往復(fù)式壓縮機氣閥失效形式分析及故障診斷

王思祖

（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭 014010）

0 引言

氣閥是往復(fù)式壓縮機的重要組件，最容易出現(xiàn)故障。一旦組件發(fā)生問題，會直接導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機機組出現(xiàn)排氣壓比例失調(diào)、排溫高等情況。這樣不但影響機械的使用壽命，也會帶來安全隱患，干擾企業(yè)生產(chǎn)計劃。為保障日常生產(chǎn)正常進(jìn)行，下面對機組故障進(jìn)行分析和診斷。

1 往復(fù)式壓縮機氣閥結(jié)構(gòu)及失效形式分析

1.1 往復(fù)式壓縮機氣閥結(jié)構(gòu)

要明確找出往復(fù)式壓縮機氣閥失效的原因，并進(jìn)行針對性分析，要先了解往復(fù)式壓縮機的氣閥結(jié)構(gòu)。往復(fù)式壓縮機的氣閥主要由閥座、閥片、升程限制器和彈簧組成。其中，閥片負(fù)責(zé)開啟和關(guān)閉氣閥通道，彈簧負(fù)責(zé)配合氣流控制閥片運動，閥座上有環(huán)形的氣體通道，升程限制器則對閥片的活動范圍進(jìn)行限制，同時支撐起彈簧。

1.2 往復(fù)式壓縮機氣閥工作過程

氣閥分為吸氣閥和排氣閥兩部分。在往復(fù)式壓縮機工作過程中，活塞會進(jìn)行上下往復(fù)的規(guī)律運動。每運動一次，氣閥的吸氣閥和排氣閥就各開啟、關(guān)閉一次。即活塞活動會控制壓縮機完成吸氣、排氣的工作。當(dāng)吸氣閥中Fg（進(jìn)氣管中壓力）＞Fs（外界壓力）時，往復(fù)式壓縮機進(jìn)行吸氣，反之，進(jìn)行壓縮；當(dāng)排氣閥中Fg＜Fs時，排氣閥進(jìn)行排氣，反之，進(jìn)行壓縮。

1.3 往復(fù)式壓縮機氣閥失效的集中情況

在日常工作中，往復(fù)式壓縮機氣閥失效的形式主要集中在閥座失效、彈簧失效和閥片失效等3 種。其中閥片和閥座失效占據(jù)氣閥失效原因的55%以上，是往復(fù)式壓縮機氣閥失效的主要問題。

1.3.1 閥座失效

閥座是往復(fù)式壓縮機氣閥的重要組成部分。它可以和升程限制器一起形成氣閥內(nèi)部空間，氣體在形成氣閥內(nèi)部空間中通過，開始正常運作。閥座可能出現(xiàn)故障有閥座與閥片之間形成的氣體密封結(jié)構(gòu)失效。故障原因可能是閥座銹跡，或因腐蝕導(dǎo)致密閉空間被破壞，間接引起壓縮機氣閥失效。

1.3.2 閥片失效

閥片在機器長期高頻使用過程中，可能會出現(xiàn)變形、斷裂等情況，造成閥片失效。根據(jù)氣閥結(jié)構(gòu)可以看出，閥片和彈簧在工作時具有很強關(guān)聯(lián)性，當(dāng)彈簧出現(xiàn)情況時，也會對閥片產(chǎn)生影響，出現(xiàn)各處開合力不平衡的情況，導(dǎo)致閥片出現(xiàn)變形。當(dāng)然，閥片本身的材料、薄厚程度也是影響閥片使用壽命的重要因素，過厚會影響運行速度，過薄又容易折斷。更換閥片時，要考慮這些因素。

1.3.3 彈簧失效

彈簧失效約占?xì)忾y失效的20%。一般彈簧故障主要集中在以下3 方面。

（1）由于工作時壓縮氣體載荷過大，大頻率高強度的反復(fù)壓縮工作會造成彈簧磨損.

