【壓縮機(jī)網(wǎng)】摘要：往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥是壓縮機(jī)部件中最重要也是最容易損壞的部件之一，往復(fù)式壓縮機(jī)運行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，很大程度上取決于氣閥的完善性。氣閥是易損件，其使用壽命短直接影響壓縮機(jī)的運轉(zhuǎn)率，質(zhì)量差的氣閥因氣閥泄漏引起的能量損失，可大到占壓縮機(jī)軸功率的20%以上。某煉廠加氫裝置2021年停工大檢修時，在氣閥拆檢過程中，顯示出的故障錯綜復(fù)雜。如何避免故障，提高氣閥的使用壽命，是設(shè)備管理人員及維護(hù)人員工作的重中之重。

　　文/洛陽石化三隆公司動設(shè)備 孫應(yīng)輝

　　一、引言

　　往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥的作用是控制氣缸中氣體的吸入和排出。壓縮機(jī)上的氣閥都是自動氣閥，即氣閥的啟閉不是用專門的控制機(jī)構(gòu)而是靠氣閥兩側(cè)的壓力差來自動實現(xiàn)及時啟閉的。氣閥是重要的易損件之一，它直接關(guān)系到壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)的周期。

　　對壓縮機(jī)氣閥的主要要求是：

　?。?）氣閥開閉及時，關(guān)閉時嚴(yán)密不漏氣；

　?。?）氣流通過氣閥時，阻力損失??；

　?。?）氣閥使用壽命長；

　?。?）氣閥形成的余隙容積?。?/p>

　?。?）噪音小。

　　目前，氣閥的結(jié)構(gòu)型式很多，最常使用的為環(huán)狀閥。一般由四部分組成 ：

　　（1）閥座  它具有能被閥片覆蓋的氣體通道，是與閥片一起閉鎖進(jìn)氣（或排氣）通道，并承受氣缸內(nèi)外壓力差的零件；

　　（2）啟閉元件  它是交替地開啟與關(guān)閉閥座通道的零件，通常制成片狀者稱閥片；

　?。?）彈簧  是關(guān)閉時推動閥片落向閥座的元件，并在開啟時抑制閥片撞擊升程限制器；

　?。?）升程限制器  是限制閥片的升程，并往往作為彈簧承座的零件。

　　閥座與升程限制器上都有環(huán)形通道供氣體通過，閥片與閥座上的密封口貼合形成密封，并靠閥片的啟閉來控制氣體的吸入與排出，為保證閥片啟閉時不偏斜，在升程限制器上加工成幾個同心圈的凸臺，對閥片起導(dǎo)向作用。閥片的升起高度（即升程h）由導(dǎo)向凸臺的高度來控制，升程限制器上裝有彈簧，當(dāng)閥片處于關(guān)閉狀態(tài)時，把閥片壓緊在閥座上，當(dāng)閥片開啟時起緩沖作用，閥座與升程限制器用螺栓擰緊，并需加防松措施。吸排氣閥工作時，氣閥是在閥片兩邊的壓力差作用下啟閉的，完成吸排氣過程。如在吸氣過程中，當(dāng)氣缸內(nèi)的壓力低于吸入管道中的壓力時，當(dāng)兩者所造成的壓力差ΔP足以克服彈簧壓緊力Ps與閥片及部分彈簧的運動質(zhì)量慣性力Pm之和時，閥片被頂開，氣體開始吸入，隨后閥片繼續(xù)開啟并貼到升程限制器上，氣體繼續(xù)進(jìn)入氣缸，直至活塞到達(dá)止點附近時，活塞速度劇下降，氣體的速度也隨之降低，于是作用在閥片上的氣流動壓力也變小。當(dāng)彈簧力大于氣體推力及閥片彈簧的慣性力時，彈簧隨即把閥片頂回，閥片開始關(guān)閉并最終重新落在閥座上，吸氣閥閥片關(guān)閉而完成吸氣過程，排氣亦然。

　　網(wǎng)狀閥結(jié)構(gòu)基本上和環(huán)狀閥相同，但各環(huán)閥片以筋條聯(lián)成一體，略呈網(wǎng)狀故稱網(wǎng)狀閥，如圖4。這種閥片本身具有彈性，在閥片從中心數(shù)起的第二圈上，將徑向筋條銑出一個斜切口，同時在很長一段弧內(nèi)銑薄使之具有彈性。這樣當(dāng)閥片中心圈被夾緊，而外緣四圈做為閥片時，不需要導(dǎo)向塊便能上下運動。網(wǎng)狀閥片各環(huán)起落一致，且沒有摩擦，對氣缸無油潤滑壓縮機(jī)特別適用。

