气动程控阀内漏原因分析及处理
        刘锦民，韩智炜，滕志君，沈精平
(甘肃银光聚银化工有限公司，甘肃白银730900)

摘要:介绍了变压吸附装置用气动程控阀的结构特点和工作原理，论述了阀门内漏的原因、判断方法和处理措施。

关键词:程控阀:变压吸附:内漏:判定:故障:处理

1 概述

用于变压吸附(PS)装置的程控阀开关切换频繁，程控阀应保证良好的密封性能，开启和关闭的动作响应速度快，以及双向流动性。而实际运行过程中，频繁开关造成阀门密封面和密封件易磨损、老化和破环，内漏严重，影响产品质量和成品率，及后工序的安全稳定生产和经济效益。

2 结构特点

程控阀(图1)由气缸驱动，气缸的活塞上部安装弹簧。阀门主体部分由阀体、阀盖、阀杆/阀芯、支架和固定笼等组成。金属阀座采用无螺纹连接，阀座通过阀盖和固定笼施加的轴向推力固定，并保证阀座同心度。固定笼缓冲和引导气流压力，保证阀芯和阀座不受破坏，阀芯与阀杆为一体式，阀杆与阀盖之间通过上导向管、导向套、隔离套管和填料等限位密封。在阀芯及阀座和固定笼间通过下导向管、导向套、隔离套管、填料和垫片等限位密封。阀芯通过阀盖夹持，阀盖及阀座与阀体接触面由垫片密封。

阀盖安装后，阀芯受力并通过固定笼施加的轴向推力传递到阀座以确保阀座环处在适当的位置。阀体、固定笼和阀座的加工公差相近，使阀座垫片适当地压缩，形成密封，防止泄漏。

3 工作原理

当程序运行至阀门开启时，气源挤压通过下气源管、打开二位五通电磁阀下通道，推动快速排气阀薄膜关闭，进入活塞下部，在气缸活塞下表面产生强大的推力，带动推杆在一定的上行程范围内拉动阀芯迅速向上运行并压缩上气缸弹簧，上气缸气体压缩，压力增大，仪表风通过气缸上通道气源管至二位五通电磁阀上通道打开滑阀排气，使阀门快速开启。另外，阀芯处的流体推动阀芯通过阀杆带动活塞向上运行，当推杆的向上推力和活塞上弹簧的反作用力与气缸内气体压力平衡时，推杆稳定在新的位置，阀门稳定开启。

阀门关闭时，气源挤压通过气缸上气源管和二位五通电磁阀上通道进入活塞上部分，在活塞上表面产生的压力与弹簧伸张力带动推杆在一定的下行程范围内推动阀芯迅速运行。下气缸气体压缩，压力增大，仪表风通过下气源管推动快速排气，阀内薄膜打开，从快速排气阀排气口直接排出而不经过电磁阀通道，阀门快速关闭。当推杆的向下推力和弹簧的作用力与下气缸内气体压力平衡时，推杆稳定在新的位置，阀门稳定关闭，快速排气阀停止排气。

1.阀体2.垫片3.阀座4.阀芯5.固定笼 6.法兰7.阀盖8.填料隔离套管9.支架夹10.支架11.推杆夹12.推杆13.活塞14.气缸15.弹簧
        图1 程控阀

4 内漏原因

通过对程控阀气缸工作原理分析及实际运行过程中程控阀故障的处理经验总结，程控阀内漏的直接原因为气缸作用力小，或气缸作用力过大，使阀芯与阀座密封面及其垫片损坏，推杆或阀杆弯曲，固定笼笼骨弯曲等造成内漏。

4. 1 气缸作用力小
    气缸作用力小造成阀门内漏的原因是执行机构气缸部分作用力小，无法快速通过推杆的推力带动阀芯快速开启或关闭，导致气体内漏。阀门气缸及其各内部密封件受损，动力气源泄漏，造成气缸作用力小，无法带动推杆快速响应。

