1、前言

　　隨著各種新的工藝技術開發(fā)和工藝技術進步，聚丙烯和聚乙烯等聚烯烴裝置的單套生產(chǎn)能力越來越大，生產(chǎn)企業(yè)之間的競爭也愈來愈激烈，生產(chǎn)裝置的長周期運行不僅能降低生產(chǎn)成本和提高企業(yè)的市場競爭能力，更能保證裝置的安全和穩(wěn)定的生產(chǎn)運行。聚丙烯和聚乙烯等聚烯烴裝置在大型乙烯石化企業(yè)中屬于主體裝置，由于其工藝由氣相原料反應生產(chǎn)固體聚合物的過程，要實現(xiàn)連續(xù)長周期生產(chǎn)的難度也更大，其中影響裝置長周期運行的主要因素之一就是產(chǎn)品排料系統(tǒng)的排料閥是否可靠。

　　國內外大量采用UNIVATION工藝的聚烯烴裝置，該工藝將氣相聚乙烯(或聚丙烯)在流化床反應器中，在催化劑作用下反應生成粉狀的聚乙烯(或聚丙烯)，當粉狀的產(chǎn)品在反應器床層堆積一定量時，自動控制產(chǎn)品排料系統(tǒng)(ProductsDischargeSystem)即PDS系統(tǒng)排料，所以產(chǎn)品排料閥也稱PDS閥，一般反應系統(tǒng)配帶二套PDS系統(tǒng)，見下圖。

　　1#PDS系統(tǒng)和2#PDS系統(tǒng)是對稱配置的，分別帶有AA、GG、A、B、C、D、E、G、H、J、L、M、P(含P1，P2，P3)等PDS閥，其中PDS閥X和W是兩條PDS系統(tǒng)公用的平衡閥。其中AA閥和GG閥為手動操作閥，其它閥門全部是自動控制的氣動球閥。新版的UNIVATION工藝包強制要求A閥、B閥、D閥、X閥和W閥為金屬密封閥，其它PDS閥門可以使用軟密封閥。

　　位于中央控制室的DCS控制系統(tǒng)或獨立的PLC系統(tǒng)控制PDS系統(tǒng)的閥門按順序動作，即當反應器內的聚合物粉料生成一定的量時，控制系統(tǒng)啟動PDS系統(tǒng)排料，PDS閥門按邏輯順序動作實現(xiàn)產(chǎn)品的排放。當PDS系統(tǒng)中的任何一個閥門動作不到位或故障，該PDS系統(tǒng)將無法正常操作。

2、PDS閥門面臨的挑戰(zhàn)

　　由于工藝技術的特點和要求，PDS閥門面臨如下挑戰(zhàn)：

　　1)極高的動作頻率和循環(huán)次數(shù)。閥門由PDS控制系統(tǒng)控制每年動作次數(shù)約50萬次，頻繁的動作對閥門及所有附件需要極高的可靠性。

　　2)大量聚合產(chǎn)品顆粒，對閥門密封面的極度磨損。反應生成的粉狀顆粒產(chǎn)品，在催化劑的活性下，顆粒的硬度大且容易自聚，高頻次的動作對閥門的密封面帶來極度磨損。帶有自聚特性的聚乙烯顆粒，停留在閥內縫隙內會自聚越來越大，影響閥門動作而最終可能抱死閥門，同時對氣動執(zhí)行器也帶來損害。因此，要求閥門在結構上具有自清潔功能，避免卡澀，同時對顆粒工況能耐磨，確保長周期運行下的高性能。

　　3)苛刻的密封等級。工藝要求閥門的密封等級越高越好，特別是硬密封的閥門也要求VI級密封。

　　4)高壓差，沖刷嚴重。PDS閥在排料時，高壓差下帶顆粒產(chǎn)品對閥門的沖刷相當嚴重。

　　5)適應聚合反應的溫差變化。特別是生產(chǎn)聚丙烯的裝置，在緊急事故情況下，丙烯在高壓時會形成低溫，要求閥門適應低溫到-45度。

　　6)閥門開關時快速動作。要求6”口徑及以下的閥門，開關時間在1.5秒內，6”口徑以上的閥門，開關時間在2.5秒內。這樣可以在排料時減少對流化床反應的影響。

3、ARGUS的PDS閥門的技術特點

　　德國ARGUS是一個專業(yè)從事特種耐磨球閥生產(chǎn)的企業(yè)，它在1980年開始與UNIVATION工藝開發(fā)PDS球閥，目前該工藝上絕大多數(shù)裝置均采用它的PDS閥門，其卓越的性能和優(yōu)異的品質，贏得市場和廣大用戶的認同。其主要的技術特點如下：

