韓紅亮

陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安石油化工廠(chǎng) 陜西 延安 727406

在化工裝置生產(chǎn)工序中，增壓回收作為較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是化工裝置連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行的重要條件。對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行有效的運(yùn)維管理，有效減少壓縮機(jī)發(fā)生故障問(wèn)題，增加壓縮設(shè)備的運(yùn)行周期，使其處于安全、高性能、強(qiáng)穩(wěn)定的工況狀態(tài)，成為設(shè)備管理的側(cè)重方向。在壓縮機(jī)中功能較為集中的零部件是氣閥，同樣是故障問(wèn)題高頻出現(xiàn)的零部件，對(duì)其進(jìn)行故障分析與性能維護(hù)，具有較高的研究?jī)r(jià)值。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)的氣閥的結(jié)構(gòu)和故障原理

1.1 氣閥的主要結(jié)構(gòu)

往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)為環(huán)形閥。在各種氣閥中，環(huán)形閥具有較大的優(yōu)點(diǎn)，這是環(huán)形閥被廣泛使用的主要原因之一。據(jù)相關(guān)調(diào)查能夠得知，國(guó)內(nèi)許多化工企業(yè)往復(fù)式壓縮機(jī)采用環(huán)形閥有兩個(gè)主要原因。一是環(huán)形閥結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用后能夠相應(yīng)的簡(jiǎn)化后續(xù)維護(hù)維修工作；二是環(huán)形閥穩(wěn)定性較高，可以較好的滿(mǎn)足往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行需求。

1.2 氣閥故障原理

往復(fù)式壓縮機(jī)的工作原理是通過(guò)改變氣缸體積變化來(lái)控制閥門(mén)。完整的工作周期包括四個(gè)基本過(guò)程：擴(kuò)展、接納、壓縮和疏散。

（1）充氣時(shí)，氣缸體積隨活塞運(yùn)動(dòng)而增大，氣缸內(nèi)壓力減小，氣缸內(nèi)外壓力差增大。

（2）當(dāng)缸內(nèi)外壓力差足以克服彈簧強(qiáng)度時(shí)，進(jìn)氣閥閥片離開(kāi)閥座，直至閥片接觸升限時(shí)，進(jìn)氣閥完全打開(kāi)，缸開(kāi)始吸收空氣。

（3）活塞接近死點(diǎn)位置時(shí)，氣流推力降低，進(jìn)氣閥閥閥片從升降限降到閥座?；钊_(kāi)始向后移動(dòng)，圓柱體中的壓力增大，壓縮過(guò)程開(kāi)始。

（4）當(dāng)排氣閥筒與腔壓力差超過(guò)彈簧強(qiáng)度時(shí)，排氣閥閥片離開(kāi)閥座，直至閥片接觸升降極限時(shí)，閥完全打開(kāi)，缸開(kāi)始排出空氣。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，氣閥板將與氣閥座和升降限制器碰撞，高壓缸內(nèi)的閥將被高溫氣體腐蝕。在閥片長(zhǎng)期沖擊、氣體腐蝕和高溫的影響下，氣閥容易發(fā)生泄漏或疲勞斷裂等問(wèn)題。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥故障成因分析

2.1 介質(zhì)因素

長(zhǎng)輸管線(xiàn)表面含有多種類(lèi)型的雜質(zhì)，比如焊渣、顆粒等如圖1所示。與此同時(shí)，長(zhǎng)輸管線(xiàn)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行情況下，由于輸氣管線(xiàn)產(chǎn)生的腐蝕作用，引起管輸介質(zhì)生成多種類(lèi)型的雜質(zhì)。氣體在輸入氣閥時(shí)，分離器給出的分離效果不理想，無(wú)法有效分割各類(lèi)雜質(zhì)。多種類(lèi)型的雜質(zhì)輸入壓縮設(shè)備，對(duì)氣閥閥片形成了沖擊作用，引起閥片發(fā)生坑蝕現(xiàn)象，甚至發(fā)生閥片結(jié)構(gòu)斷裂問(wèn)題，增加了氣閥表面的磨損程度，形成氣閥質(zhì)量損壞問(wèn)題。

圖1 管線(xiàn)表面雜質(zhì)

2.2 人為因素

（1）氣閥組裝操作時(shí)，對(duì)螺栓進(jìn)行擰緊處理，存在力矩不規(guī)范問(wèn)題。如果擰緊力矩較小，將會(huì)引發(fā)氣閥發(fā)生泄漏事件。如果擰緊力矩較大，會(huì)發(fā)生力矩大于螺栓允許應(yīng)力的情況，造成螺栓發(fā)生形變、斷裂等問(wèn)題，降低了氣閥的壽命周期。