4. 2 气缸作用力过大

气缸作用力过大，造成阀门关闭迅速，导致阀杆的上和下导向套管、衬套及气缸内部密封配件损伤，导致阀芯密封件的冲击和磨损加剧。气缸内部密封配件的损伤导致气缸气体内漏，推杆作用力不够，阀芯/阀杆无法迅速开关，或者阀门关闭稳定时无法形成密封副，产生内漏。

4.3 阀芯密封面及垫片损坏

阀芯密封面及垫片损坏有3种原因。①程控阀频繁动作，长时间运行后，阀芯密封面磨损。②管道内存在硬质异物，在阀门开关时将密封面划伤或损坏垫片。③阀门行程超过允许范围。当阀门的调整行程超过正常安全行程调整范围，阀门在关闭状态时，强大的推力下将阀座和垫片损坏。垫片采用耐磨性好的材料制造，其正常的配合金属密封行程的补偿为0. 5一lmm。当阀门的调整行程超过补偿允许范围，就会对垫片造成损伤，如果超出垫片厚度，将对阀座、固定笼或阀芯/阀杆及推杆造成损伤。

4. 4 推杆及阀杆弯曲

当阀杆或者推杆出现轻微的弯曲时，将造成阀芯受力不均。在执行机构强大作用力小关闭时将垫片和阀座损坏。弯曲严重的阀杆或者推杆会随着阀门的开、关自转，造成垫片损伤严重，阀芯无法密封，内漏更大，最严重时导致推杆和阀杆连接处脱落，或者阀杆及推杆损坏，导致阀门停运，影响生产线正常运行。

4. 5 固定笼笼骨弯曲

固定笼损伤主要是笼骨弯曲变形，当阀门关闭时，阀芯无法平衡压紧固定笼，从而造成阀座与其之间的垫片挤压变形，产生内漏。固定笼弯曲的根本原因是阀杆和推杆弯曲严重，或安装时固定笼没按照标准要求安装。

5 分析

在实际生产过程中，对阀门内漏的原因分析主要是针对推杆和阀杆弯曲。因为推杆和阀杆弯曲后产生的故障对生产线正常运行构成的潜在威肋、较大。阀门开关时，气缸推力和弹簧推力无法完全垂直作用到阀芯/阀杆上，发生偏转现象。当阀杆受外力载荷作用时会发生变形。如果变形较小，在卸载后，阀杆变形会消失，这种变形在工程上是允许的。

如果变形较大，阀杆就会发生破坏，或在卸载后，阀杆变形不能完全消失，还会保留部分残余变形，这种情况也会使阀杆失去可靠的工作效能，是工程上所不允许的。阀杆或推杆弯曲产生的疲劳剪切应力超过其承受能力时，将产生旋转。当阀杆或推杆发生旋转时，必须更换，以避免阀杆自转对生产线产品质量的影响。

6 故障判断方法

程控阀内漏的判断方法有两种，一种DCS曲线判断法，另一种是现场判断法。

6. 1 DCS曲线判断法

DCS曲线是利用DCS集中监控工艺运行状况o PSA压力曲线能间接的反映出阀门的开关状态和压力变化，查调曲线并实时监控，判断直接快速。成品气在线仪曲线的异常间接说明阀门开关出现故障。DCS曲线判断法分为PSA保压验漏法、PSA吸附曲线判断和成品气在线分析仪曲线判断。

(1) PSA保压验漏法

PSA保压验漏法一般适用于停车检修或单个吸附器隔离出运行系统后的内漏检查处理方法。在检查内漏阀门时，需要将PS A系统与工艺运行系统隔离。如果阀门内漏，则所对应吸附器无法保压，PS A曲线发生异常。可根据PS A异常曲线图、压力损失量和阀门在变压吸附中具体作用等情况，判断出具体阀门位号。如果在停车检修期间，可进一步检验内漏，在各组阀门工艺管线的低位处连接肥皂水容器验漏。如果阀门内漏，则容器中会产生气泡。

 (2) PSA吸附曲线

PSA吸附器内压力是程控阀在程序控制开关下控制工艺运行达到的，吸附曲线能够反映吸附器的工作过程压力变化。若程控阀内漏，在设定程序关闭时间内同组高压侧阀门所对应的管道内气体就会进入吸附器内，吸附压力必然发生异常变化，导致曲线紊乱，所以查调同一时刻不同步序的曲线，根据吸附压力变化情况、工艺需求推理、判断出内漏阀门的工位号。

