往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥故障的診斷與維保方法的探討

段 達(dá)

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037001)

引 言

往復(fù)式壓縮機(jī)作為通用機(jī)械，是石油化工行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。往復(fù)式壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件多、故障發(fā)生概率高的特點(diǎn)。

氣閥是往復(fù)式壓縮機(jī)故障率最高的部件，在導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機(jī)故障的各種因素中由氣閥原因?qū)е碌膲嚎s機(jī)故障約占故障總數(shù)的 36%[1]。

氣閥長(zhǎng)時(shí)間承受高頻沖擊，工作溫度及工作壓力較高，輸送介質(zhì)或夾帶顆粒或帶有腐蝕性，是往復(fù)壓縮機(jī)中最易發(fā)生損壞的部件。氣閥故障可能會(huì)影響到機(jī)組的氣量，降低機(jī)組的工作效率，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并判斷出氣閥的磨損情況，導(dǎo)致磨損加劇，氣閥中的某些易損件可能會(huì)脫落，進(jìn)入氣缸，在活塞的高頻沖擊下，會(huì)導(dǎo)致活塞或活塞環(huán)磨損、氣缸拉缸等嚴(yán)重事故。所以，提高氣閥故障診斷水平，合理地維護(hù)保養(yǎng)氣閥組件十分重要。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥的組成及結(jié)構(gòu)

往復(fù)式壓縮機(jī)氣缸上裝有進(jìn)、排氣閥，它們是控制壓縮機(jī)進(jìn)氣和排氣的關(guān)鍵部件。往復(fù)式壓縮機(jī)的氣閥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

氣閥主要是由閥片、彈簧、閥座、升程限制器組成，并用螺栓連接固定。氣閥各零部件的作用見(jiàn)表1。

圖1 氣閥結(jié)構(gòu)圖

表1 氣閥各零部件作用

2 往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥故障原因分析及診斷

2.1 氣閥故障原因分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在所有氣閥類故障當(dāng)中閥片與閥座密封面失效占總數(shù)的 55%，彈簧失效占總數(shù)的27%，閥片斷裂占 9%，其他類別故障占 9%[2]。

基于以上參數(shù)得知閥片疲勞斷裂、密封面磨損，彈簧剛度減小、扭曲變形，閥座密封不嚴(yán)是往復(fù)式壓縮機(jī)的常見(jiàn)的故障。

往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥故障原因主要在以下幾個(gè)方面。

1) 閥片設(shè)計(jì)不合理

有很多設(shè)計(jì)者沒(méi)有根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)， 由于不同的壓縮機(jī)工作中流量特征不同， 這就需要在設(shè)計(jì)氣閥的時(shí)候考慮到運(yùn)行實(shí)際情況，但是設(shè)計(jì)人員沒(méi)有合理選擇氣閥的型號(hào)， 導(dǎo)致工作中容易出現(xiàn)氣閥故障。

2) 閥片變形或疲勞斷裂

往復(fù)式壓縮機(jī)有膨脹、吸氣、壓縮、排氣4個(gè)工作過(guò)程。在膨脹、吸氣過(guò)程中進(jìn)氣閥閥片離開(kāi)閥座，與升程限制器碰撞，排氣閥閥片回落，與閥座碰撞。壓縮、排氣過(guò)程中，進(jìn)氣閥閥片回落，與閥座碰撞，排氣閥閥片離開(kāi)閥座，與升程限制器碰撞。由此可以看出，閥片在一個(gè)完整工作循環(huán)過(guò)程中多次發(fā)生碰撞，而且閥片在氣缸中還要承受高溫氣流的沖擊。閥片始終處于交變載荷、高溫氣流沖擊的環(huán)境中，容易發(fā)生閥片、彈簧等形變，疲勞磨損，閥座密封面損壞等情況。

