往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥壓蓋和氣量調(diào)節(jié)器的技術(shù)改進(jìn)

趙俊偉

(中化泉州石化有限公司 福建泉州 362141）

1 情況介紹及改進(jìn)前存在的問(wèn)題

1.1 情況介紹

某公司煤油加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)選用2D20型往復(fù)式壓縮機(jī)，型號(hào)為2D20-34/14.5-26，屬于對(duì)置往復(fù)式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)采用臥式，雙層布置。兩列一級(jí)壓縮，氣缸為水平布置雙作用。進(jìn)、排氣口均按上進(jìn)、下出布置。

該壓縮機(jī)為兩列一級(jí)雙作用氣缸，氣缸材料為高強(qiáng)度鑄鐵(JT25-47C)，進(jìn)排氣口為上進(jìn)下出；氣缸采用水冷卻式結(jié)構(gòu)。采用干式缸套，材料為JT25-47D,端部凸緣定位；吸氣閥孔蓋上設(shè)有壓開吸氣閥裝置實(shí)現(xiàn)排氣量的分檔調(diào)節(jié)；氣缸設(shè)有支承，用于支撐氣缸和調(diào)整氣缸水平。氣閥采用網(wǎng)狀閥結(jié)構(gòu)，閥座、閥蓋材料為20Cr13，閥片材料為PEEK。氣缸內(nèi)氣體的吸入和排出是通過(guò)氣閥閥片的開閉來(lái)實(shí)現(xiàn)的，氣在閥片兩邊氣體壓差下自動(dòng)開啟；又在升程限制器上彈簧的作用下自動(dòng)關(guān)閉。閥片的升程、彈簧特性及彈簧力大小直接影響氣閥的壓力損失和閥片壽命。而彈簧力大小的確定與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、氣閥工作壓力、氣閥中氣體的流速、氣閥運(yùn)動(dòng)零件質(zhì)量，閥片升程等因素有關(guān)。

該壓縮機(jī)可調(diào)節(jié)氣量為0%、25%、50%、75%、100%。氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)由卸荷器、電磁閥、風(fēng)線等組成。當(dāng)氣量?jī)H需要做相應(yīng)改變時(shí)，由電磁閥控制使軸端卸荷器通風(fēng)從而頂開吸氣閥，通過(guò)控制吸氣閥工作個(gè)數(shù)達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)荷的目的。當(dāng)壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)需要0%負(fù)荷時(shí)卸荷器全部通風(fēng)頂開吸氣閥，吸氣閥不工作；需要100%負(fù)荷卸荷器不工作，所有吸氣閥處于工作狀態(tài)。

該壓縮機(jī)性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1

1.2 改進(jìn)前存在的問(wèn)題

氣閥作為一種自動(dòng)閥，其閥片運(yùn)動(dòng)是由閥片兩側(cè)氣體壓力差和彈簧力、氣體動(dòng)力決定的。以吸氣閥為例，如下圖1：

圖1

經(jīng)統(tǒng)計(jì)在2015年-2018年四年間該型號(hào)壓縮機(jī)故障停機(jī)維修影響運(yùn)行統(tǒng)計(jì)表如下：

序號(hào) 故障時(shí)間 故障原因 維修時(shí)間1 2015.04 氣閥壓蓋頂絲泄漏 6 2 2015.07 氣量調(diào)節(jié)器卡塞 3 3 2015.11 氣閥壓蓋頂絲泄漏 4 4 2016.06 排氣閥泄漏 8 5 2016.08 氣閥壓蓋頂絲泄漏 4 6 2016.12 氣量調(diào)節(jié)器卡塞 5 7 2017.08 儀表故障 3 8 2017.12 氣閥壓蓋頂絲泄漏 3 9 2018.03 主電機(jī)故障 12 10 2018.06 氣閥壓蓋頂絲泄漏 4

從以上統(tǒng)計(jì)表可以看出，因氣閥壓蓋泄漏和氣量調(diào)節(jié)器卡塞失效影響運(yùn)行占總維修次數(shù)的70%，因其他原因停機(jī)檢修占維修次數(shù)的30%。

