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釜底閥的故障分析及改進

文檔作者：吳冬玲文檔來源：中國石化上海石油化工股份有限公司儀控中心		更新日期： 2026年05月18日	點擊數：
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釜底閥的故障分析及改進
吳冬玲
（中國石化上海石油化工股份有限公司儀控中心，上海 ２００５４０）
摘　要：　中國石化上海石油化工股份有限公司合成樹脂部 １號高壓聚乙烯兩條生產線的 ６臺釜底閥在日
常運行過程中因動作頻繁而需經常拆下進行必要的研磨檢修，使得閥門的控制精度逐漸下降。為適應苛刻
的工藝條件，保障該類閥門能持續有效地正常運行，提出隱患治理及改進措施，主要包括閥門內部閥桿改
進、電磁閥隱患更換及氣源管改進等。
關鍵詞：　閥門　控制　隱患
文章編號：　１６７４－１０９９　（２０２２）０４－００４９－０４　　中圖分類號：ＴＱ３２２２　　文獻標志碼：　Ａ
收稿日期：２０２２－０４－０６。
作者簡介：吳冬玲，女，２００８年畢業于南京林業大學機械電子
工程學院自動化專業，長期從事儀表管理工作。
　　工業化是一個動態的、不斷發展的過程，伴隨
著科學技術的進步，設備的更新換代也越來越快，
為降低對進口設備的依賴，節約成本，縮短制造周
期，應在依托逐漸發展壯大的中國本土制造業的
基礎上，實現更好、更快的設備更新，消除故障隱
患。如石油化工生產中使用的主要控制閥門伴隨
運行時間不斷變長必然存在各種問題或故障隱
患，為恢復或提高設備系統的使用精度、額定功能
與安全可靠性，需對設備進行改進或更新，以提高
設備運行效率，確保生產人員的可操作性，保障企
業老舊裝置的生產能力和長周期運行。
１　裝置概況及釜底閥簡介
１１　裝置概況
中國石化上海石油化工股份有限公司（以下
簡稱上海石化）合成樹脂部 １號高壓聚乙烯（１ＰＥ）
裝置始建于 １９７６年，采用三菱油化 －ＢＡＳＦ超高壓
管式 Ｅ法高壓聚乙烯技術，聚合壓力為 ２８０ＭＰａ
（超高壓），聚合溫度 ３１０～３４０℃，經改造后，合計生
產能力為 ７３ｋｔ／ａ，是上海石化壓力等級最高、自控聯
鎖系統較為復雜、工藝設備要求最苛刻、安全危險性
最大的生產裝置之一。但在目前形勢下，該裝置的
運行時間已是國內同類裝置中最長，部分設備日漸
老化，在運行過程中必然存在一定的故障隱患。為
有效減少故障風險，保護環境，提出以結構先進、技
術完善、效率高、能耗少的新型設備來代替陳舊設
備，從而不斷增強企業的生產力和市場競爭力。
１２　釜底閥簡介
１ＰＥ裝置的工藝生產分為壓縮、聚合、造粒、風
送、包裝等 ５個工序，有兩條生產線（一系列和二系
列），每條生產線均涉及 ３臺釜底閥（工藝俗稱排
料閥，一 系 列 為 １ＨＣＶ３０１／１ＨＣＶ３０２／１ＨＣＶ３０３，
二系列為 ２ＨＣＶ３０１／２ＨＣＶ３０２／２ＨＣＶ３０３）。這些
釜底閥位于高壓循環（ＨＰＲ）系統，主要用于排除
高壓循環氣體各段的溶劑油、低聚物等，其流程主
要是將未反應的乙烯由高低壓制品分離器（Ｖ－
２０２）頂部送入高壓循環氣體第一冷卻器 （Ｅ－
３０ｌＡ／Ｂ），由前半段為熱水、后半段為冷水或再冷
水三重匯流構成的第一冷卻器（Ｅ－３０１Ａ／Ｂ）冷
卻到 １２０℃，隨后進入第一分離器（Ｖ－３０１），以
便把低聚物分離出來，氣體再進入也由三重匯流
構成的第二冷卻器（Ｅ－３０２），經過冷水或再冷水
冷卻到 ５５℃，通過第二分離器（Ｖ－３０２）進入由三
重匯流構成的第三冷卻器（Ｅ－３０３）冷卻到 ３５℃，
通過第三分離器（Ｖ－３０３）和高壓循環過濾器（Ｆ
－１０１Ａ／Ｂ）進入后段壓縮機（Ｋ－１０２）１段入口再
度返回循環，每個分離器下方安裝一臺釜底閥進
行分時分段排料。釜底閥的主要流程如圖 １所
示。
釜底閥的原始設備生產廠家為 ＫＩＳＨＩＫＡＷＡ
（日本），設計入口最大壓力達 ２０２ＭＰａ，出口壓
力為 ０２ＭＰａ，工藝生產過程中要求每 ０５ｈ動作
一次且 動 作 持 續 ０２ｓ（可 通 過 延 時 繼 電 器 調
整），因此動作頻繁，且檢修過程中又經過多次堆
·４９·
