摘要：針對S Zorb裝置中程控閥差壓變送器的常見(jiàn)故障，分析其結構形式后給出解決方案。根據工藝流程和物料特性，提出關(guān)鍵位置的程控閥需增設差壓變送器，并將其引入至確認閥門(mén)打開(kāi)、關(guān)閉和報警的邏輯中，提高了閉鎖料斗控制系統的安全性和可用性。
S Zorb裝置基于吸附原理對催化汽油進(jìn)行脫硫，通過(guò)吸附劑選擇性地脫除含硫化合物中的硫原子達到脫硫的目的，該技術(shù)與其他脫硫技術(shù)相比具有脫硫率高、辛烷值損失小、氫耗少、操作費用低的優(yōu)點(diǎn)，在全國已有接近40套采用該技術(shù)的裝置運行以滿(mǎn)足汽油達標的目的。
1 問(wèn)題概述
S Zorb裝置基本流程如圖1所示，反應器內發(fā)生流化床吸附脫硫反應；再生器內發(fā)生流化床氧化反應；反應部分為高壓臨氫環(huán)境，再生部分為低壓含氧環(huán)境。由于存在2種不同介質(zhì)混合后發(fā)生爆炸的潛在可能性，因此反應部分和再生部分吸附劑的輸送必須通過(guò)閉鎖料斗來(lái)實(shí)現，同時(shí)實(shí)現氫氧環(huán)境的隔離。
閉鎖料斗控制作為裝置的核心組成部分，通過(guò)多臺程控閥的順序控制實(shí)現S Zorb裝置再生吸附劑與待生吸附劑在反應器和再生器間的輸送，而程控閥的差壓變送器作為閉鎖料斗控制中閥門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉的重要判斷指標，直接關(guān)系著(zhù)控制程序的運行。從地衣批國內S Zorb裝置運行至今已有近10年的時(shí)間，陸續反饋了一些開(kāi)工和運行期間產(chǎn)生的問(wèn)題。閉鎖料斗每20min循環(huán)一次，共9個(gè)步驟，包括吹掃、充壓、泄壓、裝料、卸料等，程控閥門(mén)按程序設定依次動(dòng)作，對應的閥位回訊信號會(huì )同時(shí)送至控制系統進(jìn)行下一步操作。每個(gè)循環(huán)周期內程控閥至少要開(kāi)關(guān)一次，按照工藝要求程控閥開(kāi)關(guān)時(shí)間設定為小于5s，一旦超過(guò)8s則程序跳停。閥門(mén)環(huán)境復雜（部分操作介質(zhì)富含細小吸附劑顆粒，其直徑約為65μm），開(kāi)關(guān)頻繁，且對動(dòng)作時(shí)間要求嚴格等原因都使程控閥在S Zorb裝置中成為較易出故障的儀表。有多套裝置反饋部分程控閥門(mén)實(shí)際已打開(kāi)或關(guān)閉到位，但是一直未收到閥位回訊信號，開(kāi)關(guān)時(shí)間過(guò)長(cháng)導致閉鎖料斗控制系統跳停。閉鎖料斗控制系統停止后，吸附劑循環(huán)輸送停止，待生吸附劑無(wú)法及時(shí)再生，甚至失活，而吸附劑一旦失活，則脫硫效率迅速降低，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法得到保證。
2 故障分析與解決方案
對出現問(wèn)題的閥門(mén)進(jìn)行解體分析后發(fā)現造成差壓變送器時(shí)間過(guò)長(cháng)的主要原因有：1）由于裝置運行期間管道振動(dòng)，造成凸輪移動(dòng)或轉動(dòng)，或微動(dòng)開(kāi)關(guān)位置發(fā)生改變。2）由于程控閥開(kāi)關(guān)頻繁，微動(dòng)開(kāi)關(guān)的彈簧發(fā)生形變。3）由于差壓變送器外殼密封不嚴，如環(huán)境中細小顆粒（如吸附劑、粉塵等）、雨后進(jìn)水、沿海地區鹽霧腐蝕均易造成差壓變送器內接線(xiàn)短路 [4] 。產(chǎn)生以上故障是由差壓變送器的結構造成的。