往復(fù)式壓縮機(jī)由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使然，使得需要密封的部位很多。其中針對(duì)閥窩密封方面，該機(jī)組通過(guò)3封蓋壓緊4紫銅墊片來(lái)密封，而5閥罩是通過(guò)2頂絲來(lái)壓緊，進(jìn)而保證6吸氣閥處于穩(wěn)固狀態(tài)，防止吸氣閥與壓縮機(jī)產(chǎn)生機(jī)械的或者運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系，即避免活塞在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)吸氣閥造成傷害。往復(fù)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，通過(guò)閥片的氣流均為脈動(dòng)氣流，故閥片承受的力不可能絕對(duì)均勻，機(jī)組每次吸、排氣都會(huì)對(duì)氣閥及閥罩造成沖擊，久而久之造成頂絲松動(dòng)，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)就會(huì)導(dǎo)致氣體外漏，同樣會(huì)導(dǎo)致閥罩松動(dòng)，最終影響氣閥的穩(wěn)固狀態(tài)，使氣閥和壓機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，極大的縮短氣閥的使用壽命。

另外在機(jī)組檢修時(shí)，該結(jié)構(gòu)封蓋安裝較為復(fù)雜，尤其是在壓緊頂絲時(shí)耗費(fèi)工時(shí)最多，且經(jīng)常有安裝不到位情況，從而影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 原因分析

往復(fù)式壓縮機(jī)是否能夠更合理、更有效、更經(jīng)濟(jì)地工作，很多程度上取決于氣閥的結(jié)構(gòu)和性能。同時(shí)，氣閥工作強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣，它又是壓縮機(jī)三大易損件中最易損壞的零件。因氣閥損壞而引起的停車占非計(jì)劃停車70%以上。要想延長(zhǎng)氣閥的使用壽命，其良好的工作環(huán)境是必要的條件。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行聯(lián)合調(diào)研及分析，認(rèn)為該機(jī)組壓閥罩頂絲松動(dòng)是導(dǎo)致氣閥損壞的主要原因之一，另外，由于改進(jìn)前氣閥的氣量調(diào)節(jié)器為鑄鐵材質(zhì)，使用過(guò)程中易腐蝕生銹，造成動(dòng)作不順暢，有明顯的卡滯情況，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修極為不便，并且橡膠膜片易被介質(zhì)腐蝕極易損壞。針對(duì)以上幾點(diǎn)現(xiàn)決定對(duì)壓縮機(jī)封蓋、氣閥壓閥罩及氣量調(diào)節(jié)器進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。

2.1 改進(jìn)方案如下：

新封蓋形式如下圖2：

圖2 進(jìn)氣閥卸荷器、封蓋改進(jìn)示意圖排氣閥封蓋改進(jìn)示意圖

特點(diǎn)介紹：

1）活塞式結(jié)構(gòu)氣量調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且具有頂桿長(zhǎng)度調(diào)裝置，安裝簡(jiǎn)便；

2）封蓋上安裝氟橡膠材質(zhì)的O型圈，能起到良好的密封效果，且防止介質(zhì)的腐蝕；

3）取消了頂絲，通過(guò)封蓋直接壓緊壓閥罩，由原來(lái)的三點(diǎn)緊固變?yōu)槊婢o固，接觸面積較頂絲大的多，更加穩(wěn)妥不易松動(dòng)，且取消頂絲后安裝更加簡(jiǎn)單；

4）機(jī)組運(yùn)行時(shí)不必?fù)?dān)心頂絲安裝不到位及松動(dòng)問(wèn)題。

2.2 具體改進(jìn)方案：

1、壓閥罩的改進(jìn)

縮短原先壓閥罩的高度，以留出供O型圈密封的空間，同時(shí)保證與氣閥無(wú)任何干涉。另外，排氣閥壓閥罩應(yīng)考慮防退頂絲，以便安裝。

2、封蓋的改進(jìn)

