李杰春
（中国石油大庆石化公司设备维修中心）
中国石油大庆石化公司化肥厂的合成氨装置是20世纪70年代引进美国凯洛格公司的生产工艺，日产1 000 t液氨。
2005年8月10日，对合成氨装置进行了扩能改造，改造后，日产1 500 t液氨。
合成气压缩机103-J是该装置的重要设备之一，是合成氨装置10.5 MPa高压蒸汽的唯一用户。正常生产时，合成氨装置自产的高压蒸汽经合成气压缩机103-J高压蒸汽透平做功后进入3.8 MPa中压蒸汽管网，是合成氨装置3.8 MPa中压蒸汽的主要来源。当合成气压缩机103-J跳车或停止运转时， 高压蒸汽即可通过旁路MIC-22液压阀减压，约50%产量的高压蒸汽通过该阀进入中压蒸汽系统，确保高压系统设备不被损坏的同时弥补因合成气压缩机103-J跳车而引起的中压蒸汽供应不足。
但我国大庆地区冬季环境温度低，驱动油流动性变弱，导致错油阀不动作。
高压蒸汽减压系统即减压站，是全厂的要害部分。
高压蒸汽减压时流速很快，振动较剧烈，因此全部管线均煨成曲率半径很大的流线型，同时也解决了管线热膨胀的问题。
如图1所示，3个减压阀MIC-22、PRC-13A/B后的管线上各装设3块限流孔板，使通过减压阀的压差仅约3.5 MPa，再通过孔板逐步降压，改善了阀的运行条件。
图1 高压蒸汽减压原理
合成氨装置自产高压蒸汽离开汽包时的温度约315.7 ℃，进入转化炉101-B对流段内两排串联的蒸汽过热器， 出过热器时蒸汽温度上升至460 ℃左右，然后送往合成气压缩机103-J的高压蒸汽透平。
正常操作时，全部高压蒸汽都要经过这个透平， 做功后以321 ℃左右的温度排入3.8 MPa中压蒸汽系统， 在合成气压缩机103-J透平脱扣跳车时， 设计流量50%左右的蒸汽经减压阀MIC-22排入3.8 MPa中压蒸汽系统，其余则由分程控制调节阀PRC-13A/B减压至3.8 MPa进入中压蒸汽系统，高压蒸汽的减压构成了3.8 MPa蒸汽的来源。
如果合成气压缩机103-J不运转，高压蒸汽则经PIC-13的两个调节阀A/B（分程调节）减压以满足中压蒸汽的供应。
假如在高负荷下中压蒸汽还不够用， 一部分高压蒸汽可经合成气压缩机103-J旁手动调节旁路液压阀MIC-22减压，与经过PIC-13减压阀（A/B）的蒸汽合并使用。
设计MIC-22减压阀是避免在合成气压缩机103-J由于事故而突然停车时，在这段时间里高压蒸汽没有去路，会导致蒸汽系统超压，安全阀起跳甚至高压蒸汽系统设备损坏等严重后果。
为此，设计一个油压阀MIC-22，这个阀是油压驱动动作的，力量较大，且信号传递快，因此开关及时。
正常情况下10.5 MPa高压蒸汽通过合成气压缩机103-J前置高压透平减压，减压阀MIC-22是全关的。在合成气压缩机103-J停车时通过联锁使它在约1 s的时间完全打开（因此又称秒阀），从而保证高压系统不超压。
在这个阀已经全开后，为保证中压蒸汽管网压力稳定， 可以利用PRC-13A/B自动调节蒸汽压力， 但在条件动荡比较大时，可以手动控制MIC-22阀门的开度。
当装置开车或合成气压缩机103-J低负荷运转时，高压蒸汽需通过PRC-13 A/B控制回路进行调节减压后进入中压蒸汽系统。
当MIC-22联锁投用时，MIC-22减压阀不可手动调节， 处于全关闭状态，在合成气压缩机103-J因故跳车时触发MIC-22联锁动作，使MIC-22减压阀瞬间全开，当联锁动作后MIC-22打到手动状态，可以手动调节MIC-22减压阀进行蒸汽控制。
MIC-22是Masoneilan公司生产的X7-20571AB型液动调节阀， 阀门装配ANNIN1000 系列气动-液压缸执行机构，DCS来的4～20 mA电流信号经电/气转换器转换成0.02～0.10 MPa的气动信号。
