摘要：針對S Zorb裝置中程控閥差壓變送器的常見故障，分析其結(jié)構(gòu)形式后給出解決方案。根據(jù)工藝流程和物料特性，提出關(guān)鍵位置的程控閥需增設(shè)差壓變送器，并將其引入至確認(rèn)閥門打開、關(guān)閉和報警的邏輯中，提高了閉鎖料斗控制系統(tǒng)的安全性和可用性。
S Zorb裝置基于吸附原理對催化汽油進行脫硫，通過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，在全國已有接近40套采用該技術(shù)的裝置運行以滿足汽油達標(biāo)的目的。
1 問題概述
S Zorb裝置基本流程如圖1所示，反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生流化床吸附脫硫反應(yīng)；再生器內(nèi)發(fā)生流化床氧化反應(yīng)；反應(yīng)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(yīng)部分和再生部分吸附劑的輸送必須通過閉鎖料斗來實現(xiàn)，同時實現(xiàn)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，通過多臺程控閥的順序控制實現(xiàn)S Zorb裝置再生吸附劑與待生吸附劑在反應(yīng)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打開和關(guān)閉的重要判斷指標(biāo)，直接關(guān)系著控制程序的運行。從地衣批國內(nèi)S Zorb裝置運行至今已有近10年的時間，陸續(xù)反饋了一些開工和運行期間產(chǎn)生的問題。閉鎖料斗每20min循環(huán)一次，共9個步驟，包括吹掃、充壓、泄壓、裝料、卸料等，程控閥門按程序設(shè)定依次動作，對應(yīng)的閥位回訊信號會同時送至控制系統(tǒng)進行下一步操作。每個循環(huán)周期內(nèi)程控閥至少要開關(guān)一次，按照工藝要求程控閥開關(guān)時間設(shè)定為小于5s，一旦超過8s則程序跳停。閥門環(huán)境復(fù)雜（部分操作介質(zhì)富含細(xì)小吸附劑顆粒，其直徑約為65μm），開關(guān)頻繁，且對動作時間要求嚴(yán)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實際已打開或關(guān)閉到位，但是一直未收到閥位回訊信號，開關(guān)時間過長導(dǎo)致閉鎖料斗控制系統(tǒng)跳停。閉鎖料斗控制系統(tǒng)停止后，吸附劑循環(huán)輸送停止，待生吸附劑無法及時再生，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)量無法得到保證。
2 故障分析與解決方案
對出現(xiàn)問題的閥門進行解體分析后發(fā)現(xiàn)造成差壓變送器時間過長的主要原因有：1）由于裝置運行期間管道振動，造成凸輪移動或轉(zhuǎn)動，或微動開關(guān)位置發(fā)生改變。2）由于程控閥開關(guān)頻繁，微動開關(guān)的彈簧發(fā)生形變。3）由于差壓變送器外殼密封不嚴(yán)，如環(huán)境中細(xì)小顆粒（如吸附劑、粉塵等）、雨后進水、沿海地區(qū)鹽霧腐蝕均易造成差壓變送器內(nèi)接線短路 [4] 。產(chǎn)生以上故障是由差壓變送器的結(jié)構(gòu)造成的。差壓變送器按照結(jié)構(gòu)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(dāng)旋轉(zhuǎn)型程控閥打開或者關(guān)閉時，閥桿帶動凸輪轉(zhuǎn)動，當(dāng)凸輪施加推力將差壓變送器的彈簧壓下或者松開時，觸點接通，產(chǎn)生閥位回訊信號送至控制系統(tǒng)，機械式差壓變送器常采用微動開關(guān)，其結(jié)構(gòu)形式見圖2。機械式差壓變送器結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，安裝接線方便，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，機械式開關(guān)在頻繁開關(guān)后，彈簧易發(fā)生形變，導(dǎo)致彈簧與觸點接觸不良，因此其靈敏度和重復(fù)性較差。由于差壓變送器電流較小，僅為毫安級，不易發(fā)生開關(guān)粘連，裝置振動引起的接線松動或環(huán)境腐蝕引起的接觸不良會導(dǎo)致接線斷開，同時為防止短路故障，可在回路中串聯(lián)保險絲，當(dāng)接線短路時保險絲燒斷，回路接線斷開，因此差壓變送器接線斷開在此工況中是常見故障。在調(diào)壓和裝卸料時，返回的閥位關(guān)信號必須確保閥門是嚴(yán)密關(guān)斷的，不能為虛假關(guān)閉。當(dāng)閥門出現(xiàn)故障，如差壓變送器內(nèi)部接線斷開，要求不能返回錯誤的閥位關(guān)回訊，則此處選用常閉觸點，僅當(dāng)常開觸點閉合時才會返回閥位關(guān)回訊，滿足了故障安全型的要求，選擇常閉觸點的差壓變送器結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。部分吹掃和放空操作中對閥位開信號沒有關(guān)信號要求嚴(yán)格，從設(shè)計一致性角度考慮同樣選擇常閉觸點。
