炼油厂往复式压缩机气阀故障分析及预防措施

黄晓勇

[摘  要]往复式活塞压缩机在炼油、化工、天然气加工和输送过程中占有重要的地位。本文针对炼油厂重整加氢装置氢气压缩机在运行过程中、检修中存在的气阀故障，进行分析并提出相应的预防措施，旨在延长设备的使用周期，提高操作人员、设备管理人员、维护、检修人员的操作技能，实现设备的安、稳长周期运行

[关键词] 往复式压缩机 气阀  故障分析  预防措施

[引  言]气阀是压缩机中最重要的易损件之一，它的性能优劣直接影响到压缩机的排气量、功率消耗和安全运行。如排气阀漏气会使压缩机出口气体的温度升高，排气量降低，影响正常的生产运行;若破碎的阀片或弹簧进入气缸会损坏活塞及气缸，降低设备的使用时间，直接影响生产平稳、长周期运行和经济效益。为此，不断提高操作人员、设备管理人员和维护人员，对设备出现的常规故障的综合分析和判断水平，实现炼油、化工装置“安、稳、长、满、优”的运行目标。

一、气阀的组成及工作原理

1.气阀主要由以下零部件组成。

（1）阀座：气阀的静止密封元件。

（2）阀片：压缩机气阀的启闭密封元件，常用2Cr13、3Cr13或1 Cr18Ni9Ti等不锈钢材料，也可用纯聚四氟乙烯、尼龙6等非金属材料。

（3）气阀弹簧：压缩机吸、排气结束时，弹簧推使阀片及时落到阀座上形成密封，同时缓冲阀座、阀片密封面开启时对升程限制器产生的冲击力。

（4）顶开器（升程限制器）：限制阀片开启的最大升程，其顶开器上的导向块对阀片的启闭进行导向，即只允许阀片作垂直于阀座的起落运动，作为安置弹簧的底座。

2.工作原理。

进排气阀的工作过程是类似的，现以进气阀为例说明气阀的工作过程。活塞由外止点（活塞离曲轴旋转中心最远距离处）向内止点运动时，位于活塞左侧（缸盖侧）与缸盖之间的空间变大，残余的气体开始膨胀降压，气缸内压力变小，气缸与进气腔之间的压力差作用于气阀阀片上，当压力大于气阀弹簧力时，阀片离开阀座密封面，气体通过产生的间隙进入气缸，压缩机吸入压缩介质，在气流的压力作用下继续推动阀片上升，直到气阀阀片撞到顶开器，活塞在接近压缩机气缸内止点时速度逐步降低，进气流量、速度和气流产生的压力也相应减少，当压力差不足以克服气阀弹簧力时，气阀阀片离开顶开器，在弹簧力的作用下逐步进入关闭状态;活塞由内止点转向外止点运动，缸内气体被压缩而压力逐步升高，气缸内压力大于排气阀弹簧力时，排气阀阀片离开阀座，排出气体。

二、气阀损坏的原因分析

1.阀片损坏。

（1）材料机械性能缺陷。阀片是往复活塞式压缩机中气阀的重要部件之一，它的好坏直接影响压缩机的工作。 阀片工作时承受着交变的冲击载荷，并承受腐蚀、磨损、高温等综合因素的作用，因此大部分损坏的阀片都是径向断裂或局部剥落并伴随有磨损，为了提高阀片的使用寿命，阀片应具有较高疲劳强度、冲击性、耐磨性和抗腐蝕性。

（2）疲劳造成损坏。

阀片在吸排气过程中主要承受两种载荷。一种载荷是由气体压力差引起的静载荷，在这种静载荷力的作用下，阀片会产生永久性弯曲变形，由于往复式压缩机与生俱来就有的压力脉动变化规律（气缸内的压力由较低的吸气压力变化到较高的排气压力），则加剧了阀片的疲劳破坏;另一种是为撞击载荷，吸排气过程中在阀座和升程器之间来回跳动的阀片，会受到阀座和升程器的撞击产生弯曲变形。

（3）输送介质或压缩气体引起腐蚀。

阀片在工作过程中受到输送介质的冲刷，会破坏阀片表面造成金属表面出现部分麻点或空洞，引起阀片与阀座密封不严加速阀片损坏。

2.进排气气阀的弹簧损坏。

阀片在工作过程中与气阀升程器频繁接触，气阀弹簧由于受压缩不断变化，压缩机活塞往复运行一周，气阀弹簧则由预压缩力（阀片全闭）变化到最大压缩力（阀片全开），气阀弹簧在这种脉动的不断循环变化的载荷作用下，弹簧也是最易损坏的气阀零部件。在压缩机工作过程中气阀经常会出现“咳嗽”现象，多数是由于弹簧与升程限制器的导向面配合在安装过程中过松或过紧而产生的故障，装配时过松会引起气阀波形弹簧的剧烈跳动（常见径向运动）和周向旋转，造成弹簧磨损，产生永久变形甚至折断，而过紧的装配会引起波形弹簧卡死，长期会造成波形片折断，也会引起压缩机的气阀损坏。

3.降低压缩机冷却效果。

压缩机处于正常工作状况时，气缸内吸气温度正常，水套冷却水的冷热交换效果是排气阀排气温度高低的关键环节，冷却介质若是采用循环水作为冷媒时，循环水在密闭的环境、适宜的温度下，经过长时间运行易滋生生物或引起水腔结垢，流通孔径会越来越小，导致冷却效果不好，尤其到了夏季外界环境温度升高，引起排气温度过高，排气阀气阀弹簧、阀片工作条件恶化，致使气阀弹簧、阀片损坏。

4.安装质量差。

在装配过程中若出现气阀漏气，则使高温、高压的气体倒流入气阀，使气阀的工作条件恶化，也可导致阀片、弹簧的损坏。

三、防止气阀损坏的预防措施

1.合理选择弹簧材质。弹簧最好用不锈钢弹簧钢丝来制造，以保证性能的稳定性，增强弹簧承受脉动和循环载荷的能力。

2.调整弹簧力。为减轻阀片受到阀座和升程器的撞击，可在升程器上镶嵌橡胶圈来缓冲撞击力，或适当增加弹簧力。

3.优化阀片材质。阀片使用尼龙阀片，可有效提高使用寿命。

4.及时检修。定期对气阀阀片、弹簧进行检查清洗。如果气阀弹簧损坏，则该气阀所有弹簧应同时更换。

5.加强散热。防止循环水过脏，定期清洗冷却水套。

6.提高安装质量。杜绝因气阀装配不良而引起的阀片、弹簧损坏的现象发生。

7.严格控制介质组分。在操作中防止出现气包液、气带液等现象发生，定期对破沫网进行检查、清扫，加强脱液。

三、结束语

在生产运行过程中，我们只要严格按照设备操作规程进行操作，对压缩机气阀常见故障加强分析，认真查找产生故障的原因，及时维护保养，就可以延长压缩机的正常运行时间，减少设备故障，能够为企业的长周期生产提供保障。

参考文献：

[1]王海洋，李蒙.重整加氢装置压缩机常见故障分析与处理[J].工程技术（引文版），2016（11）：00126-00126.

[2]宋天民 《炼油厂动设备》中国石化出版社  2006年1月   第一版

[3]吴军超 《往复活塞式压缩机常见故障的分析》化工装备技术 2007年4月 第一版

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