空分装置气体压缩机防喘振阀定位器防振动解决方案

    近年来，国内大功率气体压缩机年引进数量成倍增长，尤其是煤化工行业的新上项目对各类压缩机的需求日渐增大。但是各化工企业在这些压缩机设计之初，往往忽视了压缩机高频振动给压缩机上的仪器仪表带来的巨大影响，使得压缩机在制造时，未充分考虑仪器仪表防振动的问题，从而在试车、开车运行阶段，压缩机管道中介质（尤其是气体）强烈的紊流和流速过快引起管线强烈振动，造成防喘振阀门阀杆振断，定位器及其电路附件损坏。由于不能很好解决压缩机引起的管线振动，因而笔者就从防喘振阀定位器及其电路附件构造本身减少干扰出发进行分析、研究和改造，使压缩机防喘振阀向更稳定、可靠的方向发展。

    1 空分装置气体压缩机使用现状

    1.1 空气压缩机防喘振阀定位器及其电路附件

    STC-SR空气压缩机防喘振阀是Vetec公司生产的72.3F型降噪偏心旋转阀，FV7038作为防喘振放空阀，FV7039作为防喘振回流阀；STC-GV空气压缩机防喘振阀是Vetec公司生产的73.7F型降噪偏心旋转阀，FV7259作为防喘振放空阀，FV7258作为防喘振回流阀。它们均采用了SIE-MENS的单作用SIPARTPS26DR5＊＊＊系列电气阀门定位器。从运行结果分析，改造之前采用的电气阀门定位器具有可靠性、稳定性和安全性差的缺点。

    1.2 氮气压缩机防喘振阀定位器及其电路附件

    神华宁煤煤气化配套制氮机采用了额定功率为3850kW的GT050N1K1电拖型氮气压缩机，其防喘振阀是Arca公司生产的Typ6N7-L1型降噪套筒阀，PV7318作为防喘振回流阀采用了Arca的单作用827A.＊＊＊系列电气阀门定位器。

    该阀安装位置的工艺管道长度小，氮气流入前和流出后经过直角管段均产生回转，造成管道的剧烈振动，经观测其主要在启机增加负荷时、关阀过程和正常工况下因后续工段用氮量变化而自动调节时振动最为剧烈。原智能定位器安装在阀体上，随阀门振动而剧烈振动，极易造成定位器内部元器件松动及损坏等，从而产生误动作导致氮压机跳车，影响后续工段运行。因此需对工况重新评价，为避免管道振动对定位器的影响进行改造是必要的。

    2 改造方法

    其改造的设计思路为：

    a.更换定位器。采用电路较多的单元与机械结构较多的单元分开安装代替只能安装在阀门上的一体化定位器。具有机械结构较多、抗振性好的阀位反馈模块安装在阀杆连接处；电路较多的主定位器单元从阀门上剥离，安装在振动较弱的远端，不再安装在阀门本体上。

    b.更换气源管。采用不锈钢金属编织PTFE内衬挠性软管代替不锈钢TUBE气源管。

    c.更改气动放大器（即流体增压器）安装位置。气动放大器垂直安装改为水平安装。

    2.1 阀门定位器及其附件选用

    2.1.1 定位器

    空气压缩机防喘振阀采用Fisher公司生产的DVC6035-FM远程安装型定位器；氮气压缩机采用Fisher公司生产的DVC6015-MTG远程安装型定位器。利用安装在阀门行程杆上的阀位反馈模块电路结构少的特点，通过一根两芯线即可将信号传至主定位器DVC6035-FM或DVC6015-MTG上，同时提供24VDC电源和4～20mA回讯信号，减少了一根分支电缆。

    2.1.2 变送器

    阀位反馈单元采用EMERSON公司生产的TRI-LOOP333模拟量变送器作为阀位反馈变送器，安装在机柜室机柜内的变送器代替原一体化定位器内的反馈电路板，避免多电路附件对阀门定位器的影响。

