氣閥對往復式壓縮機的能耗影響與解決措施

郝虹晶 劉大功

摘 要：往復式壓縮機是一種容積型壓縮機，具有熱效率高、能耗低、造價低廉、系統構成簡單等特點，被廣泛應用于工業生產中。氣閥屬于這一機器設備的重要部件，與往復式壓縮機運行平穩性與經濟性密切相關。在跟蹤調查了往復式壓縮機的運行、保養、維修情況后，發現氣閥是機組中最容易損壞的部件之一，而且機組在氣閥損壞期間能耗會顯著升高，故而，應重點加強對于氣閥的保養、維修，降低其損壞幾率。

關鍵詞：氣閥；往復式壓縮機；能耗影響；解決措施

往復式壓縮機是一種通過氣缸內活塞或隔膜的往復運動，使得缸體容積周期性變化從而實現氣體增壓及輸送的機器設備。作為一種在工業生產中較為常見的機器設備，往復式壓縮機的正常運行，與各部件能否協調配合有著緊密的聯系，而在所有的構件中，氣閥由于工作環境較為惡劣，而且工作量比較大，故障幾率較高，因此，往復式壓縮機能否正常運行，或者運行經濟性如何，與氣閥有著很大的關聯[1]。往復式壓縮機的運行穩定性和經濟性，會直接受到氣閥設計合理性、使用操作恰當性及使用年限的影響，為了提升往復式壓縮機的運行效益，應該加強對于氣閥的管理，分析該構件對于往復式壓縮機能耗的影響，并提出合理的解決措施，優化往復式壓縮機氣閥保養及維修策略。

1.復式壓縮機氣閥概述

作為影響往復式壓縮機運行平穩性與經濟性的重要部件，整機質保20年，連續運轉3年無大修，氣閥保證連續運轉8000小時。一個質量上乘的氣閥，能夠使用超過8000h，而且節能高效、噪音小、升溫慢，甚至可以進行二次翻新利用，就其生命周期而言，經濟適用性好[2]。當然，也有一些氣閥，質量較低，導致無法達到規定的連續運轉時間，而且，有調查顯示，超過50%的往復式壓縮機停止運轉都是因為氣閥的損壞。因此，加強氣閥質量的把控，優化氣閥構件選材與設計，對于減少往復式壓縮機停機次數，優化生產效益有著積極意義。

2.氣閥對往復式壓縮機的能耗影響分析

為了分析氣閥對往復式壓縮機能耗的影響，跟蹤記錄了2015年至2017年某廠4臺JGD/4-3型壓縮機組的運行情況，每臺往復式壓縮機共用45個氣閥，共有氣閥180個。在這三年內，作業人員嚴格按照《JGD/4-3 型往復式壓縮機操作手冊》及《多級組維修保養制度》 要求，按照“養修并重，預防為主”的原則，根據壓縮機級別對其進行定期維修保養，經過對比分析后，發現機組中最容易損壞的部件，就是氣閥，在2015年至2017年，氣閥更換數量逐步上升，從最初的24件，上升到30件，再上升到46件。

根據往復式壓縮機運行跟蹤記錄，可得到以下結論：①隨著設備運轉時間的延長，氣閥損壞、更換數量呈逐年遞增趨勢；②根據氣閥損壞結果來看，同級排氣閥在更換數量上，明顯大于進氣閥，不過大部分進氣閥并不是因為損壞，而是因為使用年限或保修期限已至，所以需要更換；③根據 《多級組維修保養制度》 、《氣閥維修更換統計表》的統計分析結果，往復式壓縮機中氣閥損壞、更換數量最多的，是機組一、二、三級氣缸正下方的兩組排氣閥；④在夏季，氣閥損壞更換數量較多，明顯多于冬季；⑤維修人員將損壞的氣閥拆解后，發現在造成氣閥損壞的主要原因，是柱彈簧及閥片出現問題，無法正常作用。進行整體分析后發現，當氣閥損壞時，往復式壓縮機的電量值明顯高于正常機組，氣閥損壞期間整體能耗顯著上升[3]。