（2）氣閥裝設(shè)位置不合理。在氣閥裝設(shè)時(shí)，保持氣壓閥罩、氣閥兩者處于緊密狀態(tài)。閥蓋擰緊后，依據(jù)力矩規(guī)范進(jìn)行螺柱與螺母的緊固處理，確保閥蓋處于壓緊狀態(tài)。擰緊力不足時(shí)，會(huì)引起氣閥壓緊效果不佳，此時(shí)氣閥會(huì)在閥窩空間內(nèi)發(fā)生竄動(dòng)現(xiàn)象，造成漏氣、閥蓋緊固性不足等問(wèn)題，甚至?xí)痖y蓋發(fā)生斷裂問(wèn)題。如果擰緊力較大，將會(huì)在較大載荷作用下，引起氣閥、壓圈等零部件發(fā)生質(zhì)量損壞問(wèn)題。

2.3 故障分析

2.3.1 閥片

閥片故障問(wèn)題，是在壓縮機(jī)啟動(dòng)期間，對(duì)閥片形成的磨損，同時(shí)存在設(shè)備自身性能不足因素。如果閥片發(fā)生性能損壞時(shí)，并未獲得有效的更換處理，將會(huì)增加閥片腐蝕程度。

2.3.2 彈簧

在設(shè)計(jì)規(guī)劃氣閥結(jié)構(gòu)時(shí)，需要加強(qiáng)彈簧磨損問(wèn)題考量，選擇更具耐磨性的材料，減少磨損問(wèn)題如圖2所示。在實(shí)踐彈簧使用時(shí)，引起彈簧磨損的主要原因有：閥門(mén)作用，彈簧材質(zhì)特點(diǎn)。

圖2 氣閥彈簧

2.3.3 漏氣

漏氣問(wèn)題會(huì)形成壓縮機(jī)運(yùn)行成本，降低氣體輸送的有效性。漏氣故障的主要成因是：在氣閥閥座、壓縮設(shè)備整體密封效果欠佳的情況下，閥片與彈簧質(zhì)量受到了損壞，會(huì)增加壓縮機(jī)漏氣的發(fā)生次數(shù)。

3 往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥故障解決對(duì)策

3.1 加強(qiáng)氣閥介質(zhì)處理

（1）對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行氣閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要合理掌握氣閥運(yùn)行工況特點(diǎn)、周邊運(yùn)行情況、參數(shù)校準(zhǔn)方式，為后期性能檢測(cè)給出依據(jù)，確保氣閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、材質(zhì)選擇正確，有效復(fù)核氣閥性能，使其符合現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)要求，針對(duì)不合理問(wèn)題給予有效修正處理，依據(jù)新資料給予有效設(shè)計(jì)。

（2）有效處理介質(zhì)。介質(zhì)在輸入前期，需要保持介質(zhì)的高度純凈、較穩(wěn)定狀態(tài)，以減少介質(zhì)帶來(lái)的性能干擾。比如維持供氣壓力的平穩(wěn)性，減少介質(zhì)波動(dòng)問(wèn)題；裝設(shè)使用具有較強(qiáng)分離性的裝置，分離器、過(guò)濾器等；階段周期內(nèi)依據(jù)介質(zhì)差壓情況，進(jìn)行過(guò)濾器濾芯的清潔與更換處理，及時(shí)完成污穢排除，減少雜質(zhì)，提升介質(zhì)工作性能。

3.2 有效落實(shí)運(yùn)維工作

在裝配前期合理開(kāi)展清潔工作，有效清潔閥座、閥蓋等位置。在進(jìn)行配件性能檢測(cè)時(shí)，有效檢查閥座密封性，查看閥片、緩沖片等性能情況。如果存在密封性欠佳問(wèn)題，需要及時(shí)進(jìn)行研磨處理，或者采取零部件更換措施。在更換閥片時(shí)，需要對(duì)緩沖片與彈簧進(jìn)行協(xié)同更換處理。在裝載彈簧、閥片等部件時(shí)，需要進(jìn)行閥片試用，采取若干次按壓方式，測(cè)定閥片使用的靈活性。在測(cè)定使用時(shí)，應(yīng)排查運(yùn)行卡組與位置偏差問(wèn)題。在緊固氣閥操作中，嚴(yán)格依據(jù)扭矩操作規(guī)范，加強(qiáng)閥座、閥蓋緊固性，減少相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題，合理防控閥片與緩沖片發(fā)生位置偏差問(wèn)題。在組裝完成后，開(kāi)展氣密性檢測(cè)，測(cè)定氣閥使用性能的達(dá)標(biāo)性。

