焦爐煤氣壓縮機氣閥損壞的原因分析和改進措施

盧向銀 孟繁然

（1.內蒙古慶華集團烏斯太能源化工有限公司； 2.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司）

2018 年5 月至2019 年5 月，50 000m3/h 焦爐煤氣制氫裝置聯合式壓縮機6M80（50）一、二段缸進排氣閥不斷出現超溫現象，損壞均由閥片斷裂造成。 其中，2018 年5 月試生產時氣閥損壞嚴重，造成停車。 該壓縮機為M 型3 列對稱式結構，四級壓縮，工作介質為焦爐氣、富氫氣；電機功率5 400kW；一、二級排氣量為25 000Nm3/h，三、四級富氫氣進氣量為31 000Nm3/h；一級進氣壓力為0.06MPa，二級進氣壓力為0.20MPa，三級進氣壓力為0.70MPa，四級進氣壓力為1.26MPa。以焦爐氣為介質的往復式壓縮機其氣閥不僅工作強度大，而且使用環境相當惡劣，如焦爐氣中焦油、氨、苯、萘、雜質、粉塵及腐蝕氣體硫化氫等非工作介質含量多， 使氣閥受到極大的侵害；同時還要經受各種破壞因素，如：壓力、拉力、剪切力、撞擊、磨損及腐蝕等，甚至還會在極端的高溫下運行造成氣閥的損壞。 因此為了減少壓縮機的停車次數、 檢修人員的工作量和配件的采購費用，對現有氣閥的質量、結構設計及使用情況等進行分析，并找出改進措施。

1 故障分析

氣閥損壞由多種因素造成，具體情況分析如下：

a. 外部因素。 壓縮機運行工況的改變；介質組分的分子量改變，介質中含腐蝕性成分、雜質增多，粉塵、結垢及積碳等含量不斷變化；系統發生壓力波動；氣閥檢修質量不符合要求；氣閥安裝質量有問題；活塞組件中支撐環、活塞環材料提前失效。

b. 內部因素。 閥片設計缺陷、材料缺陷和制造缺陷。

c. 其他因素。 操作人員技術不熟練導致壓縮機的頻繁開停；注油設備管理不當造成潤滑油過多不能及時排出；氣體中水分含量超出設計要求等問題。

該機組自2018 年5 月投產以來， 氣閥運行過程中不斷出現斷裂，機組氣閥設計選配形式是環狀閥與網狀閥相結合，材料為3Cr13，使用的氣體多為酸性且含水量超標， 焦油、 萘、 苯過多，3Cr13 不銹鋼制成的閥片在這種惡劣工況下，性能狀態存在缺陷，主要原因是閥片在劇烈的氣流運動中受到循環沖擊、材質疲勞、腐蝕介質和高溫環境的影響而產生麻點或發生斷裂破壞，密封性能下降，使用壽命縮短。

焦爐氣來自上游焦化，因市場經濟煤質成分復雜， 導致使用的焦爐氣氣體組分復雜多變，焦爐氣中苯、萘、焦油及氨等組分嚴重超出設計要求，使壓縮機氣閥無法正常使用。 同時，結合氣閥的使用周期、維修工作量及采購配件費用等綜合考慮后，對氣閥進行改進。

2 改進措施

針對上述故障分析，將原本使用的3Cr13 不銹鋼閥片更換為聚醚醚酮 （PEEK） 閥片， 使用PEEK 閥片具有以下優點：

a. 密度、彈性模量小，撞擊力比鋼制閥片小得多，由此產生的疲勞損傷隨之降低。

b. 在塑料與金屬的密封面貼合處，因閥片的多次開閉撞擊而形成良好的密封，漏氣現象自然減少，降低對氣閥的維修要求。

c. PEEK 塑料閥片具有良好的耐磨性和柔韌性，閥片不易斷裂，即使出現裂紋，其傳播速度也比較慢，斷裂的閥片帶入氣缸也不會損壞氣缸。

d. PEEK 塑料的耐腐蝕性比不銹鋼閥片優異得多，除了個別濃酸外，對通常的化學藥品表現出極好的耐腐蝕性，可避免因腐蝕性介質的作用而產生氫脆、腐蝕疲勞、削弱零件強度及損壞密封面等現象，即使在較高的溫度下，仍能保持良好的化學穩定性。 同時，氣閥開閉時的噪音也有所降低。

3 改造前后氣閥運行情況對比

改造前機組（6M80B 機）氣閥的使用情況見表1，改造后PEEK 氣閥的使用情況見表2。

表1 改造前機組氣閥的使用情況

表2 PEEK 氣閥的使用情況

通過表1、2 對比可知， 使用PEEK 氣閥后，不僅壓縮機運行使用周期明顯增長，而且降低了維修量，兩者使壓縮機的運行成本降低，達到改造的預期效果，可見改進措施合理有效。

4 結束語

結合理論分析與工程應用結果，與閥片材料3Cr13 的氣閥相比， 材料為PEEK 的氣閥具有可靠性高、能量損失小、噪音低及氣閥引起的非計劃停車少等優點， 值得大力推廣應用。 在選擇PEEK 作為閥片材料時， 需兼顧氣閥的可靠性與經濟性，根據氣閥的運行條件、PEEK 的優缺點等選擇合適的氣閥型式，對氣閥的氣流通道、彈簧力、升程及可靠性等進行優化設計，以充分發揮PEEK 閥片的優勢，提高氣閥的綜合性能。