往復壓縮機氣閥故障機理研究

董春玲

（中國石油大慶煉化公司，黑龍江大慶 163411）

0 引言

往復壓縮機是石油煉制和化工行業常見的設備，也是極其重要的設備，但往復壓縮機結構復雜，易損件較多，尤其是氣閥故障最為頻繁，既影響設備正常工作，流量波動，造成生產效率下降。并且機組的頻繁停機維修，給生產帶來安全隱患，同時也增加了維護成本。因此，準確判斷氣閥故障原因，及時采取有效措施處理故障問題，對保障機組長周期平穩運行有重要作用[1]。

1 氣閥故障統計

對異構脫蠟裝置新氫壓縮機機組故障進行統計，機組為意大利新比隆生產制造，型號為4HD/3，三極四列對稱型，入口壓力為1.05 MPa，出口壓力為13.5 MPa，入口溫度30 ℃，出口溫度125 ℃，排量為6863 Nm3/h。氣閥為網狀氣閥，PEEK 材料閥片。

對近10 年來機組故障進行總結，發現氣閥、填料、活塞環為壓縮機的三大易損件，其中僅氣閥故障就占機組故障總數的67%。

（1）根據氣閥功能的故障統計（表1）。根據氣閥吸、排氣功能不同對氣閥故障進行統計，排氣閥故障高于吸氣閥10.3%。

表1 根據氣閥功能不同故障的統計

（2）根據氣閥故障形態統計（表2）。根據氣閥故障形態不同對氣閥故障進行統計，機械故障是氣閥故障的主要形態。

表2 根據氣閥故障形態不同故障的統計

（3）根據氣閥故障部位統計（表3）。壓縮機檢修過程中對故障氣閥進行拆解，可知具體發生故障的部位。根據氣閥故障部位進行統計，可知閥片、彈簧是氣閥故障的主要形態，其他均屬運動部件（圖1～圖2）。

圖1 閥片故障

圖2 彈簧故障

表3 根據故障部位不同氣閥故障的統計

2 氣閥故障原因分析

往復壓縮機排氣閥的工作過程是當氣缸內壓力升高時，自動開啟，完成氣閥的排氣功能，當氣缸內壓力降低時，又會自動關閉保持密閉（圖3）。吸氣閥工作原理與排氣閥相同。氣閥閥片開啟時必須迅速，沒有延遲，關閉時與閥座必須保持良好的貼合，保證密封性[2]。

圖3 氣閥的構造模型與工作原理[3]

從氣閥的工作過程可以看出，氣閥故障最直接的表現就是閥片與閥座密封面失效，或氣閥組件與氣缸閥座密封面失效[4]。氣閥零部件機械特性方面的失效表現如表4 所示。

表4 氣閥零部件失效表現

2.1 閥片失效原因分析

（1）從氣閥工作過程可知，閥片頻繁承受氣流的沖擊和撞擊，周期性彎曲，易產生疲勞斷裂，如果閥片材料選擇不當則抗疲勞強度不足，影響閥片壽命。

（2）與閥片直接作用的彈簧剛度如果設計過大，導致閥片受到過度撞擊，使閥片受損。

（3）彈簧力變弱，閥片發生顫振或閥片閉合不及時，造成排氣量不足，降低壓縮機壓縮效率，減少閥片使用壽命。

（4）彈簧組不均勻磨損、腐蝕，引起閥片不平行啟閉，導致閥片外緣破損。彈簧的工作效果將直接影響閥片的壽命，往往先于閥片失效。

（5）工藝介質帶液，如氣液分離不徹底、注油過多、級間冷卻器泄漏，液體會使閥片受力不均并且發生腐蝕，逐漸失效。

（6）氣體中含硫化氫（H2S）等腐蝕性介質，極易使閥片以及密封面表面的組織發生破壞，出現坑點，造成應力集中，從而導致疲勞破壞。

（7）工藝介質較臟，油泥等固體雜物易堵塞氣流通道，閥片傾斜，無法與閥座平行貼合，受力不均，特別是閥片邊緣局部受到較大應力損壞，氣閥發生漏氣。雜物同樣也會損傷密封面等零部件。氣流中帶有雜質或固體顆粒原因有很多，如工藝操作不當造成催化劑跑劑、介質中銨鹽結晶、管道銹蝕組織被氣流沖刷帶走，這些固體物質如若過濾不充分就會進入壓縮機。壓縮機本體的活塞環、支撐環等易磨損件產生的碎屑也易進入氣閥部件。

（8）機組啟停或是切換過程操作不合理，壓力升降幅度過大、閥片瞬間接受過大撞擊力也會損傷。

2.2 彈簧失效原因分析

彈簧彈簧力減弱，出現磨損、折斷等現象的原因也有多種。

（1）彈簧也是周期性運動部件，受到高頻的交變應力，若材料選擇不當，導致彈簧抗疲勞強度不足，易發生損壞。

（2）彈簧直徑尺寸偏小，對異物及微小創傷抵御能力弱，影響工作效果。

（3）彈簧力設計偏小，無法滿足實際工況，閥片振顫。

（4）升程限制器孔壁尺寸與彈簧不匹配，兩者發生摩擦進而彈簧磨損，易發生斷裂。

（5）工藝介質中夾帶水汽或硫化氫等腐蝕性成分會腐蝕彈簧表面、產生坑點，加快損壞速度，降低使用壽命。

2.3 密封面損傷、結垢原因分析

（1）在安裝過程中，氣閥和閥座接觸面清潔不凈，劃傷密封面。

（2）介質中含液相且流速過大，沖刷密封面。

（3）介質中含固體雜質，并且過濾不充分，隨氣流被帶入密封面，損傷密封面。

（4）介質中含腐蝕性物質，銹蝕密封面。

（5）密封面粗糙度大，易積蓄雜質污垢，造成壓痕。

（6）入口過濾器選型不當或損壞、喪失過濾作用，密封面受到氣流中固體雜質的沖刷而受損。

（7）閥片和閥座表面殘留的潤滑油在高溫高壓作用下結焦或積碳，影響密封效果。

2.4 密封墊斷裂、壓潰原因分析

（1）密封墊片材料或工藝選擇不合理，無法承受實際工況下的壓力、溫度作用影響。

（2）密封墊表面損傷，腐蝕性介質持續沖刷形成溝槽，喪失密封性。

（3）氣閥壓蓋頂絲緊固力過大，超過墊片承受能力。

（4）安裝時密封墊位置有偏差，不均勻受力。

2.5 頂絲松動原因分析

壓蓋頂絲緊固力過小，在壓縮機往復運動作用下會產生螺栓松動。

3 結語

本文通過對異構脫蠟裝置往復壓縮機氣閥近10 年的故障規律進行了統計，結合現場檢修診斷，并閱讀文獻搜集資料，參考其他學者研究成果，總結分析造成氣閥故障的原因，對今后往復壓縮機氣閥的維護以及故障診斷將起到參考指導作用。