　　有時也采用中心導(dǎo)向的網(wǎng)狀閥結(jié)構(gòu)，其閥片沒有固定部分和彈性部分，這種網(wǎng)狀閥避免了彈性部分易于斷裂的可能性，又?jǐn)U大了通道數(shù)目。如果中心導(dǎo)向塊采用自潤滑材料，同樣適用于氣缸無油潤滑壓縮機(jī)。

　　網(wǎng)狀閥中既可采用圓柱形彈簧，又可用片形彈簧，并采用緩沖片以緩和閥片對升程限制器的沖擊。相比于環(huán)狀閥，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造加工難度大，技術(shù)要求高，應(yīng)力集中處多，運行中易于損壞，應(yīng)用較少。但隨著近幾年的技術(shù)進(jìn)步，如采用PEEK材質(zhì)等，網(wǎng)狀閥的應(yīng)用也越來越廣泛。

　　二、氣閥故障概述與分析

　　某煉廠柴油加氫裝置在2021年大檢修時，對12臺往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥拆檢，發(fā)現(xiàn)多種故障損壞現(xiàn)象，統(tǒng)計如下：

　　1.閥片斷裂

　　如圖5所示，閥片局部斷裂，斷裂部位正是彈簧支撐部位，彈簧與閥片產(chǎn)生壓痕，造成閥片應(yīng)力集中，在閥片不停的開啟閉合中折斷。而產(chǎn)生斷裂的閥片大多數(shù)顏色已經(jīng)變色，明顯受過溫度變化，變色發(fā)藍(lán)。分析為過熱變軟，導(dǎo)致彈簧壓痕產(chǎn)生，最終導(dǎo)致斷裂，斷裂口就在彈簧直徑的切線部位。

　　2.閥片彈簧斷裂

　　常用彈簧材料一般有三類：

　?、偬妓貜椈射摻z，材料來源廣，鋼絲表面質(zhì)量及耐疲勞強(qiáng)度性能也不低于合金鋼絲。缺點是使用溫度較低，因為彈簧冷卷后不再進(jìn)行熱處理，當(dāng)氣閥溫度環(huán)境較高時，彈簧自由高度容易變低，故其使用溫度不高于120°。

　?、诤辖痄摻z，主要有50CrVA、60Si2Mn、60Si2、65Mn等材質(zhì)的鋼絲。合金彈簧鋼絲繞制的彈簧使用溫度較高(250-400°)，此外，50CrVA的鋼絲還具有對缺口敏感性小的優(yōu)點，故適用于長周期運行的壓縮機(jī)氣閥。

　?、鄄讳P鋼及有色金屬等耐腐蝕性材料，如4Cr13、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Ti、3-1硅錳青銅、4-3錫鋅青銅等材料，主要用來制造二氧化碳壓縮機(jī)、氧氣壓縮機(jī)的彈簧材料。

　　這次檢修發(fā)現(xiàn)有碳素彈簧鋼絲的斷裂，也有合金鋼絲中不銹鋼彈簧的斷裂。碳素彈簧鋼絲的斷裂口大多是腐蝕變細(xì)，加上氣閥超溫運行，一些氣缸在運行時發(fā)現(xiàn)氣閥處溫度已達(dá)到125°，明顯超出允許溫度值。不銹鋼彈簧斷裂的主要原因，用卡尺測量，一組閥里所布置的彈簧明顯有高度差，說明在彈簧更換時沒有將一致高度的彈簧裝入同一個氣閥里，造成個別彈簧受力不均，導(dǎo)致個別彈簧受力過大導(dǎo)致斷裂。另外，一些彈簧帶有錐度，安裝時忽略大小頭，導(dǎo)致閥片支撐不穩(wěn)，也使個別彈簧受力過大導(dǎo)致斷裂。

　　3.氣閥流道進(jìn)入雜質(zhì)

　　本次檢修遇到壓縮機(jī)管道入口濾網(wǎng)破損，進(jìn)入壓縮機(jī)氣缸，進(jìn)入氣閥流道，卡在氣閥密封面上，如圖7所示。也有管道在焊接施工時產(chǎn)生的焊瘤球狀物，鑲嵌在閥片上，最終都導(dǎo)致氣閥密封失效。系統(tǒng)部件過濾器失效

