加氫裝置往復壓縮機氣閥損壞案例分析

梁鳳喜

（中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇泰州225300）

1 引言

據賀爾碧格統(tǒng)計，氣閥、活塞桿填料、活塞環(huán)是往復壓縮機3大易損件，同時，因氣閥工作環(huán)境惡劣，強度大，它又是3大易損件中最容易損壞的零部件[1]，因氣閥損壞而引起的停車占非計劃停車的40%以上。而氣閥的結構和性能直接決定往復式壓縮機能否長周期安全穩(wěn)定運行，因此，氣閥被稱為往復壓縮機的心臟。

往復壓縮機常用的氣閥有環(huán)狀閥、網狀閥、菌狀閥、氣墊閥、活塞閥等[2]。到目前為止，絕大數往復壓縮機都采用環(huán)狀閥和網狀閥，但不論哪種氣閥，基本都是由閥座、彈簧、閥片以及閥蓋組成，其中閥片和彈簧的質量是氣閥壽命的主要影響因素，一般對長周期連續(xù)運轉的壓縮機，氣閥的壽命要求達8000 h以上[3]。

2 往復壓縮機各類氣閥特點

環(huán)狀閥和網狀閥的優(yōu)點是：氣流阻力小，氣閥彈簧力小，還可設置緩沖片來提高氣閥的穩(wěn)定可靠性。其缺點是：每個彈簧可能受力不均勻，導致閥片對閥體的撞擊力加大，致使閥片斷裂、閥片有豁口，彈簧失效。

菌狀閥的優(yōu)點是：小升程，噪聲低，單一閥頭，閥頭不是同時損壞，對裝置影響較小，不會造成設備的突然停車。其缺點是：直徑較大，重量較大，閥頭及彈簧易損。

氣墊閥的優(yōu)點是：每個閥片均設有一個氣墊腔[4]，減緩閥片與閥座的撞擊及彈簧的損壞。其缺點是：因氣墊腔的存在導致氣閥的流通面積較小，氣閥阻力損失大，進而導致能耗大。

活塞閥是一種安裝在活塞上的新型氣閥，用排氣閥組和活塞相結合的活塞閥替代傳統(tǒng)的活塞，與傳統(tǒng)外置型相比，不再需要閥蓋的密封，消除了氣體泄漏的隱患，目前國內應用較少。

3 案例分析

環(huán)烷基潤滑油加氫裝置壓縮機從美國Dresser-Rand公司進口，新氫壓縮機與循環(huán)氫壓縮機組成聯(lián)合壓縮機組氫壓縮機為3級壓縮機，循環(huán)氫壓縮機為一級壓縮機，聯(lián)合壓縮機組為雙層布置，采用4列4缸對稱平衡型往復式壓縮機，氣缸為臥式雙作用，采用上進氣下排氣連接方式，氣閥形式為菌狀氣閥，不銹鋼閥座及閥籠，Elgiloy彈簧，采用PEEK材料的閥門元件。氣缸兩側進氣閥均使用氣動控制的叉式卸荷器，頂開閥片卸荷。電機為無刷勵磁增安型三相異步電動機，功率：1450 kW，轉速：333 r/min，電壓：10 kV。

該壓縮機循環(huán)氫端進氣閥自開工以來多次發(fā)生損壞，平均壽命為2個月，其余各級氣閥均正常。氣閥解體后，發(fā)現(xiàn)閥頭密封面處磨損成階梯狀，部分閥頭已經破碎。氣閥彈簧若干只斷裂、缺失或節(jié)距改變，有的碎裂成小段，如圖1所示。依照損壞程度依次為：彈簧失效或斷裂、閥頭破損，卸荷器指針斷裂，如圖2所示。

經過分析氣閥損壞的原因主要歸結為以下5點：

（1）裝置正常生產循環(huán)氫中H2S含量要求低于25 ppm，實際低于1 ppm，但如果循環(huán)氫脫硫塔出現(xiàn)波動，循環(huán)氫氫中H2S的含量會高達100 ppm，同時裝置檢修后開工需要進行預硫化，硫化過程中循環(huán)氫中H2S含量高達900 ppm。氣閥實際會接觸高設計工況外的H2S環(huán)境，H2S是一種腐蝕性較強的有害物質，它可以造成氣閥彈簧變硬變脆發(fā)生氫脆斷裂。這樣在氣閥啟閉的交變應力作用下較快斷裂失效；可以考慮選用可以抵抗H2S腐蝕的彈簧來提高氣閥彈簧壽命。

（2）拆卸氣閥時發(fā)現(xiàn)工藝氣體濕度較大，容易產生凝液；粘稠的凝液會造成閥頭啟閉遲滯，進而造成過大的沖擊及閥芯振動，這也會造成閥頭及其彈簧過早失效。