差壓變送器按照結構形式分為機械式差壓變送器和接近式差壓變送器2種。機械式差壓變送器工作原理是當旋轉型程控閥打開(kāi)或者關(guān)閉時(shí)，閥桿帶動(dòng)凸輪轉動(dòng)，當凸輪施加推力將差壓變送器的彈簧壓下或者松開(kāi)時(shí)，觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生閥位回訊信號送至控制系統，機械式差壓變送器常采用微動(dòng)開(kāi)關(guān)，其結構形式見(jiàn)圖2。機械式差壓變送器結構簡(jiǎn)單，成本較低，安裝接線(xiàn)方便，因此部分裝置程控閥配置的是機械式差壓變送器。但是其工作原理決定了必須接觸到檢測塊才能發(fā)出閥位回訊信號，機械式開(kāi)關(guān)在頻繁開(kāi)關(guān)后，彈簧易發(fā)生形變，導致彈簧與觸點(diǎn)接觸不良，因此其靈敏度和重復性較差。由于差壓變送器電流較小，僅為毫安級，不易發(fā)生開(kāi)關(guān)粘連，裝置振動(dòng)引起的接線(xiàn)松動(dòng)或環(huán)境腐蝕引起的接觸不良會(huì )導致接線(xiàn)斷開(kāi)，同時(shí)為防止短路故障，可在回路中串聯(lián)保險絲，當接線(xiàn)短路時(shí)保險絲燒斷，回路接線(xiàn)斷開(kāi)，因此差壓變送器接線(xiàn)斷開(kāi)在此工況中是常見(jiàn)故障。在調壓和裝卸料時(shí)，返回的閥位關(guān)信號必須確保閥門(mén)是嚴密關(guān)斷的，不能為虛假關(guān)閉。當閥門(mén)出現故障，如差壓變送器內部接線(xiàn)斷開(kāi)，要求不能返回錯誤的閥位關(guān)回訊，則此處選用常閉觸點(diǎn)，僅當常開(kāi)觸點(diǎn)閉合時(shí)才會(huì )返回閥位關(guān)回訊，滿(mǎn)足了故障安全型的要求，選擇常閉觸點(diǎn)的差壓變送器結構形式如圖2所示。部分吹掃和放空操作中對閥位開(kāi)信號沒(méi)有關(guān)信號要求嚴格，從設計一致性角度考慮同樣選擇常閉觸點(diǎn)。
接近式差壓變送器根據測量原理分為電感式、電磁式、電容式等。閥門(mén)轉動(dòng)時(shí)，當閥桿上的凸輪接近感應探頭時(shí)會(huì )產(chǎn)生一定的感應電壓，通過(guò)處理轉換為差壓變送器信號。差壓變送器動(dòng)作時(shí)不發(fā)生機械接觸，響應迅速，重復性好，同時(shí)具有防濕、抗震、耐腐蝕、受環(huán)境影響小等特點(diǎn)。因此，設計文件中要求苛刻工況和頻繁動(dòng)作的程控閥門(mén)選擇接近式差壓變送器，這樣能夠保證閉鎖料斗控制系統長(cháng)時(shí)間運行更加平穩可靠。為解決上文提到的運行中的S Zorb裝置程控閥閥位回訊信號遲遲無(wú)法收到的問(wèn)題，可采取如下措施：1）在管道上安裝減震設備和支撐架以減輕管道振動(dòng)，同時(shí)巡檢時(shí)可通過(guò)手操器調節閥位回訊開(kāi)關(guān)的開(kāi)度，并與電流值比對，若兩者存在偏差，可用扳手緊固螺絲。2）可根據彈簧形變量，將微動(dòng)開(kāi)關(guān)下方墊高，使彈簧在同樣作用力下能夠更加容易接觸到觸點(diǎn)。3）使差壓變送器外部嚴密密封，并進(jìn)行防腐蝕和防潮處理，能有效地減少因操作環(huán)境細小粉塵過(guò)多，雨后進(jìn)水或化學(xué)品腐蝕等原因造成的差壓變送器接觸不良。
3 改進(jìn)措施
