BOG 壓縮機氣閥故障分析

陳 猛

（中石油江蘇液化天然氣有限公司，江蘇南通 226000）

0 引言

中石油江蘇液化天然氣有限公司采用3 臺立式BOG 壓縮機（瑞士布克哈德生產）作為BOG 回收的關鍵機組。工作介質為甲烷，吸入壓力0.119 MPa，排氣壓力0.801 MPa。在長期運行中發現造成壓縮機溫度、壓力、振動變化的主要原因是壓縮機氣閥出現問題。因此氣閥維護工作顯得尤為重要。

1 氣閥

壓縮機氣閥主要有吸氣閥、排氣閥和余隙控制閥，其中吸氣閥有普通吸氣閥和可控吸氣閥。排氣閥和吸氣閥負責活塞運動過程氣體的排出和吸入，余隙控制閥通過降低或增加壓縮機排量來保持壓縮機進口的吸入壓力恒定。可控吸入閥是壓縮機在50%和100%的負載下工作，控制入口進氣量。中石油江蘇液化天然氣有限公司壓縮機的氣閥形式為網狀閥。

壓縮機氣閥基本結構有閥座、彈簧、閥片、緩沖片、間隔盤、中心螺栓等，圖1 是布克哈德平板閥。可控氣閥在氣閥的基本結構上安裝了指式卸荷器和執行機構。

圖1 布克哈德平板閥

2 故障信號及診斷

2.1 溫度信號

壓縮機有多種溫度信號，缸體、吸氣腔和排氣腔等引發的信號都屬于溫度信號。外界環境以及運行時間對壓縮機閥體和缸體都有一定影響，而且閥體和缸體溫度變化相對比較緩慢，因此不適合作為溫度診斷信號。壓縮機吸入腔和排氣腔的溫度在壓縮機穩定運行情況下相對波動量小，對故障反應較為敏感而且容易安裝溫度監測設備。吸氣側溫度升高可以判斷吸氣閥故障。排氣側溫度升高的故障原因很多，有相應級的吸氣閥、排氣閥故障或下一級的吸氣閥、排氣閥故障。

2.2 壓力信號

壓縮機壓力信號有吸氣壓力、排氣壓力、級間壓力等，吸氣壓力、排氣壓力和級間壓力等3 種壓力信號也是診斷氣閥故障的主要因素。排氣壓力升高可以判斷下一級的吸氣閥或排氣閥故障；排氣壓力下降可以判斷相應級的吸氣閥或排氣閥故障；級間壓力出現明顯波動，表明氣閥閥盤損壞或堵塞。

2.3 振動和聲音信號

通過振動和聲音信號來判斷壓縮機氣閥是否故障是最簡單方便的方法。但是由于壓縮機振動信號成分較為復雜，干擾因素較多，對此信號的監測要綜合考慮。通過分析噪聲信號可以檢測壓縮機氣閥的運行狀態及診斷氣閥故障。

3 氣閥故障現象及原因

壓縮機運行過程中，級間壓力出現明顯波動，表明氣閥出現故障。氣閥常見故障有閥片斷裂磨損、氣閥彈簧斷裂磨損、氣閥密封性差等。造成這些故障的原因有工藝氣體中含有雜質、氣體脈動、閥門組裝不正確、易損件本身材料問題。

3.1 閥片斷裂磨損

（1）疲勞彎曲斷裂。壓縮機氣閥閥片在工作過程中承受由氣體壓力引起的靜載荷。在靜載荷作用下，閥片會產生彎曲變形，由于氣體在氣缸中有序吸入與排出，造成氣體本身脈動變化，在脈動循環靜載荷的作用下，閥片易出現疲勞彎曲損壞。在壓縮機正常運行下，閥片在動作過程中會產生撞擊載荷，在高頻次撞擊載荷作用下，閥片很容易斷裂破壞。

（2）閥片磨損。閥片在工作過程中，閥片和緩沖片都會和彈簧發生接觸，造成閥片磨損（圖2）。閥片與彈簧接觸面會出現磨損痕跡，如果緩沖閥片安裝位置發生偏移，也會和彈簧發生摩擦。氣閥閥座上的圓柱銷用于固定緩沖片，同時起到導向作用。緩沖片與圓柱銷配合不好，也會造成緩沖片磨損。如果兩者配合間隙變大，緩沖片軸向發生偏移就會導致彈簧與緩沖片之間摩擦。上述情況都會降低閥片強度，縮短使用壽命。

圖2 磨損閥片

（3）閥片材料缺陷。在閥片生產過程中，閥片材料本身存在裂紋、應力集中等缺陷。在循環載荷作用下，閥片的疲勞極限就會下降，引起閥片斷裂，降低閥片使用壽命。

3.2 彈簧斷裂磨損

（1）疲勞斷裂。在氣閥進氣與排氣過程中，氣閥彈簧一直在伸縮動作。在脈動循環載荷作用下，彈簧達到疲勞極限，造成氣閥斷裂。

（2）摩擦斷裂。氣閥在工作過程中，在氣體脈動作用下，彈簧有規律伸縮，這樣彈簧與彈簧座之間就會發生摩擦。氣閥的開啟關閉會帶動緩沖片，當彈簧與緩沖片有接觸時，兩者就會產生運動摩擦。這兩種情況都會造成彈簧鋼絲直徑受損（圖3），使其本身強度下降，使用壽命降低。

（3）彈簧材料缺陷。由于氣閥工作環境不同，對其材料有一定要求，如果彈簧材料使用不正確，就會加快彈簧斷裂。同時彈簧在加工、熱處理過程也存在缺陷，在氣閥工作過程中，也很容易造成彈簧斷裂。天然氣主要成分是甲烷，不會對彈簧造成腐蝕，因此彈簧腐蝕斷裂的可能性較小。

3.3 氣閥漏氣

圖3 磨損斷裂彈簧

圖4 受損密封面

壓縮機排氣壓力降低或吸氣壓力升高都有可能是壓縮機氣閥密封性差漏氣所致。造成氣閥漏氣原因有很多，如閥座平面度及表面粗糙度達不到要求；閥座密封面被碰傷（圖4）；氣閥的密封閥片斷裂或出現形變；密封面處出現異物；彈簧斷裂或因彈簧高度不一致，導致彈簧彈力不夠；可控氣閥的控制氣源壓力低于設計值等。氣閥的密封性關系到壓縮機能否正常運行，一旦發現問題應及時修復。

3.4 可控吸氣閥與余隙控制閥

可控吸氣閥與余隙控制閥除了閥片、彈簧、閥座等常見故障外，還有其他原因造成可控氣閥的失控。執行器供應源的壓力太低；閥的指式卸荷器端部和閥盤之間間隙太大，或者壓力銷和壓力套之間間隙太大；壓力銷不能自如活動。

4 結語

氣閥既是壓縮機的重要部件，也是易損件，只有加強對氣閥監測和日常精心維護，才能保證氣閥正常運行，延長使用壽命。