　第３８卷　第４期
２０２２ 年 ８ 月
　　　　　　　 　　 　 石 油 化 工 技 術 與 經 濟
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｃｏｎｏｍｉｃｓｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ
焊打磨，造成閥門磨損日趨嚴重，閥桿的動作方向
也有所偏移，使用周期逐漸縮短（工藝操作上要
求若 ８ｈ內該閥門不能動作即強制執行停車程序
以保障生產安全）。因此，根據現場實際測繪及
改進要求，決定采用以國代進的方式研制國內自
主設計生產制造的高性能釜底閥，其結構見圖 ２。
圖 １　閥門主要工藝流程
圖 ２　釜底閥結構
　　１ＰＥ裝置釜底閥適用于高壓差的場合，因受
實際生產工藝所用的介質（漿料聚乙烯 ＋乙烯氣
體）、溫度（設計使用最高 ２５０℃）、壓力（設計使
用最高 ３５ＭＰａ）、腐蝕等因素限制，需使閥體耐壓
等級、使用溫度范圍及耐腐蝕性能和材質都不低
于工藝連接管道材質的要求，因此閥體采用國內
自主開發的超高壓合金鍛件材料；另外，其閥門內
件（閥桿、閥芯等）為了滿足耐腐蝕、耐流體沖蝕
·５０·
　 　 石 油 化 工 技 術 與 經 濟
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｃｏｎｏｍｉｃｓｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ　　　　　　　　　第３８卷　第４期　
２０２２ 年 ８ 月
等要求，選用具有高強度、硬度和抗腐蝕的馬氏體
不銹鋼（１７－４ＰＨ）；填料函在溫度高于 ２００℃的
情況下選用雙層填料結構，填料材質則選用了柔
性石墨（美國進口 ＥＶＳＰ９０００）。
２　閥門故障及改進措施
２１　閥桿故障
１ＰＥ裝置的兩條生產線共涉及 ６臺釜底閥，
自建成投用以來因工藝生產流程需要不得不定時
頻繁動作，且經過多次拆裝修理，縮短了釜底閥的
使用年限，經常發生內漏現象及閥座磨損的故障。
因此決定更換新閥門，同時將閥門的結構進行了
優化與改進（２０１９年初次更換 ３臺國產 ＹＤ１０２Ｙ
高性能釜底閥）。
在閥門的長期運行及檢修過程中觀察發現，
造成閥門動作故障的主要原因在于每次閥門的閥
桿向上打開時，工藝生產流程系統內的壓力就會
把閥桿推向排料口方向，當閥門關閉時閥桿也會
偏向排料口，先碰到閥門排料口的閥座，如此頻繁
的動作致使閥桿和閥座磨損，從而引起閥門內漏。
因此提出將原始閥桿增加 ４條導向槽的改進措
施，并在 ２０１９年 ６月首次更換的 ３臺排料閥中應
用，其后運行正常。借助裝置停車檢修機會將閥
門進行解體檢查，發現閥桿及閥座都沒有磨損，閥
門的動作狀態也良好，從而有效降低了因閥門內
漏故障引起生產波動或非計劃停車的風險，保障
了工藝生產的安穩運行。
２２　系統控制故障
該閥門控制采用獨立的繼電器系統，以一條
生產線的 ３臺閥門為一組，通過配置一定數量的
繼電器實現在可操作范圍內的閥門動作程序。系
統主要 使 用 的 繼 電 器 類 型 為 延 時 繼 電 器 （ｍｓ
級），是一種實現觸點延時接通或斷開的自動控
制電器，由時間設定按鈕和控制觸點等組成，分為
通電延時型和斷電延時型。前者在繼電器通電后
其觸點延時一定時間后再發生動作，觸點斷電后
立即釋放；后者在觸點通電后馬上動作，在斷電后
則延時一段時間觸點才釋放。觸點的動作時間由
時間設定旋鈕設定［２］。該控制柜獨立安裝在裝
置中控室內。
閥門控制系統由工藝操作人員進行日常操
作，通過鑰匙開啟控制柜上相應的旋鈕開關以切
換手動和自動狀態、氣源空氣的開和關以及選擇
試驗模式。在機柜面板上還設置了 ３個對應控制
閥門打開的按鈕和對應顯示閥門開關狀態的指示
燈，當控制系統切換到自動狀態時，３臺排料閥依
據繼電器系統以事先設定的邏輯程序進行閥門動
作的自 循 環 流 程，即 從 ＨＶ３０１起 至 ＨＶ３０２到
ＨＶ３０３按照設定的時間間隔（２０ｓ）觸發閥門依次
動作，每小時輪回動作一次。
由繼電器組成的控制系統主要由元器件和導
線連接而成，能完成既定的邏輯控制需求，其結構
