6M40 型焦?fàn)t氣壓縮機(jī)氣閥故障分析

郭 利 王 君

作者通聯(lián)：山東兗礦國(guó)際焦化有限公司 山東兗州市新兗鎮(zhèn)國(guó)際大道1號(hào) 272100

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6M40-490/25.5-BX（六列四級(jí)對(duì)稱平衡）型焦?fàn)t氣壓縮機(jī)，特點(diǎn)為各列氣缸水平布置并分布在曲軸兩側(cè)。壓縮機(jī)組為甲醇裝置供原料氣，作為壓縮機(jī)易損件的氣閥一直是造成機(jī)組故障的主要部件。

一、氣閥結(jié)構(gòu)及常見故障

1.氣閥結(jié)構(gòu)

焦?fàn)t氣壓縮機(jī)氣缸上裝有進(jìn)排氣閥，它們是控制壓縮機(jī)氣缸進(jìn)氣和排氣的關(guān)鍵構(gòu)件，氣閥主要由閥座、閥片、彈簧和閥蓋（閥片的升程限制器）組成，見圖1。

排氣閥的結(jié)構(gòu)與吸氣閥基本相同，兩者僅是閥座與升程限制器的位置互換而已，吸氣閥升程限制器靠近氣缸，排氣閥則是閥座靠近氣缸。

2.常見的氣閥故障

常見的氣閥故障有：閥片破裂和磨損；彈簧失效或斷裂；閥座與閥片密封不嚴(yán)。

圖1 吸氣閥結(jié)構(gòu)

二、氣閥故障原因分析

1.交變應(yīng)力造成疲勞損壞

閥片損壞主要是交變應(yīng)力作用造成的疲勞損壞。閥片所受交變應(yīng)力有閥片撞擊在升程限制器及閥座上的撞擊力，閥片運(yùn)動(dòng)時(shí)因閥片浮動(dòng)顫振而產(chǎn)生的高頻顫振應(yīng)力及氣閥關(guān)閉時(shí)閥片兩側(cè)壓力差而引起的低頻彎曲應(yīng)力。

2.氣閥彈簧力的強(qiáng)弱

彈簧力太弱，引起閥片延遲關(guān)閉，即閥片受氣體力的作用后在應(yīng)該關(guān)閉的時(shí)候未能及時(shí)關(guān)閉，使氣體倒流，影響排氣量，而且需更大的氣體力作用后才會(huì)關(guān)閉，此時(shí)閥片的撞擊速度比正常速度快，閥片對(duì)閥座的撞擊力大，易產(chǎn)生疲勞損壞影響氣閥壽命；彈簧力過(guò)強(qiáng)，閥片不能全開，空中浮動(dòng)的閥片不僅增大流動(dòng)阻力，而且高頻顫振應(yīng)力導(dǎo)致閥片損壞。

3.介質(zhì)的影響

（1）介質(zhì)中帶液（主要是帶油）會(huì)對(duì)氣閥造成液擊和油粘滯兩種危害。液擊是指介質(zhì)中的液滴在高壓氣體的作用下，對(duì)氣閥的各個(gè)零部件造成沖擊，尤其對(duì)閥片損壞更為嚴(yán)重。閥片上有鼠咬狀創(chuàng)傷，就是典型的液擊造成的傷害。油粘滯是指介質(zhì)中的油液在氣閥閥片與閥座之間形成的油膜產(chǎn)生較大的吸附力，造成閥片的傾側(cè)運(yùn)動(dòng)和延遲關(guān)閉，使閥片產(chǎn)生疲勞損壞，閥片外緣發(fā)生斷裂，就是由于介質(zhì)帶液后造成油粘滯，閥片傾側(cè)運(yùn)動(dòng)形成的疲勞損壞。

（2）雜物和粉塵會(huì)堵塞槽道和影響閥片的自由運(yùn)動(dòng)，會(huì)對(duì)氣閥造成沖擊，使氣閥零件損壞。

（3）焦?fàn)t氣中H2S、CO2等介質(zhì)具有腐蝕性，同時(shí)氣流以較高的速度沖刷閥片容易造成閥片表面組織破壞，產(chǎn)生腐蝕，出現(xiàn)麻點(diǎn)或凹坑。