重新設(shè)計(jì)封蓋，在保證安裝尺寸不變的前提下，留出安裝O型圈的凹槽。并在封蓋內(nèi)表面加工凹坑，在確保封蓋強(qiáng)度的前提下，盡量減輕封蓋重量，以便安裝。封蓋與氣缸表面應(yīng)留5mm左右的空隙，以確保能夠壓緊壓閥罩。

3、氣量調(diào)節(jié)器的改進(jìn)

將氣量調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為不銹鋼材質(zhì)活塞式結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)器頂桿長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)（具體尺寸需要計(jì)算求得），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單維修方便，且材質(zhì)升級(jí)為不銹鋼后頂桿調(diào)節(jié)順暢，使用效果良好。

3 改進(jìn)后運(yùn)行情況

將壓縮機(jī)原頂絲壓緊結(jié)構(gòu)的進(jìn)、排氣閥壓蓋，改進(jìn)成非頂絲壓緊結(jié)構(gòu)的徑向膠圈密封形式，各壓閥罩同步作適應(yīng)性改進(jìn)，消除原頂絲結(jié)構(gòu)易泄漏危害性介質(zhì)和運(yùn)行中易松動(dòng)的安全隱患。同時(shí)將原進(jìn)氣閥卸荷器由活塞式改成膜片式，密封性能更好，防止機(jī)內(nèi)氣體外泄，提高壓縮機(jī)運(yùn)行安全保障。

3.1 改進(jìn)后氣閥相關(guān)部件優(yōu)點(diǎn)

1、O型圈密封形式的壓閥罩及封

蓋，是一種新型的氣閥安裝壓緊結(jié)構(gòu)，解決了原結(jié)構(gòu)中頂絲因?yàn)閴嚎s機(jī)運(yùn)行振動(dòng)經(jīng)常導(dǎo)致松動(dòng)問(wèn)題，減少了現(xiàn)場(chǎng)檢查量，使壓縮機(jī)運(yùn)行更持久、更穩(wěn)定。

2、活塞式結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)器動(dòng)作更加靈活，機(jī)組在正常切換時(shí)更加平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)因卸荷器動(dòng)作不順暢，而導(dǎo)致壓機(jī)出口壓力大幅度波動(dòng)，影響裝置平穩(wěn)操作；更不會(huì)出現(xiàn)因卸荷器卡滯造成機(jī)組滿負(fù)荷啟動(dòng)，導(dǎo)致壓機(jī)過(guò)載跳閘現(xiàn)象。

3.2 壓縮機(jī)改進(jìn)后效果

經(jīng)改進(jìn)后該壓縮機(jī)運(yùn)行兩年內(nèi)（16000小時(shí)）故障率對(duì)比，2019年-2021年三年間氣閥壓蓋頂絲漏氣次數(shù)為0，卸荷器卡塞失效次數(shù)為0，氣閥使用壽命由由之前最多使用8000小時(shí)，提升至目前16000小時(shí)左右，延長(zhǎng)了氣閥的使用壽命，單臺(tái)壓縮機(jī)氣閥檢修拆裝更換作業(yè)時(shí)間由原來(lái)4小時(shí)降為2小時(shí)。提高設(shè)備可靠性并降低檢維修工作強(qiáng)度。

4 結(jié)論

通過(guò)改進(jìn)后兩年壓縮機(jī)運(yùn)行的驗(yàn)證，對(duì)本次壓縮機(jī)氣閥相關(guān)部件進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，采用封蓋壓緊壓閥罩代替原有的頂絲緊固壓閥罩，解決了壓縮機(jī)頂絲經(jīng)常松動(dòng)等問(wèn)題，提高了壓縮機(jī)運(yùn)行效率，確保了壓縮機(jī)在生產(chǎn)周期內(nèi)的安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)?；钊降臍忾y調(diào)節(jié)器更能有效的保證機(jī)組切換時(shí)更加平穩(wěn)、可靠。