如图2所示，气动信号在放大器内与阀位反馈进行比较， 二者不平衡时输出一个位移量来驱动错油阀， 错油阀调节液动执行机构上下缸的进、出油量，使液动执行机构活塞（阀位）产生移动， 当阀位反馈与气动输入信号平衡时执行机构不动，此时阀位与输入信号对应，达到定位目的。
图2 MIC-22液动执行机构工作原理
油压控制快开阀如果长期不动作也会失灵，即不能及时打开。
同类化肥厂就发生过合成气压缩机103-J跳车，MIC-22减压阀延误达30 s才打开，致使高压蒸汽总管超压，安全阀起跳，而中压蒸汽总管压力又猛降，整个蒸汽动力系统大幅波动，本来是仅限于氨合成系统的局部停车，却扩大到了全厂A级停车。
MIC-22减压阀能否正确动作，对于全厂安全生产是最为重要的一环。
MIC-22阀的液压油来自合成气压缩机103-J的油路系统，MIC-22减压阀专有一套小的油压装置， 作为润滑-密封油系统正常油源的备用， 万一因任何原因导致润滑-密封油系统停止工作而使油不能供应时，这套液压油装置就会启动操作MIC-22减压阀把10.5 MPa蒸汽降压后送至3.8 MPa蒸汽系统。这套系统主要包括一个液压油冷却器、一台备用油泵和一个附属的用活塞操作的蓄压器。蓄压器大约可储备约38 L备用液压油，足够把减压阀MIC-22的油缸顶开，让蒸汽通过降压。
合成气压缩机103-J油箱的油泵出口是液压油的正常来源。
由电动备用泵从润滑油油箱直接抽出的油作为辅助油源。当合成气压缩机103-J正在运转，而供MIC-22减压阀用的液压油供应不上时，液压油回路的压力（正常7.7 MPa）就要下降。这时，低油压开关就自动启动备用泵供油，直到油箱油泵恢复正常供应为止。
如备用油泵也跳车或由于其他原因而不能运转，蓄压器中的液压油就作为第2套备用系统自动压入油路推动油缸的活塞一直到压缩机停下。
当液压油压降至6.9 MPa时，MIC-22备用油泵自启动，当油压升到8.4 MPa时，MIC-22备用油泵自停。
原液动执行机构是Masoneilan公司20世纪70年代的产品， 液动执行机构和定位器结构特殊，与其他仪表不能通用，Masoneilan公司目前也已经不生产该产品，配件难以采购也不好加工。
为了能自由推动错油阀，气动定位器和气缸需要整体移动。
因此，连接气动放大器的风线管只能采用软管，不能使用钢管。
1999年的大火就将放大器的软管和橡胶件烧坏，气缸活塞也被损坏。
此阀是全厂唯一的液动阀，没有备件。
当时，用换下的旧件加上烧损的零件，克服大量困难修复了此阀，一直使用至今。
为了保证MIC-22减压阀可靠运行，还单独为其配备了一套油泵系统和油压联锁系统，保证液压油能满足减压阀驱动的要求，油路复杂且隐患多。
从足球来看，它是当时在中国发展得最好的西方近代体育项目。最能说明问题的如1923年澳洲橄榄球总会代表亨利·美勒，已“发现华人的足球程度可以与澳大利亚人抗衡，遂改变计划，决定邀请中国的足球队访问澳大利亚。”[12]又如1923年“被称为世界海禁最严的澳洲，凡是外国人入境均需要护照。”但是澳洲足球总会早在中国足球队到达之前就已沟通好，准免查验[13]。所以，以李惠堂为代表的乐华足球队，成了1928年中国出访东南亚的首选。
MIC-22减压阀的开关是靠8 MPa润滑油驱动的，从润滑油泵到MIC-22减压阀的错油阀是由直径25 mm的钢管连接。1999年，MIC-22减压阀的错油阀到液动执行机构入口的一个金属波纹管裂开，8 MPa的润滑油喷到高压蒸汽管线上引发大火，将MIC-22阀上部管廊的电缆全部烧断，造成全厂停工抢修，经济损失巨大。
由于该减压阀平时是静止状态，冬季润滑油流动性差， 在试验联锁时错油阀有时不动作，MIC-22减压阀经常打不开或延时才打开，需要对润滑油路进行加热才能保证MIC-22减压阀正常动作，成为安全隐患。