4.氣缸潤(rùn)滑

如果壓縮機(jī)注油太多，過(guò)量的潤(rùn)滑油積蓄在氣閥里形成油粘滯，導(dǎo)致氣閥閥片因?yàn)檠舆t關(guān)閉或延遲開啟而損壞。

5.氣閥安裝因素

氣閥安裝前，應(yīng)檢查閥片和彈簧是否斷裂、扭曲、變形及彈簧是否還有彈性，如果有上述情況，則更換零部件。氣閥在安裝中是否按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝，例如：在氣閥固定螺栓時(shí)未按要求緊固，緊固力小于螺栓預(yù)緊力預(yù)設(shè)時(shí)，氣閥螺栓很可能在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生松動(dòng)，造成壓縮機(jī)氣閥撞擊力過(guò)強(qiáng)而損壞氣閥，緊固力大于螺栓預(yù)緊力預(yù)值時(shí)，在工作中閥片沖擊力載荷與預(yù)緊力會(huì)超過(guò)氣閥螺栓的強(qiáng)度，導(dǎo)致螺栓斷裂。

6.閥片自身質(zhì)量

閥片由于材質(zhì)、加工工藝等原因，在載荷作用下易產(chǎn)生疲勞損壞，如閥片不平整、翹曲等。

7.各級(jí)冷卻器換熱效果差

受循環(huán)水水質(zhì)等影響，焦?fàn)t氣壓縮機(jī)各級(jí)冷卻器在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后管壁結(jié)垢，冷卻效果越來(lái)越差，尤其在夏天，排氣溫度達(dá)到135℃，使氣閥工作條件惡化，常常導(dǎo)致氣閥損壞。

三、防治措施

（1）加強(qiáng)工藝管理，嚴(yán)格控制溫度、壓力指標(biāo)，穩(wěn)定工況，防止帶油帶水。

（2）加強(qiáng)氣閥狀態(tài)檢測(cè)，重點(diǎn)做好閥蓋溫度、氣閥運(yùn)行噪聲及工藝運(yùn)行參數(shù)變化監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況做到心中有數(shù)，合理選擇時(shí)機(jī)檢修或更換氣閥。

（3）減少或優(yōu)化壓縮機(jī)注油量。確保油氣分離器、冷卻器等設(shè)備正常工作。利用技改裝置，進(jìn)一步深度凈化焦?fàn)t煤氣。

焦?fàn)t煤氣主要成分為氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等，另含有少量氮?dú)?、不飽和烴、氧氣、焦油、萘、硫化物、氰化氫、氨、苯等雜質(zhì)，為將雜質(zhì)在進(jìn)入焦?fàn)t氣壓縮機(jī)之前進(jìn)行清理，延長(zhǎng)焦?fàn)t氣壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的周期，2008年公司對(duì)煤氣預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，在原煤氣凈化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增了3 臺(tái)電捕、洗苯塔、常壓脫硫及低溫水洗系統(tǒng)，流程見圖2，圖2中數(shù)字代表新增裝置。

圖2 煤氣預(yù)處理流程圖

（4）加強(qiáng)檢修管理。壓縮機(jī)氣閥屬易損件，應(yīng)提高維護(hù)技能，精心維護(hù)，才能延長(zhǎng)氣閥的使用壽命，例如：氣閥安裝前要確認(rèn)氣缸、管路、閥窩等徹底清洗干凈；氣閥安裝前按標(biāo)準(zhǔn)試漏；不同廠家或型號(hào)氣閥嚴(yán)禁混裝在同一壓縮機(jī)上；檢查閥片和升程限制器導(dǎo)軌配合處磨損，徑向位移應(yīng)＜0.5mm，否則應(yīng)報(bào)廢；氣閥更換內(nèi)部零件時(shí)，不能只換某一部分，必須全部更換。

（5）將原3Cr13 閥片換成PEEK 閥。6M40 焦?fàn)t氣壓縮機(jī)氣閥原設(shè)計(jì)閥座、閥蓋材料為45/NiP，閥片材料為3Cr13，彈簧為不銹耐酸彈簧鋼絲。2009年公司改用具有高機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫的PEEK（聚醚醚酮）塑料閥片，PEEK 閥片能夠較好地適應(yīng)焦?fàn)t氣工況，并與公司6M40 型焦?fàn)t氣壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)相匹配，與原金屬閥片比較，PEEK 塑料閥片密度小，沖擊力小噪聲低，自潤(rùn)滑和密封性能好，耐磨性和柔韌性良好。耐熱性（熱變形溫度達(dá)到300℃以上），耐疲勞和耐酸堿性及通流特性優(yōu)于金屬閥片，能有效降低能耗。從使用情況看氣閥的壽命約提高了4 倍。

四、建議

（1）在氣閥設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增厚閥片，合理調(diào)整彈簧力，適當(dāng)增加閥座的通道面積，在氣閥蓋上加工防粘槽。

（2）依據(jù)氣閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及設(shè)備的實(shí)際狀況，使用更科學(xué)的新型氣閥，從改變彈簧力和彈簧布置等角度，盡量提高氣閥的使用壽命，例如賀爾碧格公司的雙緩沖結(jié)構(gòu)氣閥和CT 閥等。