摘要：针对S Zorb装置中程控阀差压变送器的常见故障，分析其结构形式后给出解决方案。根据工艺流程和物料特性，提出关键位置的程控阀需增设差压变送器，并将其引入至确认阀门打开、关闭和报警的逻辑中，提高了闭锁料斗控制系统的安全性和可用性。
S Zorb装置基于吸附原理对催化汽油进行脱硫，通过吸附剂选择性地脱除含硫化合物中的硫原子达到脱硫的目的，该技术与其他脱硫技术相比具有脱硫率高、辛烷值损失小、氢耗少、操作费用低的优点，在全国已有接近40套采用该技术的装置运行以满足汽油达标的目的。
1 问题概述
S Zorb装置基本流程如图1所示，反应器内发生流化床吸附脱硫反应；再生器内发生流化床氧化反应；反应部分为高压临氢环境，再生部分为低压含氧环境。由于存在2种不同介质混合后发生爆炸的潜在可能性，因此反应部分和再生部分吸附剂的输送必须通过闭锁料斗来实现，同时实现氢氧环境的隔离。
闭锁料斗控制作为装置的核心组成部分，通过多台程控阀的顺序控制实现S Zorb装置再生吸附剂与待生吸附剂在反应器和再生器间的输送，而程控阀的差压变送器作为闭锁料斗控制中阀门打开和关闭的重要判断指标，直接关系着控制程序的运行。从地衣批国内S Zorb装置运行至今已有近10年的时间，陆续反馈了一些开工和运行期间产生的问题。闭锁料斗每20min循环一次，共9个步骤，包括吹扫、充压、泄压、装料、卸料等，程控阀门按程序设定依次动作，对应的阀位回讯信号会同时送至控制系统进行下一步操作。每个循环周期内程控阀至少要开关一次，按照工艺要求程控阀开关时间设定为小于5s，一旦超过8s则程序跳停。阀门环境复杂（部分操作介质富含细小吸附剂颗粒，其直径约为65μm），开关频繁，且对动作时间要求严格等原因都使程控阀在S Zorb装置中成为较易出故障的仪表。有多套装置反馈部分程控阀门实际已打开或关闭到位，但是一直未收到阀位回讯信号，开关时间过长导致闭锁料斗控制系统跳停。闭锁料斗控制系统停止后，吸附剂循环输送停止，待生吸附剂无法及时再生，甚至失活，而吸附剂一旦失活，则脱硫效率迅速降低，产品质量无法得到保证。
2 故障分析与解决方案
对出现问题的阀门进行解体分析后发现造成差压变送器时间过长的主要原因有：1）由于装置运行期间管道振动，造成凸轮移动或转动，或微动开关位置发生改变。2）由于程控阀开关频繁，微动开关的弹簧发生形变。3）由于差压变送器外壳密封不严，如环境中细小颗粒（如吸附剂、粉尘等）、雨后进水、沿海地区盐雾腐蚀均易造成差压变送器内接线短路 [4] 。产生以上故障是由差压变送器的结构造成的。差压变送器按照结构形式分为机械式差压变送器和接近式差压变送器2种。机械式差压变送器工作原理是当旋转型程控阀打开或者关闭时，阀杆带动凸轮转动，当凸轮施加推力将差压变送器的弹簧压下或者松开时，触点接通，产生阀位回讯信号送至控制系统，机械式差压变送器常采用微动开关，其结构形式见图2。机械式差压变送器结构简单，成本较低，安装接线方便，因此部分装置程控阀配置的是机械式差压变送器。但是其工作原理决定了必须接触到检测块才能发出阀位回讯信号，机械式开关在频繁开关后，弹簧易发生形变，导致弹簧与触点接触不良，因此其灵敏度和重复性较差。由于差压变送器电流较小，仅为毫安级，不易发生开关粘连，装置振动引起的接线松动或环境腐蚀引起的接触不良会导致接线断开，同时为防止短路故障，可在回路中串联保险丝，当接线短路时保险丝烧断，回路接线断开，因此差压变送器接线断开在此工况中是常见故障。在调压和装卸料时，返回的阀位关信号必须确保阀门是严密关断的，不能为虚假关闭。当阀门出现故障，如差压变送器内部接线断开，要求不能返回错误的阀位关回讯，则此处选用常闭触点，仅当常开触点闭合时才会返回阀位关回讯，满足了故障安全型的要求，选择常闭触点的差压变送器结构形式如图2所示。部分吹扫和放空操作中对阀位开信号没有关信号要求严格，从设计一致性角度考虑同样选择常闭触点。