考慮到程控閥在閉鎖料斗控制中的重要性，原邏輯將閥位回訊信號做二取二設計，并引入電磁閥信號。例如程控閥的故障狀態(tài)為FC，邏輯設計采用正邏輯，即事件發(fā)生為邏輯“1”，否則為邏輯“0”，則確認閥開(kāi)/關(guān)邏輯框圖見(jiàn)圖3a和3b。當控制系統發(fā)出開(kāi)閥指令，電磁閥輸出XSV=1，當閥門(mén)剛打開(kāi)時(shí)，收到閥位關(guān)信號XZCS=0，當閥門(mén)完全打開(kāi)的瞬間，閥位開(kāi)信號XZOS=1即刻返回，經(jīng)邏輯判斷后確認程控閥已完全打開(kāi)，跳轉到下一步驟。
然而當差壓變送器接觸不良而產(chǎn)生的不動(dòng)作或誤動(dòng)作，使控制系統長(cháng)時(shí)間接收不到閥位開(kāi)或關(guān)信號，此時(shí)原二取二設計無(wú)法真實(shí)反映閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，甚至引起閉鎖料斗控制系統跳停。因此從2017年開(kāi)始的設計項目，關(guān)鍵位置的程控閥閥位檢測已按冗余原則配置，增加差壓變送器，并在部分聯(lián)鎖邏輯中引入差壓變送器變量。差壓變送器將閥門(mén)開(kāi)度變化轉換成4~20mA模擬信號，使操作人員在控制室就能實(shí)時(shí)了解現場(chǎng)情況，及時(shí)發(fā)現差壓變送器的故障。對工藝流程和物料特性進(jìn)行分析，當某些位置不需要程控閥完全動(dòng)作到位，例如吹掃開(kāi)閥時(shí)，可以將差壓變送器信號（如閥位開(kāi)度設置為95%）引入到原確認閥開(kāi)邏輯中做三取二設計（見(jiàn)圖4）。邏輯修改后當閥位開(kāi)或關(guān)回訊出現滯后或故障，控制系統仍能夠及時(shí)準確地確認閥開(kāi)動(dòng)作，提高了控制系統的可用性。在程控閥需要嚴密關(guān)斷的位置，從安全性角度出發(fā)，差壓變送器未引入到確認閥關(guān)邏輯中，僅在操作臺上顯示，用以輔助操作人員。因此兼顧安全性和可用性，僅程控閥的確認閥開(kāi)邏輯改用三取二設計方案。
閥位回訊開(kāi)關(guān)除了能夠反映程控閥真實(shí)狀態(tài)，還可以與電磁閥結合，作為閥門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉計時(shí)用。當程控閥閥位開(kāi)和關(guān)回訊均返回0，且持續時(shí)間t≥8s，即閥門(mén)正在打開(kāi)和關(guān)閉用時(shí)超過(guò)系統預置時(shí)長(cháng)，判斷其為動(dòng)作時(shí)間超時(shí)，并發(fā)出動(dòng)作超時(shí)報警；閥位開(kāi)和關(guān)回訊均返回1，且持續時(shí)間t≥2s，判斷其為硬件故障并發(fā)出報警，兼具計時(shí)和報警功能的邏輯框圖見(jiàn)圖5。操作人員還能通過(guò)閥門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉的用時(shí)曲線(xiàn)實(shí)時(shí)地了解閥門(mén)狀況，當曲線(xiàn)發(fā)生明顯變化時(shí)，應及時(shí)到現場(chǎng)進(jìn)行排查。
4 結束語(yǔ)
根據S Zorb裝置運行中暴露較多的程控閥差壓變送器不動(dòng)作或誤動(dòng)作的問(wèn)題，對其分析原因后提出解決方案，同時(shí)為保證差壓變送器長(cháng)時(shí)間運行過(guò)程中安全可靠響應迅速，建議選擇接近式差壓變送器。在#近的設計中為關(guān)鍵位置的程控閥增加差壓變送器，并根據工藝流程設計更加合理的邏輯方案，減少了因差壓變送器故障造成的閉鎖料斗控制系統跳停。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，S Zorb裝置運行更加平穩可靠，能有效地降低操作人員的勞動(dòng)強度。