3) 彈簧失效、剛度變小

彈簧剛度變小會(huì)使作用在閥片上的力發(fā)生變化從而造成氣閥啟閉時(shí)間延長(zhǎng)，氣體回流增加，閥蓋溫度升高。

4) 工作介質(zhì)具有腐蝕性或介質(zhì)較臟

工作介質(zhì)具有很強(qiáng)的腐蝕性，并高速運(yùn)轉(zhuǎn)，很容易造成氣閥表面腐蝕受損，出現(xiàn)凹坑。另外，介質(zhì)中若含有固體雜質(zhì)顆粒，這些顆粒會(huì)隨著高壓氣流高速?zèng)_擊氣閥，并有可能在其中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)多次循環(huán)沖擊，導(dǎo)致閥片、緩沖片等易損件磨損加劇，部分顆粒甚至?xí)ㄔ陂y片與閥座之間，使密封面磨損。

5) 工作介質(zhì)中含有液體

往復(fù)式壓縮機(jī)的進(jìn)出口一般都會(huì)設(shè)置緩沖罐，緩沖罐的作用一是穩(wěn)定管網(wǎng)壓力，二是起到氣液分離的作用。另外，往復(fù)式壓縮機(jī)每一級(jí)的級(jí)間都會(huì)設(shè)置氣體冷卻器及氣液分離器，氣體冷卻器能有效降低氣體溫度，保證進(jìn)入下一級(jí)壓縮機(jī)的氣體溫度在合理范圍。氣液分離器的作用是使氣體與液體分離，減少介質(zhì)帶液。介質(zhì)帶液會(huì)使液體隨高壓氣流高速?zèng)_擊氣閥，導(dǎo)致氣閥承受額外的沖擊載荷，從而加速閥片、彈簧等的磨損。

6) 氣缸中含有過(guò)多潤(rùn)滑油

往復(fù)式壓縮機(jī)按潤(rùn)滑方式分為無(wú)油潤(rùn)滑和有油潤(rùn)滑，有油潤(rùn)滑的往復(fù)式壓縮機(jī)，如果氣缸中積蓄過(guò)多的潤(rùn)滑油，閥片與閥座之間會(huì)因?yàn)闈?rùn)滑油的作用導(dǎo)致閥片起落延遲，易造成閥片斷裂。

7) 工況變化

往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥的選型是由工況決定的，如果工況波動(dòng)大或長(zhǎng)時(shí)間偏離設(shè)計(jì)值，會(huì)導(dǎo)致氣閥動(dòng)作不規(guī)律，加快磨損。

8) 壓縮機(jī)頻繁啟停

往復(fù)式壓縮機(jī)頻繁起停會(huì)導(dǎo)致氣缸內(nèi)積聚潤(rùn)滑油或介質(zhì)帶液，容易造成氣缸及氣閥腐蝕，頻繁起停會(huì)使氣缸帶液?jiǎn)?dòng)，容易造成液擊和油黏滯。

9) 安裝不標(biāo)準(zhǔn)

由于工作人員專業(yè)性不強(qiáng)， 沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行緊固安裝壓縮機(jī)的氣閥， 氣閥螺栓工作中可能出現(xiàn)松動(dòng)，損壞氣閥片。另外，當(dāng)安裝過(guò)程中氣閥螺栓的緊固力矩大于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，會(huì)造成氣閥螺栓失去彈性或者斷裂等，降低氣閥使用時(shí)間。

2.2 氣閥的故障診斷

1) 監(jiān)測(cè)閥蓋溫度

氣閥磨損、密封不嚴(yán)導(dǎo)致氣體泄漏，壓縮氣體反流回氣缸被重復(fù)壓縮，從而造成壓縮機(jī)做功持續(xù)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣缸及閥蓋溫度升高。定期監(jiān)測(cè)氣閥閥蓋表面溫度，詳細(xì)記錄各級(jí)氣閥閥蓋溫度，并結(jié)合壓縮機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷，制定出閥蓋溫度的合理范圍。根據(jù)閥蓋溫度的異常變化，分析、掌握氣閥運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣閥故障情況。