接近式差壓變送器根據(jù)測量原理分為電感式、電磁式、電容式等。閥門轉(zhuǎn)動時，當(dāng)閥桿上的凸輪接近感應(yīng)探頭時會產(chǎn)生一定的感應(yīng)電壓，通過處理轉(zhuǎn)換為差壓變送器信號。差壓變送器動作時不發(fā)生機械接觸，響應(yīng)迅速，重復(fù)性好，同時具有防濕、抗震、耐腐蝕、受環(huán)境影響小等特點。因此，設(shè)計文件中要求苛刻工況和頻繁動作的程控閥門選擇接近式差壓變送器，這樣能夠保證閉鎖料斗控制系統(tǒng)長時間運行更加平穩(wěn)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法收到的問題，可采取如下措施：1）在管道上安裝減震設(shè)備和支撐架以減輕管道振動，同時巡檢時可通過手操器調(diào)節(jié)閥位回訊開關(guān)的開度，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(jù)彈簧形變量，將微動開關(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。3）使差壓變送器外部嚴(yán)密密封，并進行防腐蝕和防潮處理，能有效地減少因操作環(huán)境細(xì)小粉塵過多，雨后進水或化學(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(shè)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(shè)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(rèn)閥開/關(guān)邏輯框圖見圖3a和3b。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出開閥指令，電磁閥輸出XSV=1，當(dāng)閥門剛打開時，收到閥位關(guān)信號XZCS=0，當(dāng)閥門完全打開的瞬間，閥位開信號XZOS=1即刻返回，經(jīng)邏輯判斷后確認(rèn)程控閥已完全打開，跳轉(zhuǎn)到下一步驟。
然而當(dāng)差壓變送器接觸不良而產(chǎn)生的不動作或誤動作，使控制系統(tǒng)長時間接收不到閥位開或關(guān)信號，此時原二取二設(shè)計無法真實反映閥門的開關(guān)狀態(tài)，甚至引起閉鎖料斗控制系統(tǒng)跳停。因此從2017年開始的設(shè)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。差壓變送器將閥門開度變化轉(zhuǎn)換成4~20mA模擬信號，使操作人員在控制室就能實時了解現(xiàn)場情況，及時發(fā)現(xiàn)差壓變送器的故障。對工藝流程和物料特性進行分析，當(dāng)某些位置不需要程控閥完全動作到位，例如吹掃開閥時，可以將差壓變送器信號（如閥位開度設(shè)置為95%）引入到原確認(rèn)閥開邏輯中做三取二設(shè)計（見圖4）。邏輯修改后當(dāng)閥位開或關(guān)回訊出現(xiàn)滯后或故障，控制系統(tǒng)仍能夠及時準(zhǔn)確地確認(rèn)閥開動作，提高了控制系統(tǒng)的可用性。在程控閥需要嚴(yán)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(rèn)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(rèn)閥開邏輯改用三取二設(shè)計方案。
閥位回訊開關(guān)除了能夠反映程控閥真實狀態(tài)，還可以與電磁閥結(jié)合，作為閥門打開和關(guān)閉計時用。當(dāng)程控閥閥位開和關(guān)回訊均返回0，且持續(xù)時間t≥8s，即閥門正在打開和關(guān)閉用時超過系統(tǒng)預(yù)置時長，判斷其為動作時間超時，并發(fā)出動作超時報警；閥位開和關(guān)回訊均返回1，且持續(xù)時間t≥2s，判斷其為硬件故障并發(fā)出報警，兼具計時和報警功能的邏輯框圖見圖5。操作人員還能通過閥門打開和關(guān)閉的用時曲線實時地了解閥門狀況，當(dāng)曲線發(fā)生明顯變化時，應(yīng)及時到現(xiàn)場進行排查。
4 結(jié)束語
根據(jù)S Zorb裝置運行中暴露較多的程控閥差壓變送器不動作或誤動作的問題，對其分析原因后提出解決方案，同時為保證差壓變送器長時間運行過程中安全可靠響應(yīng)迅速，建議選擇接近式差壓變送器。在#近的設(shè)計中為關(guān)鍵位置的程控閥增加差壓變送器，并根據(jù)工藝流程設(shè)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(tǒng)跳停。經(jīng)過改進，S Zorb裝置運行更加平穩(wěn)可靠，能有效地降低操作人員的勞動強度。