組成簡單、成本低廉，所以適用于小型的控制系統
要求。而繼電器元件內部的機械物理觸點在長時
間運行后容易損壞，接線也容易受到外部振動或環
境腐蝕等因素的影響，使整個控制系統的可靠性逐
漸降低（供電電源線故障，更換新電纜后正常）。
２３　隱患排除
一臺閥門的動作好壞不僅取決于閥門本身狀
況是否完好，其附件的完好性也有著至關重要的
作用，因為很多時候閥門動作的異常或失控都由
附件故障引起，因此在日常運行過程中對閥門附
件設備的維護保障及優化改進也是必須的。
２３１　電磁閥更新
電磁閥是一種利用線圈通電和斷電以控制液
體、氣體 或 蒸 汽 通 斷 的 設 備，用 以 實 現 自 動 切
換［２］。一般通電后電磁閥動作，失電后利用彈簧
進行復位，其關閉和打開的動作比較快速，而從安
全角度考慮，電磁閥使用較長時間后，其線圈也就
存在著一定的隱患。１ＰＥ裝置每臺閥門涉及 ２臺
電磁閥（為確保工藝生產過程中閥門的正常運
行，任一電磁閥得電即動作）。從建成投用以來，
雖然運行過程中并未出現過故障，但從使用時間
上看已超出規定年限，且該款電磁閥的同類備件
在國內外市場上已停產，故進行設備的更新以消
除潛在隱患。
２３２　氣源管改進
閥門動作能否正常與氣源供氣也有很大關
系，氣源供氣壓力不能正常達標，供氣氣源含水、
油、微塵或其他雜質使供氣管路堵塞而不通暢，氣
源管線泄漏等，都會對閥門的正常運行帶來一定
的故障隱患。原閥門在運行過程中經常發生動作
延遲，不能在設定的時間內完成工藝要求的閥門
動作，觀察現場運行環境發現，原先使用的氣源管
直徑為 ６ｍｍ，氣源管又較長（取源口引出至閥
門）。將氣源管直徑改為 ８ｍｍ，更新后閥門動作
　第４期（２０２２）　　　　　　　　　　　　吳冬玲釜底閥的故障分析及改進 ·５１·
延遲的現象有所改善，且運行狀態良好。
２３３　保溫伴熱改進
閥門的保溫伴熱是節省能源、提高設備熱效
率、確保產品質量、使設備正常運轉必不可少的一
項保護措施，主要用于保障設備正常穩定運行或
停機后穩定散熱［３］。閥門的保溫結構因本身形
狀的復雜性造成保溫位置不佳，給保溫效果帶來
一定的影響。根據現場實際運用情況，主要采取
了伴熱管的方式進行加熱保溫，改造現場伴熱管
加熱，即沿著物流管道的底部伴有纏繞小直徑的
管道，通入蒸汽或熱水將熱量傳給物料，從而使管
道內部的介質保持流通順暢，消除了原先因保溫
伴熱位置不佳導致的物料不暢造成閥門動作延遲
或卡死的問題，保障閥門動作達到相關規定的要
求。
２３４　填料更換
在日常運行中由于閥門動作頻次較高，極易
造成內部填料嚴重磨損。根據閥門檢維修經驗，
利用裝置停車檢修機會（閥門使用時間達半年及
以上），針對該系列閥門更換填料密封組件，消除
潛在的隱患風險，確保閥門正常運行。閥門填料
的密封是將填料裝填在閥桿與填料函之間以防止
介質向外滲漏的一種動密封結構，當閥桿與填料
做相對運動時，由于填料的自潤滑作用或產生的
油膜使填料與閥桿之間的邊界保持潤滑狀態，延
遲了填料與閥桿的磨損，能較長期地保持緊密貼
合從而阻止介質滲漏；而在閥桿運動時又不可避
免地在填料與閥桿之間產生微小又不規則的運動
間隙，依靠填料自身的可塑性及回彈性填補了該
運動間隙，使填料和閥桿保持緊密貼合［４］。填料
的正確安裝及使用是確保閥門在運行過程中降低
發生“跑、冒、滴、漏”幾率的關鍵，選用合適的填
料是滿足相應閥門工作條件的重要因素。
２４　日常維護
釜底閥作為生產裝置的關鍵設備對工藝產品
的產量和質量影響很大，一旦生產過程中出現故
障就必須及時進行修復，又不能影響生產進度，為
此必須做好閥門整臺備件更換的充分準備。替換
下來的舊閥門進行維修再利用，拆卸解體后更換
閥桿填料、閥芯、閥座等，研磨閥芯和閥座，組裝后
通過加壓測試確定完好后使用。拆下故障閥門，
安裝復位備件閥門，完成調試并投入運行，使生產
過程快速且順利恢復，降低裝置不必要的生產波
動或非計劃停車的風險。
３　結語
國產閥門更新運行以來，工藝生產狀況一直
良好且平穩，后期 １ＰＥ裝置又成功更換了一系列
的產品出料閥（１ＬＣＶ２０１）。借助兩項國產化閥門
的研制及成功應用的經驗，逐步開展 １ＰＥ裝置高