　　1)特殊球面設計AA和GG閥。AA閥和GG閥盡管是手動閥，只有在PDS系統(tǒng)需要停車檢修時才關斷它們。在閥關閉時，閥球面與反應器的內壁面完全配合，不存在任何空隙，這樣可以避免聚合物自聚賭塞或抱死閥門。當然，它們的密封等級是零泄漏，避免在線檢修PDS系統(tǒng)時安全隱患。

　　2)全部采用鍛造工藝，使閥門在高頻次動作下有更好的強度。閥體的材料選用LF2，能夠使用在極端工況下-45度的工藝要求。

　　3)采用固定球設計。閥球上設計軸耳與軸瓦的精密配合，使閥門在高頻次動作下有更好的穩(wěn)定性。特殊閥桿設計保證閥桿高頻率動作下嚴格對中，使閥門扭矩保持長期均勻性，特殊的閥桿密封設計確保外泄漏符合EPA/TA-Luft標準。

　　4)閥的內表面采用鏡面級拋光加工工藝，確保閥內腔不留任何死區(qū)從而導致聚合產(chǎn)品的自聚。

　　5)閥座采用特有專利設計的燕尾型刮刀式設計，使閥門在開關時將大量聚合物顆粒清除在外而不帶入到密封面內，從而達到自清潔的功能。

　　6)軟閥座采用專利技術的LYTON材料，它是一種改性的PEEK材料，具有接近普通金屬的硬度，并且耐磨性好，具有自潤滑性能，使用壽命長。

　　7)金屬閥座和閥球的表面硬化處理，采用專利的ARGULOG硬化處理技術，即高溫等離子噴涂和熱熔處理技術，使閥座的表面硬度達到68HRC，閥球的表面硬度達到63HRC，硬化層厚度達到500mm以上，并且硬化層與基材通過形成的過渡層并有機結合成一體，避免長周期運行中的硬化層脫層，精密的加工與研磨技術，確保嚴格的金屬密封等級在VI級以上。

　　8)采用扇型氣缸。扇型的氣缸具有輸出扭矩大、只有一個移動部件、組裝方便、結構緊湊、工作壽命長等優(yōu)點，其動作次數(shù)能確保四百萬次以上，滿足長周期運行的需要。

4、PDS閥門的技術經(jīng)濟特性

　　PDS閥門的可靠性對裝置的生產(chǎn)非常重要，不僅關系到裝置的穩(wěn)定運行，還直接關系到裝置的經(jīng)濟效益。

　　以年產(chǎn)30萬噸的裝置為例，按年運行8000小時計算，平均產(chǎn)量37.5噸/小時，一般一個反應器配置兩套PDS系統(tǒng)，任何一條PDS系統(tǒng)的閥門泄漏或故障時需要停該PDS系統(tǒng)檢修，此時裝置需要先降負荷，一般操作降量在40%左右，直接造成裝置減產(chǎn)量為：37.5噸/小時*40%，即15噸/小時，同時閥門的檢修及PDS產(chǎn)品罐清掃檢修平均按24小時計算，產(chǎn)品價格按1萬元/噸計算，因某個PDS閥門故障造成裝置直接經(jīng)濟損失：15噸/小時*24小時*1萬元/噸，約360萬元，這還未包括裝置的能耗損失及閥門備件費和檢修費用。

　　要是二條PDS系統(tǒng)中同時各出現(xiàn)一個PDS閥門故障，此時裝置需要注入終止劑，裝置停產(chǎn)的損失更大，對裝置的生產(chǎn)安全的威脅也更大。

　　根據(jù)上面技術經(jīng)濟特性來評估PDS閥門的價值;PDS閥每一次故障的直接經(jīng)濟損失，已遠遠超過閥門的自身價值，同時對裝置安穩(wěn)生產(chǎn)帶來重大的影響。

5、國內PDS閥門的使用狀況

　　國內早期引進的聚丙烯裝置以環(huán)管反應工藝為多，該工藝的PDS閥由于動作頻次相對不是太高，一般采用相對便宜的柱塞閥。早期引進的聚乙烯裝置以UNIVATION流化床工藝為多，特別最近幾年，也引進了大型聚丙烯UNIVATION流化床工藝裝置。

　　這些引進工藝裝置上基本都采用德國ARGUS的PDS閥門，都能滿足連續(xù)運行的需要，早期的PDS閥門全部采用的LYTON的軟閥座，氣動執(zhí)行器采用齒條齒桿結構的氣缸。后期引進的UNIVATION流化床工藝及國內開發(fā)的流化床工藝裝置，裝置的規(guī)模也越來越大，產(chǎn)品的牌號也越來越多，如聚乙烯裝置產(chǎn)品的密度范圍從低密度到高密度全系列，特別在采用淤漿催化劑時，催化劑活性更大，反應生成的聚合物顆粒更容易產(chǎn)生自聚，即自聚能力更強，顆粒硬度更大，同時由于裝置的產(chǎn)能大而PDS閥門動作更頻繁，因此對PDS閥門的要求更加苛刻。新建的裝置大多采用德國ARGUS的PDS閥門，全部采用金屬密封，同時氣動執(zhí)行器采用扇形氣缸，提高配置以滿足更長周期運行的需要。

