1、前言

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

　　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)，當粉狀的產品在反應器床層堆積一定量時，自動控制產品排料系統(ProductsDischargeSystem)即PDS系統排料，所以產品排料閥也稱PDS閥，一般反應系統配帶二套PDS系統，見下圖。

　　1#PDS系統和2#PDS系統是對稱配置的，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控制系統或獨立的PLC系統控制PDS系統的閥門按順序動作，即當反應器內的聚合物粉料生成一定的量時，控制系統啟動PDS系統排料，PDS閥門按邏輯順序動作實現產品的排放。當PDS系統中的任何一個閥門動作不到位或故障，該PDS系統將無法正常操作。

2、PDS閥門面臨的挑戰

　　由于工藝技術的特點和要求，PDS閥門面臨如下挑戰：

　　1)極高的動作頻率和循環次數。閥門由PDS控制系統控制每年動作次數約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)大量聚合產品顆粒，對閥門密封面的極度磨損。反應生成的粉狀顆粒產品，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是一個專業從事特種耐磨球閥生產的企業，它在1980年開始與UNIVATION工藝開發PDS球閥，目前該工藝上絕大多數裝置均采用它的PDS閥門，其卓越的性能和優異的品質，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從而導致聚合產品的自聚。

　　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、工作壽命長等優點，其動作次數能確保四百萬次以上，滿足長周期運行的需要。

4、PDS閥門的技術經濟特性

　　PDS閥門的可靠性對裝置的生產非常重要，不僅關系到裝置的穩定運行，還直接關系到裝置的經濟效益。

　　以年產30萬噸的裝置為例，按年運行8000小時計算，平均產量37.5噸/小時，一般一個反應器配置兩套PDS系統，任何一條PDS系統的閥門泄漏或故障時需要停該PDS系統檢修，此時裝置需要先降負荷，一般操作降量在40%左右，直接造成裝置減產量為：37.5噸/小時*40%，即15噸/小時，同時閥門的檢修及PDS產品罐清掃檢修平均按24小時計算，產品價格按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系統中同時各出現一個PDS閥門故障，此時裝置需要注入終止劑，裝置停產的損失更大，對裝置的生產安全的威脅也更大。

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

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，都能滿足連續運行的需要，早期的PDS閥門全部采用的LYTON的軟閥座，氣動執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的流化床工藝裝置，裝置的規模也越來越大，產品的牌號也越來越多，如聚乙烯裝置產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生自聚，即自聚能力更強，顆粒硬度更大，同時由于裝置的產能大而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引進了二條UNIVATION工藝的生產線，一條線生產低密度聚乙烯，一條線生產高密度聚乙烯，二條生產線都采用比德國ARGUS便宜40%的其它品牌的PDS閥。投產不到二個月，高密度裝置的PDS閥先后出現問題，主要是閥門卡死和泄漏，賭塞PDS系統罐和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，生產低密度聚乙烯的生產線幾乎不切換牌號，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

　　隨著裝置的生產規模增大，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，在日常生產中，一定要有充足的備件。為了減少庫存又能滿足生產需要，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，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，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。

　　定期現場巡檢。定期現場巡檢，發現PDS閥門動作時間明顯延緩，或動作出現卡澀現象，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值都經過嚴格的計算。

7、PDS閥門的發展趨勢

　　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展，PDS閥門也跟隨發展，以適應和滿足工藝技術的要求，在生產中對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。