接近式差压变送器根据测量原理分为电感式、电磁式、电容式等。阀门转动时，当阀杆上的凸轮接近感应探头时会产生一定的感应电压，通过处理转换为差压变送器信号。差压变送器动作时不发生机械接触，响应迅速，重复性好，同时具有防湿、抗震、耐腐蚀、受环境影响小等特点。因此，设计文件中要求苛刻工况和频繁动作的程控阀门选择接近式差压变送器，这样能够保证闭锁料斗控制系统长时间运行更加平稳可靠。为解决上文提到的运行中的S Zorb装置程控阀阀位回讯信号迟迟无法收到的问题，可采取如下措施：1）在管道上安装减震设备和支撑架以减轻管道振动，同时巡检时可通过手操器调节阀位回讯开关的开度，并与电流值比对，若两者存在偏差，可用扳手紧固螺丝。2）可根据弹簧形变量，将微动开关下方垫高，使弹簧在同样作用力下能够更加容易接触到触点。3）使差压变送器外部严密密封，并进行防腐蚀和防潮处理，能有效地减少因操作环境细小粉尘过多，雨后进水或化学品腐蚀等原因造成的差压变送器接触不良。
3 改进措施
考虑到程控阀在闭锁料斗控制中的重要性，原逻辑将阀位回讯信号做二取二设计，并引入电磁阀信号。例如程控阀的故障状态为FC，逻辑设计采用正逻辑，即事件发生为逻辑“1”，否则为逻辑“0”，则确认阀开/关逻辑框图见图3a和3b。当控制系统发出开阀指令，电磁阀输出XSV=1，当阀门刚打开时，收到阀位关信号XZCS=0，当阀门完全打开的瞬间，阀位开信号XZOS=1即刻返回，经逻辑判断后确认程控阀已完全打开，跳转到下一步骤。
然而当差压变送器接触不良而产生的不动作或误动作，使控制系统长时间接收不到阀位开或关信号，此时原二取二设计无法真实反映阀门的开关状态，甚至引起闭锁料斗控制系统跳停。因此从2017年开始的设计项目，关键位置的程控阀阀位检测已按冗余原则配置，增加差压变送器，并在部分联锁逻辑中引入差压变送器变量。差压变送器将阀门开度变化转换成4~20mA模拟信号，使操作人员在控制室就能实时了解现场情况，及时发现差压变送器的故障。对工艺流程和物料特性进行分析，当某些位置不需要程控阀完全动作到位，例如吹扫开阀时，可以将差压变送器信号（如阀位开度设置为95%）引入到原确认阀开逻辑中做三取二设计（见图4）。逻辑修改后当阀位开或关回讯出现滞后或故障，控制系统仍能够及时准确地确认阀开动作，提高了控制系统的可用性。在程控阀需要严密关断的位置，从安全性角度出发，差压变送器未引入到确认阀关逻辑中，仅在操作台上显示，用以辅助操作人员。因此兼顾安全性和可用性，仅程控阀的确认阀开逻辑改用三取二设计方案。
阀位回讯开关除了能够反映程控阀真实状态，还可以与电磁阀结合，作为阀门打开和关闭计时用。当程控阀阀位开和关回讯均返回0，且持续时间t≥8s，即阀门正在打开和关闭用时超过系统预置时长，判断其为动作时间超时，并发出动作超时报警；阀位开和关回讯均返回1，且持续时间t≥2s，判断其为硬件故障并发出报警，兼具计时和报警功能的逻辑框图见图5。操作人员还能通过阀门打开和关闭的用时曲线实时地了解阀门状况，当曲线发生明显变化时，应及时到现场进行排查。
4 结束语
根据S Zorb装置运行中暴露较多的程控阀差压变送器不动作或误动作的问题，对其分析原因后提出解决方案，同时为保证差压变送器长时间运行过程中安全可靠响应迅速，建议选择接近式差压变送器。在#近的设计中为关键位置的程控阀增加差压变送器，并根据工艺流程设计更加合理的逻辑方案，减少了因差压变送器故障造成的闭锁料斗控制系统跳停。经过改进，S Zorb装置运行更加平稳可靠，能有效地降低操作人员的劳动强度。
