往復式壓縮機氣閥失效形式分析及故障診斷

張沖（中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇 泰州 225300）

1 往復式壓縮機氣閥失效形式分析

1.1 閥座失效

往復式壓縮機內氣閥的重要組件就是閥座。其中的閥座能夠與升程限制器一起構成氣閥的空間。氣體需要通過升程限制器與閥座兩者間一起構成的氣體通道，使得氣閥處于開啟運轉狀態。另外其中的閥座與閥片通過接觸的表層一起構成了氣體的密封結構。于這樣的密封構造內，當密封面出現銹跡或者腐蝕等情況時，閥座就會有發生失效的可能。尤其是當壓縮機介質為天然氣時，天然氣的組分非常繁雜，在這樣的混合氣體中會富含硫化物與水蒸氣，而恰恰這兩種因素最易導致腐蝕現象發生，致使閥座表面腐蝕損傷，從而破壞閥座—閥片的密封結構，間接使氣閥失效。

圖1 閥座表面腐蝕損傷

1.2 彈簧的失效

第一，疲勞磨損，彈簧的作用是通過壓縮氣體載荷從預壓縮力逐步變成最強壓縮力，此類的交變應力載荷容易使得彈簧疲勞磨損。第二，摩擦損壞，彈簧在工作期間不斷往復變形，這樣就會和氣閥的彈簧導向孔內壁發生嚴重的摩擦現象，進而使得彈簧摩擦損壞。第三，介質腐蝕：在壓縮機的介質內包含一些腐蝕性較強的氣體，及其容易造成彈簧表層的銹蝕，加快了彈簧的損壞速度。第四，生產瑕疵：也就是說生產彈簧所用的材料不達標或者是在生產過程中工藝不達標。

1.3 閥片的失效

當閥片出現了形變或斷裂等情況時，閥片失效。通過氣閥的結構組成不難得出，彈簧和閥片動作具有聯動性，當彈簧出現狀況時，會導致閥片各處開合力不平衡，在高壓、高速介質氣體沖刷下，閥片會出現變形，嚴重時閥片會斷裂。因此，選取品質較高的彈簧來當作氣閥的元件十分重要。另外，閥片本身的厚薄度和品質均會影響閥片的運行效果。例如，閥片太厚，會使得閥片運行速度變慢；反之閥片太薄，就會使得閥片容易斷裂；如果是品質較差，就會縮短氣閥整體運行壽命。

圖2 閥片及彈簧失效斷裂

2 避免往復式壓縮機氣閥失效措施研究

2.1 保護閥座

從工藝操作方面，要確保壓縮機輸送介質是清潔、不帶液的，從而減小工藝介質對氣閥各部件的腐蝕及沖擊，從而有效維護閥座，進一步延長往復式壓縮機各易損件的使用壽命。

2.2 加強彈簧運行與彈簧結構優化

第一，彈簧力的選取是不是適當：氣閥彈簧力的選取決定著氣閥閥片的啟動與關閉的時間。如果彈簧力太小，就會使得壓縮程序開啟一會兒之后閥片才會整體關閉，容易出現滯后關閉的情況，會直接導致一些已被吸進缸內的氣體順著吸氣閥重新回流到吸氣管線中；如果是彈簧力太大，那么閥片兩頭的壓力差距就沒辦法使得閥片維持一定時長的全部開啟狀態，致使閥片在閥蓋和閥座兩者間往復運行，出現閥片顫動震蕩的情況；而正確的閥片運行必須是維持一定時長的全部開啟狀態，在吸氣沖程完成后閥片正好處在完全關閉的狀態。第二，轉變彈簧的構造：把傳統圓柱形式的彈簧變成圓錐形式的彈簧，這樣的彈簧能夠增強閥片在開啟期間的緩沖力量，尤其是針對轉動速度非常高的壓縮機設備，運用這樣的彈簧能夠降低其工作應力，減小彈簧與彈簧導向孔內壁的接觸從而減小磨損，進而增加其使用壽命。另外，這樣的彈簧也能夠減緩閥片對閥座的沖撞速度和力度，因此同樣也可以有效的增加氣閥的綜合使用壽命。

2.3 重新校核閥片的運動狀態

閥片的升程是否合適：如果升程太大，會使得閥片的沖擊速度過快、沖擊力過大，這種情況非常容易導致氣閥各部件出現疲勞磨損；如果是升程太小，氣體通過氣閥的能量損失比較嚴重，那么氣閥的運行效率就會降低?？偟脕碇v，有關工作人員必須充分檢測往復式壓縮機，認真解析閥片失去功效的因素，進而方便尋找排除問題的方案。

3 往復式壓縮機氣閥的故障診斷方法

在往復式壓縮機的運行過程中，將低壓的氣體介質壓縮為高壓注入系統是壓縮機的作用，而在壓縮機將介質氣體升壓時必需的部件就是氣閥。在壓縮機運轉期間，氣閥無時無刻不在高頻運轉。通過長久的實際調研得出，彈簧與閥片是致使往復式壓縮機氣閥出現故障的關鍵部件。而在氣閥部件發生問題時，壓縮機由于異常的氣閥及壓縮氣流干擾，其自身的其他部件運行也會發生改變，然后產生噪音及機體異常振動等不良問題。另外，由于氣閥的氣密不嚴，壓縮氣體會回竄，導致部分介質氣體會被反復壓縮升溫，導致壓縮機外表的溫度同樣會提升。有關工作者能夠按照以往的工作經驗實時找到問題發生的原因，提前對相關參數進行監測。這時一般會采用采用相應的在線監測及離線監測儀器來檢測壓縮機的振動頻譜及溫度、壓力等數據，然后對相關數據進行分析對比，以此來評判壓縮機的運行狀態，預測各易損部件的壽命，優化壓縮機的運行及檢修周期。采集的數據一般有壓縮機缸體的振動、曲軸的振動、活塞桿的下沉、氣閥的溫度、排氣的溫度以及密封填料的溫度等?？偟膩碇v，有關的工作者必須持續的學習和更新有關氣閥出現問題及應對方式的知識內容，從而充分了解往復式壓縮機出現問題的規律，進一步優化此類設備的運行及維護管理，避免出現不可挽回的事故。

4 結語

對于往復式壓縮機，氣閥本身的功能對往復式壓縮機的正常運行有很大影響。因此，有必要加強對氣閥故障模式的分析，以便更準確地判斷故障原因。