1 PSA工藝原理簡(jiǎn)介 變壓吸附技術(shù)（Pressure Swing Adsorption,簡(jiǎn)稱PSA）是一個(gè)近似于等溫變化的物理過(guò)程，它是利用氣體介質(zhì)對(duì)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(guò)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(guò)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）.最終升壓（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(tái)程控閥，四臺(tái)調(diào)節(jié)閥通過(guò)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(mén)，而且閥門(mén)數(shù)量多，動(dòng)作頻繁，人工操作是無(wú)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(mén)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(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行對(duì)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(mén)和通用的調(diào)節(jié)閥以保證長(zhǎng)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(cè)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(mén)開(kāi)啟速度快，隨閥門(mén)通徑不同其啟閉的時(shí)間應(yīng)小于3秒； （3） 閥門(mén)要求壽命長(zhǎng)經(jīng)受長(zhǎng)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(chǎng)指示及運(yùn)轉(zhuǎn)功能。 鑒于PSA工藝的特殊性及對(duì)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(kāi)發(fā)的氣動(dòng)平板閥。此程控閥操作簡(jiǎn)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(kāi)啟閥門(mén)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)的最高級(jí)ClassVI級(jí)； 使用壽命：20萬(wàn)次 由于程控閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，使用壽命長(zhǎng)，閥芯采用尼龍（四氧——-不銹鋼密封），密封性能好，故障率低，完全滿足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(lái)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(guó)費(fèi)希爾——-羅斯蒙特公司的DeltaV 控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)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(mén)的切換時(shí)序圖，編制相應(yīng)的控制程序。通過(guò)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(hào)控制電磁閥驅(qū)動(dòng)程控閥的開(kāi)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。 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(jiǎn)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(hào)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(jiàn)故障處理 由于變壓吸附的工藝特點(diǎn)，閥門(mén)動(dòng)作頻繁，在頻繁動(dòng)作條件下，密封圈會(huì)有磨損，出現(xiàn)內(nèi)漏，嚴(yán)重量會(huì)影響產(chǎn)品氣質(zhì)量。因此，在平時(shí)使用過(guò)程中，應(yīng)在閥桿和活塞桿上，定期抹少量黃油以延長(zhǎng)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(lái)影響，輕則減產(chǎn)，重則停車(chē)。在生產(chǎn)過(guò)程中，程控閥常見(jiàn)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(duì)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(méi)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(guò)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(chǎng)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(mén)半開(kāi)半關(guān)。原因?yàn)椋簹飧變x表空氣壓力低于0.4Mpa，造成閥門(mén)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(mén)開(kāi)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(kāi)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(kāi)，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(kāi)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(kāi)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(kāi)路或短路也會(huì)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(kāi)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(duì)電纜開(kāi)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(hào)經(jīng)電磁閥來(lái)驅(qū)動(dòng)的，控制電源或控制模塊出現(xiàn)故障，使DCS無(wú)控制信號(hào)輸出，導(dǎo)致程控閥不動(dòng)作。處理方法就是對(duì)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(duì)程控閥自身出現(xiàn)的故障進(jìn)行處理或更換。 4 結(jié)束語(yǔ) 從1999年合成氨投產(chǎn)至今，程控閥出現(xiàn)的故障并不多見(jiàn)，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(shuō)明程控閥的可靠性是非常高的，完全能滿足工藝的使用要求，為工藝長(zhǎng)、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。