焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)氣閥損壞的原因分析和改進(jìn)措施

盧向銀 孟繁然

（1.內(nèi)蒙古慶華集團(tuán)烏斯太能源化工有限公司； 2.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司）

2018 年5 月至2019 年5 月，50 000m3/h 焦?fàn)t煤氣制氫裝置聯(lián)合式壓縮機(jī)6M80（50）一、二段缸進(jìn)排氣閥不斷出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，損壞均由閥片斷裂造成。 其中，2018 年5 月試生產(chǎn)時(shí)氣閥損壞嚴(yán)重，造成停車。 該壓縮機(jī)為M 型3 列對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，四級(jí)壓縮，工作介質(zhì)為焦?fàn)t氣、富氫氣；電機(jī)功率5 400kW；一、二級(jí)排氣量為25 000Nm3/h，三、四級(jí)富氫氣進(jìn)氣量為31 000Nm3/h；一級(jí)進(jìn)氣壓力為0.06MPa，二級(jí)進(jìn)氣壓力為0.20MPa，三級(jí)進(jìn)氣壓力為0.70MPa，四級(jí)進(jìn)氣壓力為1.26MPa。以焦?fàn)t氣為介質(zhì)的往復(fù)式壓縮機(jī)其氣閥不僅工作強(qiáng)度大，而且使用環(huán)境相當(dāng)惡劣，如焦?fàn)t氣中焦油、氨、苯、萘、雜質(zhì)、粉塵及腐蝕氣體硫化氫等非工作介質(zhì)含量多， 使氣閥受到極大的侵害；同時(shí)還要經(jīng)受各種破壞因素，如：壓力、拉力、剪切力、撞擊、磨損及腐蝕等，甚至還會(huì)在極端的高溫下運(yùn)行造成氣閥的損壞。 因此為了減少壓縮機(jī)的停車次數(shù)、 檢修人員的工作量和配件的采購(gòu)費(fèi)用，對(duì)現(xiàn)有氣閥的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及使用情況等進(jìn)行分析，并找出改進(jìn)措施。

1 故障分析

氣閥損壞由多種因素造成，具體情況分析如下：

a. 外部因素。 壓縮機(jī)運(yùn)行工況的改變；介質(zhì)組分的分子量改變，介質(zhì)中含腐蝕性成分、雜質(zhì)增多，粉塵、結(jié)垢及積碳等含量不斷變化；系統(tǒng)發(fā)生壓力波動(dòng)；氣閥檢修質(zhì)量不符合要求；氣閥安裝質(zhì)量有問(wèn)題；活塞組件中支撐環(huán)、活塞環(huán)材料提前失效。

b. 內(nèi)部因素。 閥片設(shè)計(jì)缺陷、材料缺陷和制造缺陷。

c. 其他因素。 操作人員技術(shù)不熟練導(dǎo)致壓縮機(jī)的頻繁開(kāi)停；注油設(shè)備管理不當(dāng)造成潤(rùn)滑油過(guò)多不能及時(shí)排出；氣體中水分含量超出設(shè)計(jì)要求等問(wèn)題。

該機(jī)組自2018 年5 月投產(chǎn)以來(lái)， 氣閥運(yùn)行過(guò)程中不斷出現(xiàn)斷裂，機(jī)組氣閥設(shè)計(jì)選配形式是環(huán)狀閥與網(wǎng)狀閥相結(jié)合，材料為3Cr13，使用的氣體多為酸性且含水量超標(biāo)， 焦油、 萘、 苯過(guò)多，3Cr13 不銹鋼制成的閥片在這種惡劣工況下，性能狀態(tài)存在缺陷，主要原因是閥片在劇烈的氣流運(yùn)動(dòng)中受到循環(huán)沖擊、材質(zhì)疲勞、腐蝕介質(zhì)和高溫環(huán)境的影響而產(chǎn)生麻點(diǎn)或發(fā)生斷裂破壞，密封性能下降，使用壽命縮短。

焦?fàn)t氣來(lái)自上游焦化，因市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)煤質(zhì)成分復(fù)雜， 導(dǎo)致使用的焦?fàn)t氣氣體組分復(fù)雜多變，焦?fàn)t氣中苯、萘、焦油及氨等組分嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)要求，使壓縮機(jī)氣閥無(wú)法正常使用。 同時(shí)，結(jié)合氣閥的使用周期、維修工作量及采購(gòu)配件費(fèi)用等綜合考慮后，對(duì)氣閥進(jìn)行改進(jìn)。

2 改進(jìn)措施

針對(duì)上述故障分析，將原本使用的3Cr13 不銹鋼閥片更換為聚醚醚酮 （PEEK） 閥片， 使用PEEK 閥片具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a. 密度、彈性模量小，撞擊力比鋼制閥片小得多，由此產(chǎn)生的疲勞損傷隨之降低。

b. 在塑料與金屬的密封面貼合處，因閥片的多次開(kāi)閉撞擊而形成良好的密封，漏氣現(xiàn)象自然減少，降低對(duì)氣閥的維修要求。

c. PEEK 塑料閥片具有良好的耐磨性和柔韌性，閥片不易斷裂，即使出現(xiàn)裂紋，其傳播速度也比較慢，斷裂的閥片帶入氣缸也不會(huì)損壞氣缸。

d. PEEK 塑料的耐腐蝕性比不銹鋼閥片優(yōu)異得多，除了個(gè)別濃酸外，對(duì)通常的化學(xué)藥品表現(xiàn)出極好的耐腐蝕性，可避免因腐蝕性介質(zhì)的作用而產(chǎn)生氫脆、腐蝕疲勞、削弱零件強(qiáng)度及損壞密封面等現(xiàn)象，即使在較高的溫度下，仍能保持良好的化學(xué)穩(wěn)定性。 同時(shí)，氣閥開(kāi)閉時(shí)的噪音也有所降低。

3 改造前后氣閥運(yùn)行情況對(duì)比

改造前機(jī)組（6M80B 機(jī)）氣閥的使用情況見(jiàn)表1，改造后PEEK 氣閥的使用情況見(jiàn)表2。

表1 改造前機(jī)組氣閥的使用情況

表2 PEEK 氣閥的使用情況

通過(guò)表1、2 對(duì)比可知， 使用PEEK 氣閥后，不僅壓縮機(jī)運(yùn)行使用周期明顯增長(zhǎng)，而且降低了維修量，兩者使壓縮機(jī)的運(yùn)行成本降低，達(dá)到改造的預(yù)期效果，可見(jiàn)改進(jìn)措施合理有效。

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合理論分析與工程應(yīng)用結(jié)果，與閥片材料3Cr13 的氣閥相比， 材料為PEEK 的氣閥具有可靠性高、能量損失小、噪音低及氣閥引起的非計(jì)劃停車少等優(yōu)點(diǎn)， 值得大力推廣應(yīng)用。 在選擇PEEK 作為閥片材料時(shí)， 需兼顧氣閥的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)氣閥的運(yùn)行條件、PEEK 的優(yōu)缺點(diǎn)等選擇合適的氣閥型式，對(duì)氣閥的氣流通道、彈簧力、升程及可靠性等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮PEEK 閥片的優(yōu)勢(shì)，提高氣閥的綜合性能。