6M40 型焦爐氣壓縮機氣閥故障分析

郭 利 王 君

作者通聯：山東兗礦國際焦化有限公司 山東兗州市新兗鎮國際大道1號 272100

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6M40-490/25.5-BX（六列四級對稱平衡）型焦爐氣壓縮機，特點為各列氣缸水平布置并分布在曲軸兩側。壓縮機組為甲醇裝置供原料氣，作為壓縮機易損件的氣閥一直是造成機組故障的主要部件。

一、氣閥結構及常見故障

1.氣閥結構

焦爐氣壓縮機氣缸上裝有進排氣閥，它們是控制壓縮機氣缸進氣和排氣的關鍵構件，氣閥主要由閥座、閥片、彈簧和閥蓋（閥片的升程限制器）組成，見圖1。

排氣閥的結構與吸氣閥基本相同，兩者僅是閥座與升程限制器的位置互換而已，吸氣閥升程限制器靠近氣缸，排氣閥則是閥座靠近氣缸。

2.常見的氣閥故障

常見的氣閥故障有：閥片破裂和磨損；彈簧失效或斷裂；閥座與閥片密封不嚴。

圖1 吸氣閥結構

二、氣閥故障原因分析

1.交變應力造成疲勞損壞

閥片損壞主要是交變應力作用造成的疲勞損壞。閥片所受交變應力有閥片撞擊在升程限制器及閥座上的撞擊力，閥片運動時因閥片浮動顫振而產生的高頻顫振應力及氣閥關閉時閥片兩側壓力差而引起的低頻彎曲應力。

2.氣閥彈簧力的強弱

彈簧力太弱，引起閥片延遲關閉，即閥片受氣體力的作用后在應該關閉的時候未能及時關閉，使氣體倒流，影響排氣量，而且需更大的氣體力作用后才會關閉，此時閥片的撞擊速度比正常速度快，閥片對閥座的撞擊力大，易產生疲勞損壞影響氣閥壽命；彈簧力過強，閥片不能全開，空中浮動的閥片不僅增大流動阻力，而且高頻顫振應力導致閥片損壞。

3.介質的影響

（1）介質中帶液（主要是帶油）會對氣閥造成液擊和油粘滯兩種危害。液擊是指介質中的液滴在高壓氣體的作用下，對氣閥的各個零部件造成沖擊，尤其對閥片損壞更為嚴重。閥片上有鼠咬狀創傷，就是典型的液擊造成的傷害。油粘滯是指介質中的油液在氣閥閥片與閥座之間形成的油膜產生較大的吸附力，造成閥片的傾側運動和延遲關閉，使閥片產生疲勞損壞，閥片外緣發生斷裂，就是由于介質帶液后造成油粘滯，閥片傾側運動形成的疲勞損壞。

（2）雜物和粉塵會堵塞槽道和影響閥片的自由運動，會對氣閥造成沖擊，使氣閥零件損壞。

（3）焦爐氣中H2S、CO2等介質具有腐蝕性，同時氣流以較高的速度沖刷閥片容易造成閥片表面組織破壞，產生腐蝕，出現麻點或凹坑。

4.氣缸潤滑

如果壓縮機注油太多，過量的潤滑油積蓄在氣閥里形成油粘滯，導致氣閥閥片因為延遲關閉或延遲開啟而損壞。

5.氣閥安裝因素

氣閥安裝前，應檢查閥片和彈簧是否斷裂、扭曲、變形及彈簧是否還有彈性，如果有上述情況，則更換零部件。氣閥在安裝中是否按標準進行安裝，例如：在氣閥固定螺栓時未按要求緊固，緊固力小于螺栓預緊力預設時，氣閥螺栓很可能在運行過程中發生松動，造成壓縮機氣閥撞擊力過強而損壞氣閥，緊固力大于螺栓預緊力預值時，在工作中閥片沖擊力載荷與預緊力會超過氣閥螺栓的強度，導致螺栓斷裂。

6.閥片自身質量

閥片由于材質、加工工藝等原因，在載荷作用下易產生疲勞損壞，如閥片不平整、翹曲等。

7.各級冷卻器換熱效果差

受循環水水質等影響，焦爐氣壓縮機各級冷卻器在長時間運行后管壁結垢，冷卻效果越來越差，尤其在夏天，排氣溫度達到135℃，使氣閥工作條件惡化，常常導致氣閥損壞。

三、防治措施

（1）加強工藝管理，嚴格控制溫度、壓力指標，穩定工況，防止帶油帶水。

（2）加強氣閥狀態檢測，重點做好閥蓋溫度、氣閥運行噪聲及工藝運行參數變化監測，對設備運行狀況做到心中有數，合理選擇時機檢修或更換氣閥。

（3）減少或優化壓縮機注油量。確保油氣分離器、冷卻器等設備正常工作。利用技改裝置，進一步深度凈化焦爐煤氣。

焦爐煤氣主要成分為氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等，另含有少量氮氣、不飽和烴、氧氣、焦油、萘、硫化物、氰化氫、氨、苯等雜質，為將雜質在進入焦爐氣壓縮機之前進行清理，延長焦爐氣壓縮機穩定運行的周期，2008年公司對煤氣預處理系統進行技術改造，在原煤氣凈化系統的基礎上新增了3 臺電捕、洗苯塔、常壓脫硫及低溫水洗系統，流程見圖2，圖2中數字代表新增裝置。

圖2 煤氣預處理流程圖

（4）加強檢修管理。壓縮機氣閥屬易損件，應提高維護技能，精心維護，才能延長氣閥的使用壽命，例如：氣閥安裝前要確認氣缸、管路、閥窩等徹底清洗干凈；氣閥安裝前按標準試漏；不同廠家或型號氣閥嚴禁混裝在同一壓縮機上；檢查閥片和升程限制器導軌配合處磨損，徑向位移應＜0.5mm，否則應報廢；氣閥更換內部零件時，不能只換某一部分，必須全部更換。

（5）將原3Cr13 閥片換成PEEK 閥。6M40 焦爐氣壓縮機氣閥原設計閥座、閥蓋材料為45/NiP，閥片材料為3Cr13，彈簧為不銹耐酸彈簧鋼絲。2009年公司改用具有高機械強度、耐高溫的PEEK（聚醚醚酮）塑料閥片，PEEK 閥片能夠較好地適應焦爐氣工況，并與公司6M40 型焦爐氣壓縮機技術參數相匹配，與原金屬閥片比較，PEEK 塑料閥片密度小，沖擊力小噪聲低，自潤滑和密封性能好，耐磨性和柔韌性良好。耐熱性（熱變形溫度達到300℃以上），耐疲勞和耐酸堿性及通流特性優于金屬閥片，能有效降低能耗。從使用情況看氣閥的壽命約提高了4 倍。

四、建議

（1）在氣閥設計時適當增厚閥片，合理調整彈簧力，適當增加閥座的通道面積，在氣閥蓋上加工防粘槽。

（2）依據氣閥的運動規律及設備的實際狀況，使用更科學的新型氣閥，從改變彈簧力和彈簧布置等角度，盡量提高氣閥的使用壽命，例如賀爾碧格公司的雙緩沖結構氣閥和CT 閥等。