打破原MIC-22液动执行机构的布局，原液动执行机构还有一套液压油系统和相应的油压联锁，导致故障点多，改为气动执行机构后可省去繁琐的液压油系统，使其更合理、更优化的同时减少了故障点。
将MIC-22液动执行机构改为气动执行机构，阀体不变，联锁动作形式不变，使其运行更加安全可靠。
根据MIC-22减压阀原设计工艺要求、执行机构的改造需求， 攻关组同Masoneilan公司深入交流， 最终选定Masoneilan 86系列双作用气缸执行机构，带储气罐，并配有智能定位器SVI2AP。该执行机构的技术特点如下：
a. 阀门在0%～100%行程范围内可以任意开关， 联锁动作时能够在1.2 s内由全关到全开位置；
b. 气源故障时阀位开，保证阀门达到Ⅴ级泄漏量；
c. 联锁采用事故安全型；
d. 智能阀门定位器防爆等级EXiaIICT5，防护等级IP65，耐温范围-40～60 ℃；
e. 执行机构带手动机构，能够使阀门在全行程范围内任意开关；
f. 执行机构风线管采用不锈钢管， 主风线采用3/4″（1″=2.54 cm）白钢管，螺纹连接，控制风线采用ϕ12.7 mm×1 mm白钢管，卡套式连接。
将原液动执行机构改造为Masoneilan 86系列双作用气缸执行机构并配置储气罐，配智能定位器SVI 2 AP-22123121、大流量过滤减压阀、放大器、换向阀、止回阀及放空阀等，通过气路配置实 现联锁动作要求，如图3所示。
图3 改造后的MIC-22减压阀气路
化肥厂2014年冬季立项攻关解决MIC-22液动执行机构不动作问题，2015年仪表和工艺组成的攻关组一同考察调研同类型化肥企业，考察后攻关组制定详细的技术方案，经多次论证确定最终方案。
2016年初，气动执行机构到货后，攻关组在大庆石化公司机械厂控制阀维修车间进行调试，初次试验调节阀全行程时间为2 s，达不到秒阀的技术要求。
攻关组对部分气路进行优化，由于事故状态下该阀具有调节功能，把联锁动作放在DCS中实现，当联锁逻辑动作时，给智能定位器一个强制20 mA信号，将阀门快速打开，同时减掉部分气动元件、缩短阀门动作的时间。
改造后，测试减压阀全行程时间在1.2 s内，满足装置生产要求。
2017年3月30日择机更换，2017年4月1日开始运行，运行至今没发现任何问题。
合成气压缩机103-J出现问题跳车，MIC-22调节阀在1.5 s时间内不打开，将造成中压蒸汽压力不够，空气压缩机101-J、原料气压缩机102-J和冰机105-J停机；
锅炉给水泵104-J/JA停泵，造成水碳比联锁动作，装置停工。
合成装置停工最快恢复生产需要11 h， 按100%负荷每小时生产60 t合成氨，每吨氨3 000元计算，损失207.9万元。尿素停工6 h， 每小时生产尿素51 t， 每吨1 750元计， 损失53.5万元。期间合成氨装置生产用的原料气需要排放掉，约63 000 m3/h，原料气价格为1.98 元/m3，原料气排放损失137万元。
化肥厂MIC-22液动执行机构改气动执行机构项目的总投资为23万元。
因此， 该项目的直接效益为207.9+53.5+137-23=325.4万元。
采用双作用气缸执行机构实现液动执行机构的动作时间要求，优化了调节阀结构配置，在103-J联锁动作时，MIC-22在1.2 s内快速打开， 达到秒阀要求。
通过技改解决了冬季气温低，驱动油流动性差，导致错油阀不动作的问题，保障了安全生产。一旦MIC-22故障，处理不及时，极易导致高压设备和高压管线的损坏，不但会造成大量的经济损失，还存在伤人事故发生的风险。
而且，装置停车现场会存在大量的放空、噪声，会对周边的居民和环境造成严重危害， 本次改造消除了漏油引起的火灾隐患和环保隐患，在全国同类型大化肥装置中，是首次应用，具有一定的借鉴意义。
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