往复式压缩机气阀故障分析与处理

往复式压缩机气阀故障分析与处理

刘杰

常州菲纳斯能源科技有限公司 江苏常州 213251

中文摘要：气阀是往复式压缩机中最关键的零部件，又称为压缩机的心脏，压缩机运行时，气阀频繁地启闭，其工作的好坏，直接关系到压缩机运转的经济性与可靠性[1]。据统计，往复式压缩机大约有60%的故障是由气阀引起的，气阀的阀片及弹簧等零件属于易损件，使用寿命短，因此对气阀进行故障分析有实际意义。

关键词： 压缩机；气阀 ； 故障分析

1概述

任何一种化工过程的生产装置中都包含了各种不同型式的机器，如压缩机有、活塞式压缩机、螺杆式压缩机、离心式压缩机、膜式压缩机等[2]。废矿物油加氢装置氢压机采用的是活塞式压缩机，压缩机采用卧式对称平衡M型，两级压缩无油润滑往复活塞式，常州菲纳斯能源科技有限公司加氢装置内共有四台氢压机（一用一备），主要用于循环氢气的压缩，并返回至加氢反应器参与加氢反应。

气阀是往复式压缩机控制气体进出工作腔的重要内部部件，气阀的故障会影响到压缩机的压力和温度变化，根据尾气回收装置氢气压缩机设计来说，一台氢压机，一、二、三级吸气阀、排气阀各有2个，综上，一台往复式压缩机共6个吸排气气阀，任何一个气阀不正常工作都会影响到压缩机的排气温度和排气压力，甚至触发仪表联锁保护停机，因此气阀的故障排除对设备安、稳、长、满、优的运行具有重要的意义。

2现象阐述

2.1气阀故障维护

自加氢装置投产以来，四台氢压机气阀均出现过问题，，以下为有关气阀问题的检修记录：

(1)2022年12月，C-401C一级排气阀温度较高，阀片出现损坏，更换新气阀，故障气阀返厂维修；

（2）2023年6月，C-401B气阀温度异常，一级排气温度高, 检查一级南2个排气阀，其中一个阀片变形, 更换一级排气阀一个；

(3)2022年3月，C-401B一级北侧气缸更换两个排气阀，原气阀阀片断裂；

（4）2023年8月，C-401D气阀温度异常，排气温度高，检查一级北2个排气阀，更换1个阀片断裂的气阀；

（5）2023年7月，C-401A二级北吸气阀温度异常，更换一个吸气阀，原吸气阀阀片断裂；

（6）2023年11月，C-401B更换二级南侧气缸南面东侧吸气阀一个，北侧东面排气阀一个，二级北侧气缸南面东部排气阀一个，北面东部吸气阀一个。

由此看来，四台氢气压缩机在运行中，都出现气阀不同故障，且都集中表现为气阀温度升高的共同特点，加氢装置内的四台压缩机组气阀均为原压缩机厂家提供，理论设计使用寿命在8000小时进行集中检查和更换，但我们实际生产中远远达不到运行时间就会出现不同的问题。

2.2气阀工作原理及结构

气阀有四个主要零件，即阀座、阀片（板）、弹簧、升程限制器气阀处于关闭状态时，阀片紧压在阀座上，使工作腔与外部的断开。工作时，阀片下侧的气体压力升高或上部的气体压力下降，从而在阀片上产生一个与弹簧力反向气体压差力，阀片两侧压差足够大时，气体力便克服了弹簧力从而将阀片顶开，形成气流流动通道；反之，当作用在阀片上的气体力减小或消失时，阀片便在弹簧力作用下落回阀座，从而气阀关闭。升程限制器作用是限制阀片的最大位移，并用于承载弹簧[3]。

阀片是气阀的关键部件，其作用是在吸气或排气结束时，关闭气流流动通道，它与阀座一起形成密封结构。阀片失效的主要形式是变形与折断。阀片的失效几乎都与弹簧不同形式的失效（严重锈蚀或折断）有关。弹簧失效，引起了阀片的工况变化，阀片受力不均匀，开启闭合冲击变大，最容易使阀片在短时间内造成变形或断裂。另外，阀片材料的硬度也是阀片断裂的主要原因之一，硬度过高的阀片表面微裂纹的增加，抗脆性破坏的性能下降。阀片在工作时要承受交变和冲击载荷，不仅需要较高的硬度，还需要足够的韧性和抗疲劳的能力，故障的阀片不能保证气体通道的正常开启与闭合，因此会造成气体泄漏与回流。碎裂的阀片将引起复杂的振动，碎片进入气缸将对活塞、气缸系统造成严重的破坏。