（2）彈簧在工作狀態(tài)下，需要不斷重復(fù)壓縮、回彈的往復(fù)變形，彈簧和氣閥的彈簧導(dǎo)向孔內(nèi)壁之間反復(fù)摩擦，會造成彈簧材料的損壞。

（3）介質(zhì)腐蝕。壓縮機工作時，介質(zhì)中有部分氣體具有較強的腐蝕性，容易造成彈簧片腐蝕和生銹。這些情況都是正常的折舊損壞，在個別情況下，彈簧會因為工藝不達(dá)標(biāo)而發(fā)生損壞。

1.3.4 閥體安裝松動

往復(fù)式壓縮機工作時氣流對設(shè)備沖擊力大，長期的沖擊可能導(dǎo)致閥體松動，造成內(nèi)壓不穩(wěn)，影響機器正常運作。這種情況出現(xiàn)較少，約占總故障的10%。

2 往復(fù)式壓縮機氣閥的故障診斷及處理辦法

2.1 往復(fù)式壓縮機氣閥的故障診斷

往復(fù)式壓縮機在工作狀態(tài)下，氣閥每時每刻都保持一種高速運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，一旦發(fā)生故障，壓縮機內(nèi)的氣流就會出現(xiàn)異常，出現(xiàn)噪聲、活塞桿下沉、溫度異常和缸體異常振動等現(xiàn)象。下面總結(jié)3 種常見故障的表現(xiàn)。

（1）氣閥蓋溫度快速上升。氣閥因高強度運動，正常工作狀態(tài)下氣閥蓋會出現(xiàn)溫度上升的情況。日常檢查記錄氣閥蓋表面溫度時，若發(fā)現(xiàn)溫度出現(xiàn)快速上升，甚至超過日常溫度30 ℃以上，則可以初步判斷氣閥出現(xiàn)氣體泄漏的情況，需要進(jìn)一步檢修。

（2）氣閥運行出現(xiàn)不規(guī)律異響。氣閥在正常工作狀態(tài)下，發(fā)出的聲音是均勻有規(guī)律的，類似“噠噠”的聲音，且聲音清晰清脆。正常狀態(tài)下，環(huán)狀閥的聲音要比網(wǎng)狀閥的聲音大。若壓縮機工作時，發(fā)現(xiàn)氣閥聲音比較沉悶或者無聲，可以初步判斷氣閥出現(xiàn)故障。

（3）工藝參數(shù)出現(xiàn)異常變化。一些氣體泄漏量較大時，氣閥蓋上的溫度變化不明顯，但是氣流量會出現(xiàn)較大變化。在設(shè)備操作過程中，工藝參數(shù)會出現(xiàn)異常，這也是氣閥故障的一種表現(xiàn)。

2.2 往復(fù)式氣閥故障原因

（1）氣體成分復(fù)雜。盡管壓縮機管線進(jìn)口處一般都有過濾器裝置，但一些行業(yè)的加工生產(chǎn)中，會產(chǎn)生成分比較復(fù)雜的氣體。這些未凈化的氣體中有時會有一些附著性較強的物質(zhì)成分。機器長期工作，會產(chǎn)生堆積一些固體雜質(zhì)。一旦雜質(zhì)進(jìn)入閥座或者閥片縫隙，則容易引發(fā)故障。

（2）介質(zhì)中存在液體。壓縮機的進(jìn)出口有緩沖罐，部分壓縮機還有氣液分離器，以解決介質(zhì)中存在液體的情況。實際工作中無法徹底實現(xiàn)分離液體，且極大的溫差也會干擾氣液分離。若排液不及時，就會引起氣閥故障。

（3）氣缸過油。一些壓縮機的氣缸采用油潤滑的方式作業(yè)，長時間使用后，氣缸會殘留有潤滑油。長此以往會出現(xiàn)氣缸過油的情況，影響氣閥正常工作，引發(fā)故障。

（4）工況調(diào)整。實際工作中工況不是一成不變，企業(yè)要隨著生產(chǎn)線和生產(chǎn)計劃的調(diào)整，調(diào)整工況。工況的變化會帶來壓縮機進(jìn)排氣量、壓力及溫度的變化。如果變化偏離之前的工作參數(shù)太多，可能會引發(fā)氣閥失效。

（5）頻繁開關(guān)。疫情期間停工不作業(yè)，只有定期開停調(diào)試。這樣的工作狀態(tài)會讓壓縮機的介質(zhì)通道因閑置出現(xiàn)生銹或腐蝕的情況，如氧化鐵脫落。這種情況無法避免，最好通過倒機運行進(jìn)行維護(hù)，但頻率不易過密，一個月一次即可。

（6）其他原因。除了上述5 種比較集中的故障以外，還有一些由其他方式引發(fā)的故障，例如，溫度、機組共振、錯誤操作等。這種故障原因不集中且不常規(guī)，需要遇到問題結(jié)合實際情況分析。

