往復式壓縮機氣閥故障原因分析及預防措施

梁小青，向清林，陳 蘭，邱宗毅

（中石油西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川瀘州 646000）

0 引言

增壓開采是天然氣生產的一個重要組成部分，是氣田開發后期生產的基本保障。因此，按時高質量的精準維護保養壓縮機，是降低壓縮機故障率、延長壓縮機使用壽命，確保壓縮機安全、可靠、高效運轉的必要保證。氣閥是往復式壓縮機的重要零部件之一，同時也是往復式壓縮機最容易出現故障的零部件之一。往復式壓縮機的運行能否安全、平穩、經濟可靠，在很大程度上取決于氣閥的完善性。氣閥的設計、制造、使用和維修，對往復式壓縮機的可靠性、容積流量、能耗影響較大。在氣田開發生產中，壓縮機經常因氣閥故障導致頻繁停機，對天然氣生產造成很大的影響，同時氣閥的換件成本占整個配件材料費消耗的45%，因此對氣閥故障進行合理分析，提出相應的保養制度，對延長氣閥使用壽命、降低生產成本，對天然氣生產的挖潛增效有著十分重要的現實意義。

1 氣閥的結構與原理

壓縮機氣閥一般由閥座、閥蓋、閥片、緩沖片、彈簧、定位銷、導向環、升程限位器、固定螺栓等部位組成。按照閥片形式一般分為網狀閥、環狀閥及蘑菇閥，按照氣閥功能主要分為進氣閥和排氣閥。壓縮機活塞每完成一個沖程，進排氣氣閥各自打開關閉一次，從而完成氣體吸氣、膨脹、壓縮、排氣4 個工作過程，進而開始下一個工作循環。目前，絕大多數往復式壓縮機的氣閥，都是利用氣閥前后形成的氣體壓差克服氣閥彈簧力而自行開啟的自動閥。當氣閥前后壓差大于彈簧力時，氣閥開啟；當氣閥前后壓差小于氣閥彈簧力時，氣閥關閉。運動狀況如圖1 所示：進氣過程中，P外＞P內，Fg＞Fs，閥片下移，氣體進入氣閥及氣缸；隨著氣體的逐漸進入，P外=P內，Fg＜Fs，閥片上移，阻止氣體的繼續進入。

圖1 氣閥運動狀態

2 氣閥常見故障原因分析

2.1 介質原因

（1）由于長輸管線本身含有焊渣、固體顆粒等雜質，加上長期運行管輸介質對輸氣管線的腐蝕產生較多的雜質，以及含硫天然氣產生硫化物粉末。氣體進入氣閥前的分離器分離效果不佳，不能有效分離氣體中的液體及固體雜質，粉末、固體顆粒等雜質隨原料氣進入壓縮機沖擊氣閥閥片，造成閥片坑蝕、變形甚至斷裂，加劇氣閥閥片磨損，造成氣閥損壞。

（2）氣田開采后期，原料氣中含氣田水多，起泡濟不易分離干凈。起泡劑與鹵水發生反應后的垢物隨原料氣進入壓縮機使氣閥的開閉時間和閥速發生變化從而損壞氣閥。

（3）原料氣組分發生變化，在原設計為不含硫的管線和壓縮機的原料氣中含有硫化氫，或者原設計原料氣中含硫化氫含量劇增，在運行中超過了氣閥螺栓的抗硫標準，使氣閥螺栓斷裂，造成氣閥損壞發生事故。

2.2 人為因素

（1）氣閥組裝時螺栓的擰緊力矩不正確。氣閥組裝時，由于螺栓螺母直徑不同，氣閥尺寸不同，對擰緊力矩都有相應規定和要求。擰緊力矩過小容易造成氣閥泄漏，擰緊力矩過大甚至超出螺栓的許用應力，將造成螺栓還未使用就已經發生不可回復性的拉長變形甚至斷裂，影響使用壽命。尤其是對于小尺寸的氣閥，這種情況更容易發生。

