(jì)院變壓吸付分離工程研究所，1998．
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