3.3 引入先進(jìn)的氣閥故障預(yù)測(cè)技術(shù)

（1）對(duì)氣閥開(kāi)展性能診斷時(shí)，主要是應(yīng)用信號(hào)檢測(cè)設(shè)備，測(cè)定壓縮機(jī)的運(yùn)行情況，判斷其運(yùn)行時(shí)形成的閥片沖擊作用、漏氣等現(xiàn)象，間接推斷氣閥可能存在的故障問(wèn)題。

（2）在壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)中加裝故障檢測(cè)設(shè)備，比如預(yù)警類(lèi)、警報(bào)類(lèi)等。借助預(yù)警裝置，結(jié)合壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)氣閥運(yùn)轉(zhuǎn)各項(xiàng)參數(shù)，比如熱力值、氣量、壓力脈動(dòng)的浮動(dòng)情況，測(cè)定氣閥故障問(wèn)題。

3.4 閥片運(yùn)行資料分析

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)石化企業(yè)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中使用的壓縮機(jī)，極易發(fā)生閥片性能損壞問(wèn)題如圖3所示，引發(fā)氣閥故障問(wèn)題。對(duì)于閥片故障問(wèn)題的預(yù)防方法是：階段性進(jìn)行閥片位置校核形式，以此回避氣閥故障問(wèn)題。壓縮機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行期間，主要是借助彈簧、閥片的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，有效控制氣體，閥片性能受損，對(duì)于整個(gè)壓縮機(jī)運(yùn)行的密閉性形成威脅。機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行時(shí)，是依據(jù)特定物理客觀(guān)屬性、運(yùn)動(dòng)特征等因素進(jìn)行。

圖3 閥片斷裂

因此，在預(yù)防閥片性能損壞問(wèn)題，需要在壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)測(cè)定閥片工況，對(duì)其工況資料加以有效分析與測(cè)評(píng)，判斷可能存在的故障問(wèn)題。借助工況分析方式，以此合理減少氣閥故障的發(fā)生次數(shù)，加強(qiáng)控制彈簧產(chǎn)生的前期壓縮量。由圖3可知，在氣閥元件組成中，升級(jí)限制器的添加，用于控制閥片升程。彈簧是用于控制氣體的關(guān)鍵元件。在閥片性能損壞時(shí)，對(duì)彈簧作用形成影響。因此，日常運(yùn)維工作中，需要加強(qiáng)閥片位置核定，合理控制彈簧剛度、閥片升程各項(xiàng)參數(shù)。

3.5 提升氣閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化性

在設(shè)計(jì)氣閥結(jié)構(gòu)時(shí)，旨在全面保障壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的平穩(wěn)性，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，有效防控氣閥故障問(wèn)題。在壓縮機(jī)啟動(dòng)運(yùn)作時(shí)，閥片、彈簧兩個(gè)組件，會(huì)在運(yùn)動(dòng)作用下，形成氣體流動(dòng)效果，轉(zhuǎn)化成沖擊力。在壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，閥片與彈簧會(huì)在氣體沖擊條件下發(fā)生性能損壞，損壞問(wèn)題發(fā)生次數(shù)較高。因此，在氣閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員對(duì)于閥片、彈簧兩個(gè)組件，需要加強(qiáng)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。一般情況下，氣閥結(jié)構(gòu)最優(yōu)性的設(shè)計(jì)方法，是回避氣閥故障問(wèn)題的主要路徑，能夠合理控制閥片運(yùn)行的高度。高度控制方式，能夠減輕氣體沖擊作用，控制氣體對(duì)彈簧與閥片的作用強(qiáng)度。

在防控閥片磨損問(wèn)題時(shí)，能夠適當(dāng)增加壓縮設(shè)備的使用周期。然而，在閥片運(yùn)行高度控制時(shí)，可能會(huì)引起氣流阻力增加問(wèn)題，此時(shí)壓縮機(jī)無(wú)法有效控制氣流阻力。因此，在閥片高度優(yōu)化控制時(shí)，需要增加閥座通道設(shè)計(jì)，添加緩沖片，以此確保閥片運(yùn)行能力，減少故障問(wèn)題發(fā)生。

3.6 其他措施

（1）提高設(shè)計(jì)能力。壓縮機(jī)閥門(mén)的設(shè)計(jì)要在充分掌握閥門(mén)的使用條件、現(xiàn)場(chǎng)條件、參數(shù)要求和后續(xù)情況的前提下，合理安排閥門(mén)的結(jié)構(gòu)和材料，及時(shí)糾正不合理的設(shè)計(jì)，并根據(jù)新數(shù)據(jù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