2.3 往復(fù)式壓縮機氣閥故障處理辦法

2.3.1 方法一

在入口管線的過濾罐低點，稍微開一點閥門，以0.5 h 為周期，在聚液器位置處進(jìn)行排液，緩解介質(zhì)帶液問題。這種方式效果明顯，但資金消耗較大，年耗超過200 萬元。

2.3.2 方法二

機組過熱時，可以進(jìn)行入口管線的伴熱線監(jiān)控，保持其工作是溫度在30℃左右，來減少溫差帶來的氣體凝液情況。這種效果較方法一要差很多。

2.3.3 方法三

定期進(jìn)行機組檢修，實時監(jiān)控壓縮機運行時的各項參數(shù)。通過參數(shù)變化及時發(fā)現(xiàn)機組問題，找到故障根源，更換組件。

2.3.4 方法四

如果條件允許，可以對壓縮機氣閥進(jìn)行改造，降低介質(zhì)帶液形成的阻塞，緩解組件失效。

上述辦法只能針對已經(jīng)投入使用的壓縮機出現(xiàn)的日常問題進(jìn)行應(yīng)急處理。要從根本上切斷故障源，還需要從改進(jìn)工藝流程上出發(fā)。

3 往復(fù)式壓縮機氣閥的維護(hù)及保養(yǎng)

通過故障分析可以看出，氣閥密封面失效、彈簧失效是壓縮器氣閥失效的主要問題。因此在日常使用中，要針對具體問題進(jìn)行日常檢修保養(yǎng)，減少故障率，延長往復(fù)式壓縮機使用壽命。

3.1 氣閥零件檢修

（1）保護(hù)閥座。對閥座的保護(hù)主要是清潔，清除壓縮機輸送過程中帶來的液體，避免其對零件帶來腐蝕和沖擊，有效延長閥座和閥片的使用壽命。

（2）彈簧維護(hù)。檢修時要根據(jù)生產(chǎn)計劃和工業(yè)要求，檢查彈簧的彈力是否符合現(xiàn)有生產(chǎn)需求，若不符合要進(jìn)行調(diào)整。另外，可以將傳統(tǒng)的圓柱形彈簧換為圓錐形彈簧，降低工作中對彈簧的磨損，對沖擊力度進(jìn)行緩沖，延長彈簧使用壽命。

（3）校驗閥片運動狀態(tài)。閥片損壞和其運動狀態(tài)有很大關(guān)系，升程大會導(dǎo)致閥片出現(xiàn)疲勞磨損，升程小又會影響作業(yè)效率。因此需要根據(jù)生產(chǎn)需求，定期對壓縮機進(jìn)行維修檢測，調(diào)整閥片狀態(tài)。

3.2 氣閥組裝注意事項

檢修后就是重新組裝。重組前，需要檢查并清洗干凈各零部件。過程中需要注意閥片和閥座的接觸情況、控制好閥片的升程以及零件之間距離。避免因組裝松動而引發(fā)機器故障。另外，在檢修過程中，若有部分零件（如閥片、彈簧）需要更換，不能更換單一零件，而是要把閥座全部更換，保證工作時內(nèi)部平衡。

3.3 氣閥試漏

安裝完成后，一定要對氣閥進(jìn)行密封性測試，一般使用試漏檢查。常用的試漏液體有煤油和水。這種方式容易受到外部環(huán)境的影響?，F(xiàn)在部分企業(yè)采用模擬工作狀態(tài)的方式進(jìn)行試漏，不但能檢測出密封性，還能反映閥片的工作性能，是目前比較全面和準(zhǔn)確的一種檢測方式。

4 結(jié)語

氣閥在往復(fù)式壓縮機的運轉(zhuǎn)中具有至關(guān)重要的作用，氣閥在工作狀態(tài)下不可避免會產(chǎn)生較大消耗，進(jìn)而出現(xiàn)故障。為保證工作和工況的正常開展，對氣閥的日常數(shù)據(jù)監(jiān)控和檢修必不可少。相關(guān)操作人員應(yīng)養(yǎng)成良好的數(shù)據(jù)記錄和分析的習(xí)慣，結(jié)合氣閥工作原理，快速發(fā)現(xiàn)氣閥是否處于正常工作狀態(tài)，找準(zhǔn)故障原因，避免造成企業(yè)損失。檢修后，還要注意組裝后的試漏檢測，確保機器正常工作。