在通過長期的跟蹤記錄，分析JGD/4-3 型往復式壓縮機氣閥的維修、保養記錄后，對上述結論進行了解讀，具體結果如下：①在一個保修周期內，氣閥的運行時間會隨著整體機組運轉時間的持續而延長，因此受到機械磨損、氣流脈動的影響也就越大，壽命會因此逐漸降低，而且，其損壞幾率還會受到溫度、壓力等作業因素的影響，比如說同級進氣溫度、壓力均低于排氣，作業在相同工況下，同一氣缸內的排氣閥受損程度更高，壽命明顯短于進氣閥，因此損壞更換數量同期內更大；②在各級氣缸中，氣缸內的雜質 （積碳、破損閥片等）受到重力沉降作用在中間下方掉落幾率最大，故而多從正下方排氣閥排出，所以這些氣閥的受損程度也相對較高，損壞幾率大，再加上雜質的影響，正下方氣閥溫度比其它排氣閥普遍會高上3～5 ℃，進一步增加損壞風險；③氣溫的高低會影響氣閥來氣量，在往復式壓縮機中，夏季氣閥來氣量為28000至30000m3/h，冬季氣閥來氣量則為24000至26000 0m3/h，這種差異導致了出口壓力差異，在夏季，每臺壓縮機的出口壓力為3.3至3.5 MPa，冬天則相對更低，為2.8至3.2 MPa，損壞幾率降低；④在往復壓縮機的氣閥中，只有柱彈簧和閥片是活動部件，會在活塞作用下通過氣體壓力不斷重復伸縮及開關動作，大量運動使得其壽命縮短；⑤氣閥屬于單流閥，一旦內部構造損壞，氣閥開度出現異常，開關不到位，就會引起氣閥竄氣、憋氣，表現為出口壓力升高，影響到往復式壓縮機機組的整體耗能，使得其電量值升高。

3.復式壓縮機氣閥的保養及維修策略

針對氣閥對于往復式壓縮機能耗的影響，以及機組中氣閥運行特點及損壞特征，針對JGD/4-3 型往復式壓縮機氣閥，可采取以下保養及維修策略：①在日常巡回檢查中，合理應用氣閥測溫法、測振法，對比不同機組同一位置氣閥在溫度、振動上的差異，對比同一機組不同位置氣閥在溫度、振動上的差異，若發現參數異常情況，應該及時查找原因，更換構件，以免氣閥故障引起停機；②在壓縮機的各級修保中，以排氣閥為重點檢查對象，尤其是機組一、二、三級氣缸正下方的兩組排氣閥，如果這些排氣閥在一個保修期內未更換，到期限后應及時更換。更換下來的氣閥，若經檢查還存在未損壞的零件，可拆解下來再次利用，只將其中的易損件、疲勞件比如說柱彈簧、閥片等更換下來；③閥片在長期運轉情況下，由于震動作用，容易破損，我們可以用耐高溫、耐震的聚醚醚酮材質閥片，替換原耐高溫材質閥片[4]。

4.結語

往復式壓縮機是一種容積型壓縮機，主要分為活塞式壓縮機和隔膜式壓縮機兩種類型，具有熱效率高、能耗低、造價低廉、系統構成簡單等特點，被廣泛應用于工業生產中，但同時，這一設備也并存著檢修工作量大、維修費用高的特點，且其中主要構件氣閥發生故障的幾率尤其高[5]。氣閥是一種自動閥是往復式壓縮機的心臟，其結構和性能將直接決定往復式壓縮機運行的平穩性和經濟性。在每一臺往復式壓縮機上，都有著大量的氣閥，為了便于氣閥的管理，最好能夠進行閥位編號，并且用字母A、B分別代表出氣閥和排氣閥，便于進行測溫、測振及更換記錄管理，降低氣閥損壞幾率，避免因為氣閥故障造成的停機，從而降低往復式壓縮機機組能耗，實現運行效益優化。

參考文獻：

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[2]梁威，王振民，汪峰，謝輝，郭立剛.焦爐尾氣制LNG裝置原料氣壓縮機的經濟性選型探討[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（18）：122-124.

[3]金華強，顧江萍，黃躍進，孫哲，沈希.排氣壓力脈動的全封閉往復式壓縮機轉速測量方法[J].中國機械工程，2018，29（17）：2060-2068.

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[5]溫立憲，蔣海濤，呂海霞，李增增，劉佳，王浩，郝麗，楊琴.往復式壓縮機出口天然氣溫度控制措施研究[J].石油化工應用，2018，37（06）：84-88.