2) 氣閥運(yùn)行聲音

在閥蓋的位置用聽(tīng)針監(jiān)聽(tīng)氣閥閥片的運(yùn)動(dòng)，正常運(yùn)行氣閥的聲音清脆且有規(guī)律，若氣閥損壞，聲音會(huì)發(fā)生變化，由此可以推斷氣閥是否處于正常的工作狀態(tài)。多次監(jiān)聽(tīng)，類比相同位號(hào)不同機(jī)組各級(jí)氣閥的運(yùn)動(dòng)聲響，掌握各級(jí)氣閥的聲響規(guī)律，有助于判斷氣閥故障。該種方法較依賴于技術(shù)人員的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

3) 分析工藝參數(shù)

壓縮機(jī)的氣閥泄漏，會(huì)影響壓縮機(jī)的進(jìn)排氣量、壓力、溫度等，可以通過(guò)這些參數(shù)的變化情況分析氣閥故障情況。

3 氣閥的維護(hù)與保養(yǎng)

3.1 氣閥維護(hù)保養(yǎng)需具備的條件

1) 必須由受過(guò)培訓(xùn)的專業(yè)人員來(lái)負(fù)責(zé)氣閥的維護(hù)保養(yǎng)；

2) 必須有專業(yè)的工具和夾具；

3) 有整套的加工設(shè)備或外協(xié)加工單位，能夠滿足氣閥維修時(shí)的車削、磨削等；

4) 有完全符合生產(chǎn)設(shè)備廠家提供的配件。

3.2 氣閥零部件的檢查

1) 檢查氣閥零件的損壞情況，如果有下列情況，請(qǐng)及時(shí)更換：閥片斷裂、扭曲，彈簧變形，彈簧剛度不能滿足要求，閥座及閥蓋有明顯磕碰且不能修復(fù)。

2) 檢查密封面磨損情況。

若閥片及閥座密封表面有輕微磨損時(shí)，可研磨修復(fù)，若密封表面磨損嚴(yán)重且不能修復(fù)，需更換閥片或閥座。

3) 檢查氣閥閥片和升程限制器導(dǎo)軌配合處的磨損情況。

檢查閥片與導(dǎo)軌之間的徑向間隙，若間隙值不符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)及時(shí)更換。

3.3 氣閥的組裝

氣閥的組裝，要注意以下幾點(diǎn)[3]：

1) 各零部件組裝前要用清洗劑清洗，并用潔凈壓縮空氣吹干，保證各零部件清潔。

2) 檢查閥片與閥座的密封、測(cè)量閥片與升程限制器導(dǎo)軌的徑向間隙、保證閥片與閥座、閥片與升程限制器的間隙、彈簧的規(guī)格等數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。

3) 若閥片或彈簧等易損件中的某一件損壞需要更換，請(qǐng)全部更換。

3.4 氣閥的合格檢驗(yàn)

氣閥安裝之前必須進(jìn)行泄漏檢驗(yàn)。

3.5 氣閥的安裝

1) 氣閥裝機(jī)前必須清除壓縮機(jī)氣缸和閥窩內(nèi)的雜物。

2) 更換氣閥墊片以保證密封。

3) 不要將進(jìn)氣閥與排氣閥混淆。

4) 氣閥裝機(jī)后應(yīng)至少盤車一周以確保其與運(yùn)動(dòng)部件無(wú)干涉。

4 結(jié)語(yǔ)

往復(fù)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件多，氣閥作為往復(fù)壓縮機(jī)關(guān)鍵部件之一， 產(chǎn)生故障的原因復(fù)雜多樣， 希望能夠通過(guò)分析往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥故障的原因、故障診斷方法、維護(hù)保養(yǎng)的重點(diǎn)從而讓技術(shù)人員更加了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提高設(shè)備管理水平，使設(shè)備能夠平穩(wěn)運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益。