3故障分析与判别方法

3.1气阀故障原因剖析

实际生产过程中，通过多次处理气阀问题，分析以下几个方面均有可能造成气阀使用期限未到，过早的损坏。

（1）加氢装置在投产前，工期要求紧，安装单位对气阀安装存在一定的问题，部分气阀出现吸气阀与排气阀装反的现象，根据气阀工作原理可知，某种意义上来说它就是单向阀，一旦装反，压缩机进排气都会出现问题，对设备损坏程度极大，需全部拆开，逐个检查后进行调换或调整。

（2）加氢装置刚刚投产，系统内存有过多的碳粉和大量的杂质，由于循环气量较大，压缩机进口滤网无法过滤彻底，气流夹杂着未过滤掉的颗粒进入吸气阀带入到气缸内，并通过排气阀进入到后系统中去，部分颗粒卡在阀片之间，使得气阀无法正常开闭，造成漏气，在压力高、气流大的情形下，极易造成阀片断裂和不同程度的损坏。

（3）工艺操作不稳定，压缩机的过大负荷或过小负荷长时间运行，压缩机无法在正常设计的工况内工作，会导致气阀的工作不稳定，进而影响到气阀寿命。

（4）氢气压缩机开停不正确的操作导致气阀的疲劳损坏，大型往复式压缩机的开停操作要严格遵守设备的安全操作规程，严禁开停过程中使压缩机空负荷运行时间长，因为在空负荷运行中，气量小，不均匀，部分气阀无法正常开闭，容易造成阀片之间的撞击，致使阀片损坏。

（5）从制造工艺上来说，气阀的设计和选型不合理也会影响到气阀的使用寿命，比如气阀材质的选择，弹簧的选型等等。

3.2判别故障气阀方法

如何判断出哪个气阀工作异常是我们从事化工生产管理工作的重中之重，及时发现和排除设备隐患和故障，满足化工生产需要是我们的工作使命。只有设备的稳定运行才能够保证安全生产。

氢气压缩机在运行中，同一级两列气缸排气温度出现5℃及以上的温差，应对气阀温度进行排查。具体方案从以下方面着手：

（1）利用红外测温仪测量每个气阀温度，温度偏高者存在问题；

（2）利用听棒听阀片启闭频率，声音异常者存在问题；

（3）根据一二级排气温差，就一二级相对应气阀检查。

4结论

针对气阀在运行中出现的种种问题，我们有一套行之有效的解决方案，根据现场压缩机气阀故障产生原因及处理经验，可从以下方面进行：

（1）气阀故障往往通过压缩机吸、排气温度及压力的变化表现出来的，发现差异，及时检查出问题气阀，如果异常气阀数量较少，仅为一两个，此时需观察运行，适当调整工艺参数，保证气阀相对稳定工作，这样做既可以避免频繁切换设备引起工艺波动，另一方面也会相对减少设备非计划检修率。

（2）在短暂时期内频繁出现气阀故障，要重点考虑压缩机的入口过滤器滤网是否破损，无法起到过滤作用，在氢压机正常维保时，严格按照要求检查清洗滤网。

（3）当气阀影响较为严重时，压缩机温度和压力急剧升高，即将触发联锁条件，从设备维护角度来说，应立即切换设备，停机检修气阀。

（4）辨别气阀是否完好应首先试漏，查看密闭性能，如出现泄漏量较大，需拆检气阀，若出现阀片断裂情况，可安排更换阀片，并同时检查其他阀片是否变形，弹簧有无损坏，根据情况更换新配件。

（5）在维保期内出现的故障气阀，可视情况安排先更换新气阀，将换下气阀返厂维修，这样相对减轻工作量，同时降低设备维护成本。

综上所述，压缩机除气阀故障易发生之外，其他还有很多，比如说活塞出现裂纹、刮油环漏油等等。此外，对于往复式压缩机来讲，填料、支撑环、活塞环等损耗部件要根据运行时间定期4000小时和8000小时的维保，适时测量更换。

    从安全生产管理角度来讲，更要有计划性、原则性，真正做到设备故障一旦出现，能够及时反应，及时判断，及时处理，保证生产的稳定性和连续性。

参考文献

[1] 张兆杰，王发现，曹志红．压力容器安全技术 [M]．郑州：黄河水利出版社，2005．第218－218页．

[2] 黄振仁，魏新利．过程装备成套技术 [M]．北京：化学工业出版社，2008．第77－77页．

[3] 李云，姜培正．过程流体机械 [M]．北京：化学工业出版社，2008．第15－15页．