（3）頂開氣閥調節(jié)壓縮機負荷，如果閥桿頂端頂端與進氣閥間隙較小，可能在壓縮機運行時氣閥會始終被卸荷器指針頂開，致使壓縮機氣閥處于故障狀態(tài)下運行。卸荷器頂桿和進氣閥導向桿間隙過小也會造成的閥芯的損壞，現(xiàn)場測繪卸荷器頂桿和進氣閥導向桿間隙值為0.1~0.2 mm，低于建議值2 mm。

圖1 彈簧失效或斷裂、閥頭破損

圖2 卸荷器指針斷裂

（4） 關于氣閥閥芯破碎和磨損的原因，認為是由于閥芯彈簧彈力改變、彈簧碎裂以及工藝氣含液量大等諸多因素造成的，同時卸荷器頂桿和進氣閥導向桿間隙過小也會造成閥頭破損。

（5） 關于卸荷指指針斷裂原因：從卸荷指斷裂位置及斷面形狀來看，斷裂位置位于卸荷指末端螺紋根部，毫無疑問此處是應力最為集中的地方，而斷面形狀也指出應該是明顯的疲勞斷裂。初步判斷，卸荷指斷裂是由于氣閥閥頭磨損突出后快速頻繁沖擊卸荷指，造成彎曲和斷裂。

因該氣閥為美國進口，采購周期較長，關鍵機組必須要求完整備用，隨聯(lián)系國內廠家，溫州市建慶實業(yè)公司對該氣閥進行維修，維修后閥芯采用的彈簧材質為：17-7PH，該材料具有很強的抗剪切性及耐腐蝕性。閥頭材質仍為PEEK，DR廠家建議切削導向桿，保證兩個桿的間隙在1~2 mm之間，如圖3所示。

該壓縮機循環(huán)氫端進氣閥更換為維修后的氣閥，平穩(wěn)運行周期仍是2個月之余，之后循環(huán)氫量逐漸降低，直至影響工藝生產，氣閥解體發(fā)現(xiàn)，彈簧失效、閥頭破損的現(xiàn)象并無改善。

關鍵機組的頻繁切換和維修，不僅增加了操作人員和維保人員的勞動輕度，而且還對裝置平穩(wěn)生產帶來安全隱患，公司領導決定更換賀爾碧格環(huán)狀氣閥。

賀爾碧格氣閥更換后該壓縮機平穩(wěn)運行1年之久，但1年后一級排氣閥發(fā)生一次閥片斷裂故障。拆解發(fā)現(xiàn)：閥片外圈發(fā)生斷裂，彈簧無斷裂或變形，閥片和閥座密封面撞擊痕跡正常，如圖4所示。閥片、閥座和閥蓋部分位置有潤滑油堆積，閥片正面外圈有一個較大的缺口，疑似受雜質或液擊所致；但閥體中未發(fā)現(xiàn)斷裂的碎片或雜質，如圖5所示。

通過對以上現(xiàn)象進行分析，造成此次一級排氣閥閥片斷裂可能與雜質或液擊有關，如現(xiàn)場注油量大，油滴在氣流推動下對氣閥運動部件有液擊可能。氣缸操作為微油潤滑，但氣缸注油量過大，會使油氣過多的聚集到氣閥上。液體粘滯對氣閥的損壞主要體現(xiàn)在：沖擊力增大、閥片傾斜受力不均以及氣閥延遲關閉。根據賀爾碧格建議及時調整注油量，將氣缸注油量調整至最低需求量，目前該氣閥平穩(wěn)運行超8000 h未出現(xiàn)異常故障。

圖3 切削后間隙達到1.7 mm

圖4 彈簧無斷裂、變形現(xiàn)象

圖5 閥片外圓斷裂

4 結論

經過原先的菌狀氣閥以及更換后的環(huán)狀氣閥發(fā)生的幾次案例分析，應該從以下幾個方面來提高氣閥的壽命：

（1） 穩(wěn)定工藝操作，特別是循環(huán)氫脫硫塔的平穩(wěn)，將循環(huán)氫氣體中的H2S含量維持在設計工況范圍內，避免高濃度的H2S對氣閥彈簧的腐蝕；

（2） 嚴格控制循環(huán)氫入口緩沖罐的液位，嚴格控制級間冷卻器的溫度以及級間分液罐的液位，及時脫液，減少工藝氣體中的液態(tài)成分；

（3） 定期清理入口過濾器，避免工藝氣體將催化劑粉塵等固體雜志帶入氣閥中；

（4） 調整注油器注往氣缸的注油量，減緩或避免液體粘滯對氣閥的損壞；

（5） 針對開工預硫化時，循環(huán)氫中H2S濃度過高的現(xiàn)象，采用專用閥門[5]，預硫化結束后切機再更換正常閥門，延遲閥門的壽命。

本文通過高壓加氫裝置采用的兩種氣閥形式出現(xiàn)的各類問題進行分析，找出了氣閥損壞的原因，并比對各種氣閥的特點，最終采用環(huán)狀非金屬氣閥，穩(wěn)定工藝操作，降低注油量，延遲了氣閥的使用壽命，取得了明顯的使用效果，為國內類似機組處理問題提供參考。