6M40 型焦炉气压缩机气阀故障分析

郭 利 王 君

作者通联：山东兖矿国际焦化有限公司 山东兖州市新兖镇国际大道1号 272100

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6M40-490/25.5-BX（六列四级对称平衡）型焦炉气压缩机，特点为各列气缸水平布置并分布在曲轴两侧。压缩机组为甲醇装置供原料气，作为压缩机易损件的气阀一直是造成机组故障的主要部件。

一、气阀结构及常见故障

1.气阀结构

焦炉气压缩机气缸上装有进排气阀，它们是控制压缩机气缸进气和排气的关键构件，气阀主要由阀座、阀片、弹簧和阀盖（阀片的升程限制器）组成，见图1。

排气阀的结构与吸气阀基本相同，两者仅是阀座与升程限制器的位置互换而已，吸气阀升程限制器靠近气缸，排气阀则是阀座靠近气缸。

2.常见的气阀故障

常见的气阀故障有：阀片破裂和磨损；弹簧失效或断裂；阀座与阀片密封不严。

图1 吸气阀结构

二、气阀故障原因分析

1.交变应力造成疲劳损坏

阀片损坏主要是交变应力作用造成的疲劳损坏。阀片所受交变应力有阀片撞击在升程限制器及阀座上的撞击力，阀片运动时因阀片浮动颤振而产生的高频颤振应力及气阀关闭时阀片两侧压力差而引起的低频弯曲应力。

2.气阀弹簧力的强弱

弹簧力太弱，引起阀片延迟关闭，即阀片受气体力的作用后在应该关闭的时候未能及时关闭，使气体倒流，影响排气量，而且需更大的气体力作用后才会关闭，此时阀片的撞击速度比正常速度快，阀片对阀座的撞击力大，易产生疲劳损坏影响气阀寿命；弹簧力过强，阀片不能全开，空中浮动的阀片不仅增大流动阻力，而且高频颤振应力导致阀片损坏。

3.介质的影响

（1）介质中带液（主要是带油）会对气阀造成液击和油粘滞两种危害。液击是指介质中的液滴在高压气体的作用下，对气阀的各个零部件造成冲击，尤其对阀片损坏更为严重。阀片上有鼠咬状创伤，就是典型的液击造成的伤害。油粘滞是指介质中的油液在气阀阀片与阀座之间形成的油膜产生较大的吸附力，造成阀片的倾侧运动和延迟关闭，使阀片产生疲劳损坏，阀片外缘发生断裂，就是由于介质带液后造成油粘滞，阀片倾侧运动形成的疲劳损坏。

（2）杂物和粉尘会堵塞槽道和影响阀片的自由运动，会对气阀造成冲击，使气阀零件损坏。

（3）焦炉气中H2S、CO2等介质具有腐蚀性，同时气流以较高的速度冲刷阀片容易造成阀片表面组织破坏，产生腐蚀，出现麻点或凹坑。

4.气缸润滑

如果压缩机注油太多，过量的润滑油积蓄在气阀里形成油粘滞，导致气阀阀片因为延迟关闭或延迟开启而损坏。

5.气阀安装因素

气阀安装前，应检查阀片和弹簧是否断裂、扭曲、变形及弹簧是否还有弹性，如果有上述情况，则更换零部件。气阀在安装中是否按标准进行安装，例如：在气阀固定螺栓时未按要求紧固，紧固力小于螺栓预紧力预设时，气阀螺栓很可能在运行过程中发生松动，造成压缩机气阀撞击力过强而损坏气阀，紧固力大于螺栓预紧力预值时，在工作中阀片冲击力载荷与预紧力会超过气阀螺栓的强度，导致螺栓断裂。

6.阀片自身质量

阀片由于材质、加工工艺等原因，在载荷作用下易产生疲劳损坏，如阀片不平整、翘曲等。

7.各级冷却器换热效果差

受循环水水质等影响，焦炉气压缩机各级冷却器在长时间运行后管壁结垢，冷却效果越来越差，尤其在夏天，排气温度达到135℃，使气阀工作条件恶化，常常导致气阀损坏。

三、防治措施

（1）加强工艺管理，严格控制温度、压力指标，稳定工况，防止带油带水。

（2）加强气阀状态检测，重点做好阀盖温度、气阀运行噪声及工艺运行参数变化监测，对设备运行状况做到心中有数，合理选择时机检修或更换气阀。

（3）减少或优化压缩机注油量。确保油气分离器、冷却器等设备正常工作。利用技改装置，进一步深度净化焦炉煤气。

焦炉煤气主要成分为氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等，另含有少量氮气、不饱和烃、氧气、焦油、萘、硫化物、氰化氢、氨、苯等杂质，为将杂质在进入焦炉气压缩机之前进行清理，延长焦炉气压缩机稳定运行的周期，2008年公司对煤气预处理系统进行技术改造，在原煤气净化系统的基础上新增了3 台电捕、洗苯塔、常压脱硫及低温水洗系统，流程见图2，图2中数字代表新增装置。

图2 煤气预处理流程图

（4）加强检修管理。压缩机气阀属易损件，应提高维护技能，精心维护，才能延长气阀的使用寿命，例如：气阀安装前要确认气缸、管路、阀窝等彻底清洗干净；气阀安装前按标准试漏；不同厂家或型号气阀严禁混装在同一压缩机上；检查阀片和升程限制器导轨配合处磨损，径向位移应＜0.5mm，否则应报废；气阀更换内部零件时，不能只换某一部分，必须全部更换。

（5）将原3Cr13 阀片换成PEEK 阀。6M40 焦炉气压缩机气阀原设计阀座、阀盖材料为45/NiP，阀片材料为3Cr13，弹簧为不锈耐酸弹簧钢丝。2009年公司改用具有高机械强度、耐高温的PEEK（聚醚醚酮）塑料阀片，PEEK 阀片能够较好地适应焦炉气工况，并与公司6M40 型焦炉气压缩机技术参数相匹配，与原金属阀片比较，PEEK 塑料阀片密度小，冲击力小噪声低，自润滑和密封性能好，耐磨性和柔韧性良好。耐热性（热变形温度达到300℃以上），耐疲劳和耐酸碱性及通流特性优于金属阀片，能有效降低能耗。从使用情况看气阀的寿命约提高了4 倍。

四、建议

（1）在气阀设计时适当增厚阀片，合理调整弹簧力，适当增加阀座的通道面积，在气阀盖上加工防粘槽。

（2）依据气阀的运动规律及设备的实际状况，使用更科学的新型气阀，从改变弹簧力和弹簧布置等角度，尽量提高气阀的使用寿命，例如贺尔碧格公司的双缓冲结构气阀和CT 阀等。