BOG 壓縮機(jī)氣閥故障分析

陳 猛

（中石油江蘇液化天然氣有限公司，江蘇南通 226000）

0 引言

中石油江蘇液化天然氣有限公司采用3 臺(tái)立式BOG 壓縮機(jī)（瑞士布克哈德生產(chǎn)）作為BOG 回收的關(guān)鍵機(jī)組。工作介質(zhì)為甲烷，吸入壓力0.119 MPa，排氣壓力0.801 MPa。在長(zhǎng)期運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)造成壓縮機(jī)溫度、壓力、振動(dòng)變化的主要原因是壓縮機(jī)氣閥出現(xiàn)問題。因此氣閥維護(hù)工作顯得尤為重要。

1 氣閥

壓縮機(jī)氣閥主要有吸氣閥、排氣閥和余隙控制閥，其中吸氣閥有普通吸氣閥和可控吸氣閥。排氣閥和吸氣閥負(fù)責(zé)活塞運(yùn)動(dòng)過程氣體的排出和吸入，余隙控制閥通過降低或增加壓縮機(jī)排量來保持壓縮機(jī)進(jìn)口的吸入壓力恒定?？煽匚腴y是壓縮機(jī)在50%和100%的負(fù)載下工作，控制入口進(jìn)氣量。中石油江蘇液化天然氣有限公司壓縮機(jī)的氣閥形式為網(wǎng)狀閥。

壓縮機(jī)氣閥基本結(jié)構(gòu)有閥座、彈簧、閥片、緩沖片、間隔盤、中心螺栓等，圖1 是布克哈德平板閥?？煽貧忾y在氣閥的基本結(jié)構(gòu)上安裝了指式卸荷器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

圖1 布克哈德平板閥

2 故障信號(hào)及診斷

2.1 溫度信號(hào)

壓縮機(jī)有多種溫度信號(hào)，缸體、吸氣腔和排氣腔等引發(fā)的信號(hào)都屬于溫度信號(hào)。外界環(huán)境以及運(yùn)行時(shí)間對(duì)壓縮機(jī)閥體和缸體都有一定影響，而且閥體和缸體溫度變化相對(duì)比較緩慢，因此不適合作為溫度診斷信號(hào)。壓縮機(jī)吸入腔和排氣腔的溫度在壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行情況下相對(duì)波動(dòng)量小，對(duì)故障反應(yīng)較為敏感而且容易安裝溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備。吸氣側(cè)溫度升高可以判斷吸氣閥故障。排氣側(cè)溫度升高的故障原因很多，有相應(yīng)級(jí)的吸氣閥、排氣閥故障或下一級(jí)的吸氣閥、排氣閥故障。

2.2 壓力信號(hào)

壓縮機(jī)壓力信號(hào)有吸氣壓力、排氣壓力、級(jí)間壓力等，吸氣壓力、排氣壓力和級(jí)間壓力等3 種壓力信號(hào)也是診斷氣閥故障的主要因素。排氣壓力升高可以判斷下一級(jí)的吸氣閥或排氣閥故障；排氣壓力下降可以判斷相應(yīng)級(jí)的吸氣閥或排氣閥故障；級(jí)間壓力出現(xiàn)明顯波動(dòng)，表明氣閥閥盤損壞或堵塞。

2.3 振動(dòng)和聲音信號(hào)

通過振動(dòng)和聲音信號(hào)來判斷壓縮機(jī)氣閥是否故障是最簡(jiǎn)單方便的方法。但是由于壓縮機(jī)振動(dòng)信號(hào)成分較為復(fù)雜，干擾因素較多，對(duì)此信號(hào)的監(jiān)測(cè)要綜合考慮。通過分析噪聲信號(hào)可以檢測(cè)壓縮機(jī)氣閥的運(yùn)行狀態(tài)及診斷氣閥故障。

3 氣閥故障現(xiàn)象及原因

壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，級(jí)間壓力出現(xiàn)明顯波動(dòng)，表明氣閥出現(xiàn)故障。氣閥常見故障有閥片斷裂磨損、氣閥彈簧斷裂磨損、氣閥密封性差等。造成這些故障的原因有工藝氣體中含有雜質(zhì)、氣體脈動(dòng)、閥門組裝不正確、易損件本身材料問題。