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    2.2 改造前后气路图

    以FV7038和FV7039为例，改造前后气路如图1所示。

a.改造前

b.改造后

图1 FV7038和FV7039改造前后气路

    以PV7318为例，改造前后气路如图2所示。

a.改造前

b.改造后

图2 PV7318改造前后气路

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    3 改造效果

    3.1 调试时注意事项

    由于防喘振阀的控制特点要求快开慢关，因此一般在气路上均配以气动放大器（即流体增压器）实现快开、（单向）阻尼器（即节流调节阀）实现慢关功能，但是与FisherDVC6000系列相配时一般仪表维护人员往往调试的阀门定位不准确，波动较大，不能稳定阀位，从而影响工艺人员对压缩机防喘振控制判断。笔者根据在多套大小型压缩机防喘振阀上的调试经验，总结出以下几点注意事项：

    a.过滤减压阀的压力必须严格参照阀门铭牌上的要求供气压力调节，不能超过要求的压力。

    b.进入“Outofservice”，需要特别注意将“TvlTuningSet（行程整定参数组）”设置为H（有的技术人员推荐设置为C或D，但经过笔者试验，在防喘振阀中设置H为宜），设置完参数再自动校验。

    c.进入“DeviceVariables”，观察其中“2.TvlSetPt”、“3.Travel”和“DriveSignal”之间的数值应当相互对应，对气动放大器和阻尼器的微调旋钮进行手动调校。

    d.最后对电磁阀进行失电试验，观察阀门全开时间是否满足快开时间要求，若不满足检查气动放大器的调节螺杆是否松动或再次调整。

    e.EMERSON的TRI-LOOP333模拟量变送器与FisherDVC6000的连接、设置、建立通讯。

    3.2 改造特点及效果

    从改造和运行实践综合分析，分体式防喘振阀定位器具有以下优点：

    a.安全可靠。表现在两个方面———改造后气路控制精准，使敏感电子元件不受影响；改造后阀门定位准确、无喘动，避免了超调的可能。

    b.减少维修次数。安装在阀门本体上的电子元件减少，阀门反馈模块故障率低，故障原因较易查找，且便于维护。

    c.气路、电路结构简单。既不像传统全机械式气动定位器结构复杂，又结合了电气定位器灵敏性高和纯气动定位器不受外界干扰的双重优点。

    d.投入产出比高。一次改造完成，既解决了一体化定位器频繁损坏更换的备件昂贵费用，又减少了因定位器损坏使装置、设备停车而发生的产量损失、产品浪费。

    但是，EMERSON的TRI-LOOP333模拟量变送器作为阀位反馈变送器在一旦断电或回路断开后，就会进入锁死状态，导致阀位反馈信号出现坏值，必须用HART375重新激活才可以正常使用，笔者对此会继续跟踪研究。

    截止目前，神华宁煤煤气化配套空分装置的压缩机因此影响停车减少的次数降至零。按照改造之前，空分装置一体化定位器每3个月就要损坏一个，峰值时一个月就要损坏一个，空分装置停车一次影响全厂产甲醇3000t/d（气化炉运行3台炉子折算），甲醇目前市场价格每吨为2500元，以此折算，将每天影响产值750万元，而更换一体化定位器往往需要3h之多，从停车、检修、开车需要花10h左右，那么一次停车将损失312.49万元，若按照下游最终产品聚丙烯及其附加产品混合芳烃、硫磺、LPG折算，损失费用还将大幅增加。神华宁煤煤气化配套空分装置的压缩机防喘振阀改造于2011年3月全部完成，按此后时间计算，光此项改造在节约停车损失、生产成本增加方面达到938.5万元以上。

    4 结束语

    笔者对困扰空分装置多年的气体压缩机防喘振阀防振动的问题提出了切实有效的解决方案并加以实施，使得气体压缩机防喘振阀的定位器及其电路附件运行更加安全、稳定、可靠。在压缩机控制、操作向全计算机程控化发展的过程中，其附属仪器仪表的精准性、可靠性和安全性显得越来越重要，如何通过研究应用解决这些仪器仪表本身或受设备工况制约的问题，从而更好地辅助工艺，是今后仪表技术人员努力的方向之一。