 (3) 成品气在线分析仪曲线

成品气在线分析仪取样口安装在成品气出口总管上，分析仪用于检测成品气中主要杂质组分数据，真实反应PSA吸附器提纯气体输出后杂质组分的变化。正常情况下不作任何工艺调整时，各时序下吸附床输出气体组分稳定，在线分析仪检测的杂质组分也是稳定的，曲线呈规律性变化。如果程控阀内漏，按照曲线异常严重程度分为轻微内漏和严重内漏。轻微内漏时压力曲线和成品气组分异常小，曲线出现毛刺或拐点时，可观察运行，但成品气率下降。严重内漏时，压力曲线异常大，造成成品气质量不合格，甚至生产线停车，无法满足工艺需求，曲线出现凸台或棱角，需停止运行检查维修。

6. 2 现场判断法

程控阀在执行机构气源稳定的情况下，内漏的直接原因为阀芯和阀座密封面及其垫片损坏，其原因为推杆或阀杆弯曲和管道内有杂物。推杆和阀杆弯曲严重时，自转频繁，内漏频发，可定期巡回检查推杆和阀杆情况，判断内漏阀门。由于推杆与阀杆采用螺纹连接，螺距约0. Smm，无法直接明确判别自转情况。因此，系统装置大检修后采用不同色泽的油漆，在推杆夹与阀杆连接处划竖线标示初始状态。当阀门运行稳定时，初始标示状态不会改变。若阀门内漏，无论推杆还是阀杆弯曲，都会造成阀杆下旋，初始标示会出现横向油漆错位和纵向油漆断开，露出无色的螺纹，也可以数出螺纹旋转数，现场观察初始标示后将推杆回调至初始状态。

阀门正常密封时，前后管道内气体不会发出气流声。阀门出现内漏时，阀座前后气体存在压差，工艺气体挤压穿过阀芯和阀座。气流因流径发生变化，产生噪声。阀门压差越大，噪声越大，越容易查找到内漏阀门。

7 内漏处理措施

 (1) 在生产过程中，程控阀调整稳定气源压力后，先根据DCS曲线判断并查找内漏阀门，再结合现场判断法确定内漏阀门。将内漏阀门阀杆下调1 /4圈螺纹，观察PSA吸附曲线和成品气在线分析仪曲线。如曲线仍然异常，多次下调阀杆行程，直到曲线恢复正常为止。此方法只用于处理轻微内漏的阀门，且阀门行程在允许调整范围内，如果超过安全有效行程，就会将阀芯密封件损坏，造成更大内漏。

(2)当下调推杆无法处理内漏时，必须将内漏阀门及其所关联的吸附床隔离出运行系统，检查更换密封件(阀芯和阀座密封面及垫片)，同时检查清理阀体内杂质。检修后的阀门按照标准安装到位，投运观察DCS曲线是否恢复正常。如果曲线正常，可以维持生产线正常运行。如果曲线异常，则需再次将内漏程控阀隔离出关联系统，采取安全措施后检查阀杆、推杆和固定笼是否弯曲。如果固定笼笼骨弯曲，必须更换阀杆、推杆和固定笼。若固定笼正常，需更换阀杆或推杆。

8 结语

变压吸附装置运行中，通过监控DCS曲线判断发现内漏后应先判定内漏阀门位号，此时阀芯/阀杆、推杆弯曲轻微，对其他密封件损失较小，结合标示判断法调整行程在允许范围内处理内漏，确保对生产线影响较小。当行程调整超出正常范围后，就必须将内漏阀门隔离出系统，降低生产线负荷，更换密封件，确保阀芯/阀杆及密封件正常，否则可能会冲击损坏密封件，使阀芯/阀杆和推杆弯曲更严重。当阀杆自转频繁时，需紧固推杆夹或自制推杆夹，卡住自转推杆。对螺纹脱落严重的阀门，及时发现处理，调整至正确行程。