壓賴斯閥（ＶＰＩ２０１）的國產化專項項目。同時進
行繼續運行跟蹤和故障完善，確保裝置日常生產
的安穩長滿優。
參 考 文 獻
［１］　杜鵑，廖明燕，侯春望，等．石油化工自控工程設計及儀表安
裝．北京：中國石油大學出版社，２０１０．
［２］　黃宋魏．工業過程控制系統及工程應用．北京：化學工業出
版社，２０１５．
［３］　張漢林，張清雙，胡遠銀．閥門手冊———使用與維修．北京：
化學工業出版社，２０２０．
ＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅＢｏｔｔｏｍ ＶａｌｖｅｏｆｔｈｅＫｅｔｔｌｅ
ＷｕＤｏｎｇｌｉｎｇ
（ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌＣｅｎｔｅｒ，ＳＩＮＯＰＥＣＳｈａｎｇｈａｉＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００５４０）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅ６ ｂｏｔｔｏｍ ｖａｌｖｅｓｉｎ ＃１ ＨＤＰＥ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ ｉｎ ＰｏｌｙｅｓｔｅｒＤｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆＳＩＮＯＰＥＣ Ｓｈａｎｇｈａｉ
ＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．ｎｅｅｄｔｏｂｅｄｉｓｍａｎｔｌｅｄｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｆｏｒｎｅｃｅｓｓａｒｙｇｒｉｎｄｉｎｇａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｄｕｅｔｏ
ｆｒｅｑｕｅｎｔｍｏｖｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｄａｉｌｙｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｖａｌｖｅｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｉｎ
ｏｒｄｅｒｔｏａｄａｐｔｔｏｔｈｅｈａｒｓｈｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｅｎｓｕｒｅｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｏｒｍａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓ
ｔｙｐｅｏｆｖａｌｖｅ，ｔｈｅｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆ
ｉｎｔｅｒｎａｌｖａｌｖｅｓｔｅｍ ｏｆｔｈｅｍａｉｎｖａｌｖｅｓ，ｔｈｅｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒｏｆｔｈｅｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ，ａｎｄｔｈｅ
ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆａｉｒｓｏｕｒｃｅｐｉｐｅ，ｅｔｃ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖａｌｖｅ，ｃｏｎｔｒｏｌ，ｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒ
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２０２２ 年 ８ 月

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