（2）氣閥安裝定位不正確。在氣閥安裝作業時，要求壓閥罩與氣閥緊密貼合，氣閥閥窩必須清理干凈，保證其閥窩光潔、平整。閥蓋緊固作業時必須按照力矩要求對角交替緊固閥蓋螺柱螺母，保證閥蓋垂直壓緊。擰緊力過小易造成氣閥未被壓緊，氣閥在閥窩內上下左右竄動，導致泄漏以及機組運行時閥蓋松動，增加螺栓、螺母所受的交變載荷，最終導致斷裂；擰緊力過大則造成氣閥、壓圈、閥窩以及密封墊由于承受過大的載荷而損壞。

（3）氣閥螺栓與壓閥罩安裝配合不當。氣閥安裝與操作不當是造成螺母松動、斷裂的主要原因。現場通過對壓閥罩加壓來實現氣閥的密封與定位，施加的壓力來自閥蓋上的4 根螺栓，螺栓為普通螺紋，自鎖性差，加工精度低，與螺孔配合容易軸向松動，在擰緊螺帽時對螺絲產生上拉作用，導致氣閥工作時在閥腔內急速跳動，造成很大的沖擊力，使閥片折斷，密封破壞造成泄漏；損壞的墊片掉入氣閥后，卡住閥片，使之變形，造成氣閥關閉失效，降低氣閥壽命。高溫氣體反復壓縮而又不能及時排出，甚至影響吸入溫度，如此反復，排氣溫度會不斷上升，進一步造成氣閥損壞。

（4）氣閥拆裝時重復使用自鎖螺母。為確保氣閥正常使用時螺栓不松動，通常采用安全系數較高的自鎖螺母。自鎖原理是在適當的擰緊力矩作用下，螺母上部兩條橫槽間的間隙發生位移，使螺母材料產生一定的永久變形，對螺母的松脫形成一定的阻力，從而實現自鎖。對于使用過的自鎖螺母，由于橫槽已經發生過一次變形，不再具有自鎖功能，如果再次使用會降低螺母聯接的安全性。為了保證螺栓、螺母不會提前失效，對螺栓、螺母的材料、結構、與閥座、閥蓋的螺紋旋合長度、初始安裝力矩等都有一定要求和規定。

3 氣閥故障預防措施

（1）提高設計能力。設計壓縮機氣閥時，要全面掌握氣閥使用工況、現場條件、參數要求以及后期預測，合理選擇氣閥結構及材料，并對設計的氣閥進行復核，檢查其是否滿足現場參數以及工況要求，對設計不合理的情況及時修正，按新數據重新設計。

（2）對介質進行預處理。保持介質進入前的純凈性和穩定性，如保持供氣壓力的穩定，減少波動；增設分離效果更好的分離器或過濾器，定期或者根據介質差壓更換或者清理過濾器濾芯，及時排污，及時脫除液體及固定雜質，提高介質純凈度等。

（3）做好安裝維護工作。裝配前進行清洗，將閥座、閥蓋等配件清洗干凈；配件檢查時要仔細檢查閥座密封面，以及閥片、緩沖片、彈簧等配件，密封面不好的要研磨或者更換，原則上是閥片、緩沖片、彈簧同時更換；彈簧和閥片裝入后，應按壓幾次閥片檢查是否靈活；閥片和彈簧不應有卡阻和歪斜現象；緊固氣閥嚴格按照扭矩標準，同時要保證閥座和閥蓋之間的可靠夾緊，不允許有相對轉動，否則會引起閥片或者緩沖片移位；組裝后的氣閥必須進行氣密性測試，檢查其是否合格。

（4）定期做好預防性維護保養。設備使用過程中，一定嚴格按照修保規程對設備進行精準維護，并嚴格質量驗收。在日常運行中，要求精心巡檢，詳細記錄壓縮機相關參數，發現異常及時上報解決；同時要求對壓縮機精細操作，合理調整參數，確保壓縮機安穩長滿優運行。

4 結束語

氣閥是往復式壓縮機最重要的零部件之一，氣閥出現故障則會影響壓縮機整體工作，因此要求在日常運行中做到精心巡檢、精細操作、精準維護，預防為主、維修在后，確保壓縮機安穩長滿優運行，確保裝置的安全平穩生產。通過近幾年的統計，根據不同的工況，合理制定修保規程，嚴格執行作業標準，做好預防性維護保養，可使氣閥使用壽命延長50%。