　　4.氣閥閥窩里積聚大量顆粒狀活塞環(huán)及支撐環(huán)磨損的顆粒，如圖8所示。

　　5. 閥座材料可以根據(jù)承受的壓力差來選用，具體見下表：

　　為提高耐磨性，閥座密封表面要求進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理或表面硬化處理，比如對密封面進(jìn)行高頻淬火處理，其硬度達(dá)HRC35～40。為了提高耐磨性，在一些特殊結(jié)構(gòu)中（條狀潤）還必須對限制閥片運動方向的凸臺，同樣進(jìn)行高頻表面淬火或?qū)σ恍┆毩⒌牧慵ㄏ尬讳N釘，襯圈）用表面滲氮的辦法使其硬度不低于HRC60。

　　對于在具有腐蝕性的氣體下工作的氣閥，其閥座可采用不銹鋼或銅。

　　閥座的密封面應(yīng)研磨，表面粗糙度不大于Ra =0.4m。內(nèi)外邊緣要倒鈍，氣閥組裝后要進(jìn)行泄漏檢查。

　　直流片狀閥閥座，當(dāng)壓力差小于4MPa時，用含硅9.3%～12%的鋁硅合金壓鑄而成。當(dāng)壓力>4MPa時，采用40、45號鋼通過機(jī)械加工制造。

　　閥片的材料及技術(shù)要求：閥片在工作時承受交變沖擊和交變彎曲載荷，為了保證閥片具有足夠的強(qiáng)度和較長的使用壽命，阿片材料應(yīng)具有強(qiáng)度高、性好、耐磨、耐腐蝕等特性。

　　對于空氣、氮氫氣、石油氣等沒有腐蝕性介質(zhì)的壓縮機(jī)，環(huán)狀閥、網(wǎng)狀閥、碟狀閩的閥片道常采用30CrMnSIA，對于有腐蝕性介質(zhì)的壓縮機(jī)以及氧壓機(jī)，上述氣閥的閥片采用的是1Cr18、2Cr13、3Cr13、1Cr18Ni9Ti等材料。此外還有采用30CrMoA、20CrNi4VA、37CrNi3A等材料的。

　　柴油加氫裝置高壓壓縮機(jī)，由于氣閥兩側(cè)壓力差很大，故要求氣閥零件有很高的強(qiáng)度，其閥芯常用35CrMo、35CrM1uVA以及軸承鋼GCr15等材料制造。一定要精心倒圓以消除毛刺，防止過早損壞。閥片表面應(yīng)拋光。

　　6.油粘滯問題

　　本機(jī)為四列二級壓縮機(jī)，注油量為每分鐘35滴，每次拆檢打開，發(fā)現(xiàn)從閥窩漏油量大，閥片故障現(xiàn)象如圖9所示。閥片最外圈三處斷裂，閥片表面有積油，閥布滿積油座，閥蓋槽道及表面，潤滑油過多造成液擊和油粘滯，導(dǎo)致閥片疲勞損壞。

　　7.氣閥更換閥片后組裝問題

　　本次拆檢一臺氣閥尺寸較小的壓縮機(jī)氣閥，發(fā)現(xiàn)螺桿在閥座底部的防轉(zhuǎn)銷已被剪切，二級排氣閥110GD螺母發(fā)生局部斷裂。經(jīng)檢查，密封面表面光亮，外緣有輕微的磨損。另該閥閥座側(cè)面上銷脫落，銷口處變形厲害。原因分析：由于氣閥壓閥罩沒有壓緊，造成氣閥在工作時發(fā)生轉(zhuǎn)動和竄動，使螺母防松部位強(qiáng)度不足而發(fā)生斷裂。

　　三、總結(jié)

　　通過本次大檢修，對拆檢的氣閥故障梳理，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象多樣，既有配件本身質(zhì)量問題，也有壓縮機(jī)因冷卻水水質(zhì)差、換熱器效果不好，導(dǎo)致壓縮機(jī)氣閥部位超溫運行，也有檢修維護(hù)人員野蠻施工造成閥螺栓上緊時扭矩過大導(dǎo)致氣閥失效的人為因素。作為設(shè)備管理人員，要求在配件驗收、運行參數(shù)調(diào)整、附屬系統(tǒng)定期調(diào)整都需要長時間的仔細(xì)觀察。