（2）優(yōu)化制造生產(chǎn)工藝，設(shè)定規(guī)范生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，確保壓縮機(jī)運(yùn)行性能。以氣閥為起點(diǎn)，制定生產(chǎn)規(guī)范，使其性能達(dá)標(biāo)。同時(shí)還需要加強(qiáng)各類(lèi)元件原材料選用，減少腐蝕、松動(dòng)、磨損等質(zhì)量問(wèn)題，從根本上防控氣閥故障問(wèn)題。

（3）保持介質(zhì)進(jìn)入前的純度和穩(wěn)定性，例如保持空氣壓力和減少波動(dòng)；添加更好的分離器或過(guò)濾器，定期更換或清潔過(guò)濾器濾芯，或根據(jù)介質(zhì)的差壓負(fù)荷及時(shí)排放污水，去除液體和固體并發(fā)癥，提高介質(zhì)的純度。

（4）定期預(yù)防性維護(hù)。設(shè)備在使用過(guò)程中必須嚴(yán)格按照維護(hù)規(guī)程進(jìn)行維護(hù)。日常操作中，應(yīng)仔細(xì)檢查并詳細(xì)記錄壓縮機(jī)參數(shù)。如果發(fā)現(xiàn)異常，則應(yīng)及時(shí)報(bào)告和解決。

3.7 氣閥高頻故障實(shí)例分析

3.7.1 故障現(xiàn)象

某單位機(jī)組高頻數(shù)發(fā)生不少于30次排氣溫度驟然升高的故障問(wèn)題。以單次故障資料為例：控制單元排氣位置的初始溫度為100℃，在15min內(nèi)驟然升高15℃，其余位置溫度并無(wú)明顯變化。設(shè)備運(yùn)維人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查，經(jīng)測(cè)定發(fā)現(xiàn)：有2組排氣閥外觀(guān)結(jié)構(gòu)溫度達(dá)到125℃，其余氣閥溫度無(wú)異常表現(xiàn)，并無(wú)活塞、運(yùn)行部件損壞情況。

3.7.2 故障成因

此組故障氣閥安裝于2017年，安裝后處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，排氣故障發(fā)生次數(shù)較高。同時(shí)，在運(yùn)行30天時(shí)發(fā)生活塞嚴(yán)重磨損問(wèn)題。

（1）排氣閥性能不足分析。在高溫高壓工況下，氣流運(yùn)輸通道中發(fā)生結(jié)焦問(wèn)題，結(jié)焦引起閥片啟停操作受阻，加之邊沿區(qū)存在嚴(yán)重撞擊問(wèn)題，形成氣閥性能受阻，引起氣溫驟然升高的現(xiàn)象。

（2）工藝分析。氫氣含量占比達(dá)到93%，在裝置功能擴(kuò)充后，油氣分離效果欠佳，引起氫氣混入壓縮機(jī)內(nèi)部，提升氣閥排出位置的溫度。

3.7.3 處理方法

（1）對(duì)壓縮機(jī)入口位置進(jìn)行性能修復(fù)處理，使其溫度維持在30℃左右，減少輸氣管路發(fā)生凝液?jiǎn)栴}。此種處理方法，故障消除效果不理想。

（2）對(duì)機(jī)組缸頭、缸座等位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，調(diào)整氣缸間隙，合理控制機(jī)組運(yùn)行時(shí)形成活塞壓力的最大值，同時(shí)進(jìn)行油路與管線(xiàn)設(shè)計(jì)，減少油路與氫氣相混問(wèn)題。此種處理方法，能夠有效應(yīng)對(duì)溫度驟然升高故障問(wèn)題。經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：機(jī)組持續(xù)運(yùn)行2個(gè)月，各項(xiàng)參數(shù)無(wú)異常表現(xiàn)，故障問(wèn)題獲得有效解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)于壓縮機(jī)整體運(yùn)行形成了較大威脅。因此，在設(shè)備管理的日常工作中，工作人員需要從巡檢、操作、運(yùn)維、故障檢測(cè)、故障消除等各環(huán)節(jié)中，加強(qiáng)工作部署與執(zhí)行，確保壓縮機(jī)處于平穩(wěn)的運(yùn)行工況，順應(yīng)安全生產(chǎn)需求，減少故障問(wèn)題發(fā)生。經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：規(guī)范性檢修流程、標(biāo)準(zhǔn)的操作管理、階段性的運(yùn)維養(yǎng)護(hù)，能夠有效延長(zhǎng)氣閥運(yùn)行周期。