　　隨著市場的競爭，PDS閥門的市場競爭越來越激烈，在國內某大型石化企業(yè)引進了二條UNIVATION工藝的生產(chǎn)線，一條線生產(chǎn)低密度聚乙烯，一條線生產(chǎn)高密度聚乙烯，二條生產(chǎn)線都采用比德國ARGUS便宜40%的其它品牌的PDS閥。投產(chǎn)不到二個月，高密度裝置的PDS閥先后出現(xiàn)問題，主要是閥門卡死和泄漏，賭塞PDS系統(tǒng)罐和AA、GG閥管道，每次需要裝置停車清理。平均每個月裝置停車二次，運行一年以來，高密度裝置的平均負荷率僅40%，導致裝置能耗特別高。為了滿足全廠乙烯平衡的需要，生產(chǎn)低密度聚乙烯的生產(chǎn)線幾乎不切換牌號，擔心切換牌號造成PDS閥不適應而影響全廠的乙烯平衡。該PDS閥門的國外廠家，先后多次派專家現(xiàn)場修改結構，包括采用閥門加N2反吹(增加裝置能耗和成本)和修改閥門結構，依然沒有解決問題。

6、長周期運行的對策

　　隨著裝置的生產(chǎn)規(guī)模增大，且需要頻繁切換牌號以適應市場競爭的需要，因此，對PDS閥門的要求越來越高，新建裝置在PDS閥門的選擇時需要慎重并做好調研，選用可靠的品牌。

　　如果是早期的工藝裝置，PDS閥門采用的是軟密封和齒條齒桿結構的氣缸，由于裝置擴能或采用淤漿催化劑或裝置切換牌號頻繁，建議將PDS閥門升級為金屬密封，并將氣缸升級為扇形氣缸，以適應長周期生產(chǎn)的需要。

　　充足的備件。由于PDS閥門的重要性，又屬于特種閥門，一般供貨周期長，在日常生產(chǎn)中，一定要有充足的備件。為了減少庫存又能滿足生產(chǎn)需要，建議每種尺寸的閥體備用一臺，每種類型的氣缸備用一個，備用單條PDS線的全部閥門的維修包各一套。生產(chǎn)中某個PDS閥門故障，可以先將備用的閥體更換上盡快恢復生產(chǎn)，將下線的故障閥用備用的維修包將其維修好并處于備用狀態(tài)，同時補充消耗的備件。

　　把好維修質量關。在PDS閥門的解體維修時，一定要嚴格按照廠家的要求維修，提高維修質量。特別注意的是，在閥體與氣缸的裝配時，一定要將上閥蓋上的對中孔與氣缸支架上的對中孔嚴格對中好，這樣可大幅提高閥門的性能和壽命。

　　做好維修記錄。每次PDS閥門的檢修，做好記錄，保括維修下線日期，維修內容，閥門的狀況。對每臺PDS閥門的運行狀況做到心中有數(shù)。

　　定期現(xiàn)場巡檢。定期現(xiàn)場巡檢，發(fā)現(xiàn)PDS閥門動作時間明顯延緩，或動作出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，即提前切換出來更換維修。

　　易損附件定期更換。對于易損的附件，如過濾減壓器，氣控先導閥，電磁閥及閥位開關等，每個大修周期定期更換。要注意的是附件更換最好用回原來的型號，因為在閥門設計時，氣路各附件的CV值都經(jīng)過嚴格的計算。

7、PDS閥門的發(fā)展趨勢

　　近年市場推出新的聚丙烯和各種聚乙烯工藝技術，其特點反應的壓力高，裝置的生產(chǎn)能力越來越大，PDS閥門的動作頻次越來越高。國內某套LUMMUS工藝聚丙烯裝置，采用德國ARGUS的PDS閥門每年動作的頻次達到160萬次，由于超高頻率的高速動作，其要求遠高于UNIVATION工藝技術的PDS閥，特別是閥蓋及閥桿的密封圈，都要采用特種耐磨的材料，以避免高速動作對閥蓋及桿的磨損，而影響閥門的使用壽命。對于此類PDS閥門，強烈建議在裝置大檢修期將PDS閥門的軟密封進行更換。

　　隨著新的工藝技術發(fā)展，PDS閥門也跟隨發(fā)展，以適應和滿足工藝技術的要求，在生產(chǎn)中對PDS閥門的日常維護和維修及管理也要適應新的技術需要，從而為裝置安全長周期運行提供保駕護航。