3.1 閥片斷裂磨損

（1）疲勞彎曲斷裂。壓縮機(jī)氣閥閥片在工作過程中承受由氣體壓力引起的靜載荷。在靜載荷作用下，閥片會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，由于氣體在氣缸中有序吸入與排出，造成氣體本身脈動(dòng)變化，在脈動(dòng)循環(huán)靜載荷的作用下，閥片易出現(xiàn)疲勞彎曲損壞。在壓縮機(jī)正常運(yùn)行下，閥片在動(dòng)作過程中會(huì)產(chǎn)生撞擊載荷，在高頻次撞擊載荷作用下，閥片很容易斷裂破壞。

（2）閥片磨損。閥片在工作過程中，閥片和緩沖片都會(huì)和彈簧發(fā)生接觸，造成閥片磨損（圖2）。閥片與彈簧接觸面會(huì)出現(xiàn)磨損痕跡，如果緩沖閥片安裝位置發(fā)生偏移，也會(huì)和彈簧發(fā)生摩擦。氣閥閥座上的圓柱銷用于固定緩沖片，同時(shí)起到導(dǎo)向作用。緩沖片與圓柱銷配合不好，也會(huì)造成緩沖片磨損。如果兩者配合間隙變大，緩沖片軸向發(fā)生偏移就會(huì)導(dǎo)致彈簧與緩沖片之間摩擦。上述情況都會(huì)降低閥片強(qiáng)度，縮短使用壽命。

圖2 磨損閥片

（3）閥片材料缺陷。在閥片生產(chǎn)過程中，閥片材料本身存在裂紋、應(yīng)力集中等缺陷。在循環(huán)載荷作用下，閥片的疲勞極限就會(huì)下降，引起閥片斷裂，降低閥片使用壽命。

3.2 彈簧斷裂磨損

（1）疲勞斷裂。在氣閥進(jìn)氣與排氣過程中，氣閥彈簧一直在伸縮動(dòng)作。在脈動(dòng)循環(huán)載荷作用下，彈簧達(dá)到疲勞極限，造成氣閥斷裂。

（2）摩擦斷裂。氣閥在工作過程中，在氣體脈動(dòng)作用下，彈簧有規(guī)律伸縮，這樣彈簧與彈簧座之間就會(huì)發(fā)生摩擦。氣閥的開啟關(guān)閉會(huì)帶動(dòng)緩沖片，當(dāng)彈簧與緩沖片有接觸時(shí)，兩者就會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)摩擦。這兩種情況都會(huì)造成彈簧鋼絲直徑受損（圖3），使其本身強(qiáng)度下降，使用壽命降低。

（3）彈簧材料缺陷。由于氣閥工作環(huán)境不同，對(duì)其材料有一定要求，如果彈簧材料使用不正確，就會(huì)加快彈簧斷裂。同時(shí)彈簧在加工、熱處理過程也存在缺陷，在氣閥工作過程中，也很容易造成彈簧斷裂。天然氣主要成分是甲烷，不會(huì)對(duì)彈簧造成腐蝕，因此彈簧腐蝕斷裂的可能性較小。

3.3 氣閥漏氣

圖3 磨損斷裂彈簧

圖4 受損密封面

壓縮機(jī)排氣壓力降低或吸氣壓力升高都有可能是壓縮機(jī)氣閥密封性差漏氣所致。造成氣閥漏氣原因有很多，如閥座平面度及表面粗糙度達(dá)不到要求；閥座密封面被碰傷（圖4）；氣閥的密封閥片斷裂或出現(xiàn)形變；密封面處出現(xiàn)異物；彈簧斷裂或因彈簧高度不一致，導(dǎo)致彈簧彈力不夠；可控氣閥的控制氣源壓力低于設(shè)計(jì)值等。氣閥的密封性關(guān)系到壓縮機(jī)能否正常運(yùn)行，一旦發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)修復(fù)。

3.4 可控吸氣閥與余隙控制閥

可控吸氣閥與余隙控制閥除了閥片、彈簧、閥座等常見故障外，還有其他原因造成可控氣閥的失控。執(zhí)行器供應(yīng)源的壓力太低；閥的指式卸荷器端部和閥盤之間間隙太大，或者壓力銷和壓力套之間間隙太大；壓力銷不能自如活動(dòng)。

4 結(jié)語

氣閥既是壓縮機(jī)的重要部件，也是易損件，只有加強(qiáng)對(duì)氣閥監(jiān)測(cè)和日常精心維護(hù)，才能保證氣閥正常運(yùn)行，延長(zhǎng)使用壽命。