往復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任公司，內蒙古包頭 014010）

0 引言

氣閥是往復式壓縮機的重要組件，最容易出現故障。一旦組件發生問題，會直接導致往復式壓縮機機組出現排氣壓比例失調、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，干擾企業生產計劃。為保障日常生產正常進行，下面對機組故障進行分析和診斷。

1 往復式壓縮機氣閥結構及失效形式分析

1.1 往復式壓縮機氣閥結構

要明確找出往復式壓縮機氣閥失效的原因，并進行針對性分析，要先了解往復式壓縮機的氣閥結構。往復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，閥片負責開啟和關閉氣閥通道，彈簧負責配合氣流控制閥片運動，閥座上有環形的氣體通道，升程限制器則對閥片的活動范圍進行限制，同時支撐起彈簧。

1.2 往復式壓縮機氣閥工作過程

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

1.3 往復式壓縮機氣閥失效的集中情況

在日常工作中，往復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氣閥失效原因的55%以上，是往復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部空間，氣體在形成氣閥內部空間中通過，開始正常運作。閥座可能出現故障有閥座與閥片之間形成的氣體密封結構失效。故障原因可能是閥座銹跡，或因腐蝕導致密閉空間被破壞，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，可能會出現變形、斷裂等情況，造成閥片失效。根據氣閥結構可以看出，閥片和彈簧在工作時具有很強關聯性，當彈簧出現情況時，也會對閥片產生影響，出現各處開合力不平衡的情況，導致閥片出現變形。當然，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

彈簧失效約占氣閥失效的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壓縮工作會造成彈簧磨損.

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

（3）介質腐蝕。壓縮機工作時，介質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標而發生損壞。

1.3.4 閥體安裝松動

往復式壓縮機工作時氣流對設備沖擊力大，長期的沖擊可能導致閥體松動，造成內壓不穩，影響機器正常運作。這種情況出現較少，約占總故障的10%。

2 往復式壓縮機氣閥的故障診斷及處理辦法

2.1 往復式壓縮機氣閥的故障診斷

往復式壓縮機在工作狀態下，氣閥每時每刻都保持一種高速運轉的狀態，一旦發生故障，壓縮機內的氣流就會出現異常，出現噪聲、活塞桿下沉、溫度異常和缸體異常振動等現象。下面總結3 種常見故障的表現。

（1）氣閥蓋溫度快速上升。氣閥因高強度運動，正常工作狀態下氣閥蓋會出現溫度上升的情況。日常檢查記錄氣閥蓋表面溫度時，若發現溫度出現快速上升，甚至超過日常溫度30 ℃以上，則可以初步判斷氣閥出現氣體泄漏的情況，需要進一步檢修。

（2）氣閥運行出現不規律異響。氣閥在正常工作狀態下，發出的聲音是均勻有規律的，類似“噠噠”的聲音，且聲音清晰清脆。正常狀態下，環狀閥的聲音要比網狀閥的聲音大。若壓縮機工作時，發現氣閥聲音比較沉悶或者無聲，可以初步判斷氣閥出現故障。

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

2.2 往復式氣閥故障原因

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

（2）介質中存在液體。壓縮機的進出口有緩沖罐，部分壓縮機還有氣液分離器，以解決介質中存在液體的情況。實際工作中無法徹底實現分離液體，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，長時間使用后，氣缸會殘留有潤滑油。長此以往會出現氣缸過油的情況，影響氣閥正常工作，引發故障。

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

（5）頻繁開關。疫情期間停工不作業，只有定期開停調試。這樣的工作狀態會讓壓縮機的介質通道因閑置出現生銹或腐蝕的情況，如氧化鐵脫落。這種情況無法避免，最好通過倒機運行進行維護，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，需要遇到問題結合實際情況分析。

2.3 往復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，在聚液器位置處進行排液，緩解介質帶液問題。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，可以進行入口管線的伴熱線監控，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

定期進行機組檢修，實時監控壓縮機運行時的各項參數。通過參數變化及時發現機組問題，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行改造，降低介質帶液形成的阻塞，緩解組件失效。

上述辦法只能針對已經投入使用的壓縮機出現的日常問題進行應急處理。要從根本上切斷故障源，還需要從改進工藝流程上出發。

3 往復式壓縮機氣閥的維護及保養

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，要針對具體問題進行日常檢修保養，減少故障率，延長往復式壓縮機使用壽命。

3.1 氣閥零件檢修

（1）保護閥座。對閥座的保護主要是清潔，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。檢修時要根據生產計劃和工業要求，檢查彈簧的彈力是否符合現有生產需求，若不符合要進行調整。另外，可以將傳統的圓柱形彈簧換為圓錐形彈簧，降低工作中對彈簧的磨損，對沖擊力度進行緩沖，延長彈簧使用壽命。

（3）校驗閥片運動狀態。閥片損壞和其運動狀態有很大關系，升程大會導致閥片出現疲勞磨損，升程小又會影響作業效率。因此需要根據生產需求，定期對壓縮機進行維修檢測，調整閥片狀態。

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，保證工作時內部平衡。

3.3 氣閥試漏

安裝完成后，一定要對氣閥進行密封性測試，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境的影響。現在部分企業采用模擬工作狀態的方式進行試漏，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確的一種檢測方式。

4 結語

氣閥在往復式壓縮機的運轉中具有至關重要的作用，氣閥在工作狀態下不可避免會產生較大消耗，進而出現故障。為保證工作和工況的正常開展，對氣閥的日常數據監控和檢修必不可少。相關操作人員應養成良好的數據記錄和分析的習慣，結合氣閥工作原理，快速發現氣閥是否處于正常工作狀態，找準故障原因，避免造成企業損失。檢修后，還要注意組裝后的試漏檢測，確保機器正常工作。