压缩机蘑菇型气阀的改造及应用

马文礼，刘 鹏，曹 童，马晓伟，王艳芝

（1.中石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆克拉玛依 834003；2.中国石油大学（北京）过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室，北京 102249）

1 引言

某石化公司加氢装置，使用上海德莱赛兰压缩机公司制造的循环氢压缩机，该机组为2列对置平衡固定式水冷机组。其中，新氢采用两级压缩，各一列气缸，循环氢采用一级压缩，2列气缸，气阀使用上海德莱赛兰公司制造的蘑菇型阀，2台机组2004年11月投用至今。在该装置运行过程中，发现采用蘑菇型气阀的联合压缩机机组故障率高，维修频繁。蘑菇型气阀单只阀片流通面积大，一旦损坏就可造成气阀完全失效，特别是新氢缸气阀损坏常常造成级间压力快速上升或快速下降并造成排气温度升高至联锁停机值。这些故障常常给机组切换时间很短，应急处置困难，极易造成事故扩大。此外，气阀对压缩机的能耗有着极大的影响，其一旦出现故障很有可能造成巨大的经济损失[1]。而作为进口压缩机组配件的蘑菇型气阀因专利问题往往采购周期长，且价格高，无法有效解决气阀故障频发的难题。

2 蘑菇型气阀存在的问题及改造思路

蘑菇阀是一种新式气阀，其密封元件为蘑菇形状，不易堵塞，其最大缺点在于单只阀片流通面积大，一旦损坏就会使气阀完全失效。尤其是对联合机组中的新氢缸，一旦气阀损坏便会造成级间压力迅速上升或下降，致使造成排气温度升高至联锁停机值，最终造成整个装置停工。此外，蘑菇阀的采购费用高、周期长，可修复性不强，其一旦故障致使应急处置困难，极易造成事故扩大。常见的蘑菇型气阀故障形式主要包括阀芯错位、阀芯碎裂、弹簧断裂等[2]。综合考虑，当前使用的蘑菇阀不适用于加氢装置压缩机。

与蘑菇阀相比，网状阀是当前在用压缩机使用最多的，且其在高、低压机中广泛应用。其阀片呈网状，一般采用PEEK聚醚醚酮材质。该类气阀使用寿命长、阀片不易断裂且不需要导向，其通流特性优越，即使出现阀片损坏，压缩机的气量波动也不大，新氢缸级间压力上升缓慢，机组切换时间较长，应急处置相对简单，不容易造成事故扩大[3]。此外，其价格十分低廉，国产化程度较高。因此，尝试将蘑菇型气阀改造为网状气阀。

通过文献资料查阅及与技术人员的交流探讨，验证了将压缩机蘑菇阀改造为网状阀的可行性，但是整体过程比较复杂，整个改造的大体流程如图1所示。

3 蘑菇型气阀改造过程中的关键技术

基于图1所示的改造思路，首先要对运行机组联合A机的运行状态评估，确保联合B机在改造期间联合A机稳定运行，并做好单机运行应急预案。其次，根据某公司制氢装置提供的压缩机参数，相关工作人员现场对改造机组气阀阀盖、阀室的尺寸进行测绘记录，并且制造加工符合改造要求的网状式气阀及匹配的膜式卸荷器。还要对新氢、循环氢各级吸、排气阀数量，吸气阀阀盖、吸气阀卸荷器等的数量及其它相关配件材料进行核对与检验。在核实改造材料无误，配件齐全后，实施改造。

在蘑菇型气阀改造的整个过程中，关键技术在于气阀卸荷器的更换和改造完成后的试机工作。由于蘑菇型气阀和网状气阀的结构大不相同，对于气阀结构改造就在于对与气阀相匹配的卸荷器的改造。图2和图3分别给出了与蘑菇型气阀和网状气阀匹配的卸荷器结构，可以发现，2种气阀的卸荷器从大小尺寸到结构构造都有着很大的不同。改造后的卸荷器结构更加简单，尺寸较小，便于维修人员对气阀以及卸荷器的更换维修，大大降低了维修成本。在实施气阀改造时，首先要对联合B机进行充分的氮气置换，能量隔离，保证改造环境绝对的安全，安排专人监护负责整个改造过程，提高监护监督质量。钳工工作人员拆卸压盖（含卸荷器）、气阀以及密封圈/垫，清洗阀孔；更换密封圈/垫，安装新气阀；其中压阀罩、排气阀盖利旧使用，吸气阀盖及卸荷器更新。根据现场安装位置重新布置各级吸气阀卸荷器风线以及气阀顶杆填料漏气回收管路。压缩机气阀改造自2018年5月15日～2018年5月21日，共历时6天完成全部改造内容，包括20个进排气阀的更换，10个卸荷器的更换及附属仪表、风线管线的重新布局。

图1 蘑菇型气阀的改造思路

一般情况下，改造后的压缩机需要进行空负荷试机，但是由于某加氢装置联合压缩机没有空负荷试机流程，缺少单台机组内部的进出口返回线，因此在装置开工情况下就无法进行新气阀安装后的空负荷试运，如何进行改造后的试机工作是压缩机蘑菇阀改造过程中的另一关键点。图4给出了气阀改造后的压缩机组带负荷试机流程。新气阀安装后，在静态气密及卸荷器静态调试完成后直接进行带负荷试机工作。为避免造成装置大幅度波动，采用两机同转，原机组0%负荷在线运转备用方式进行带负荷试运。两机同转带负荷试运时间暂定4 h。在准备工作充分情况下，该装置加氢压缩机气阀改造安装新气阀所需时间约3天，气阀调试时间2天，在此期间车间评估保证另一台压缩机完好并做好单机运行预案。改造后负荷试机一次性成功，解决了以往试机时新氢级间超压的问题。鉴于新网状阀及卸荷器在结构上的差异，彻底解决了新氢缸级间超压的潜在隐患。

图2 蘑菇阀的卸荷器

图3 网状阀的卸荷器

4 气阀改造后压缩机组的应用效果分析

气阀改造的目的是降低气阀故障率，降低采购周期、节约采购成本。从改造运行情况来看，联合B机已经使用12个月，目前没有出现任何异常，改造非常成功。表1给出了压缩机气阀改造前后的各方面效益对比。从表1中可以看出，该压缩机组在改造气阀后运行故障率大大降低，至今12个月内未发生任何气阀故障问题。改造气阀后单台机组更换气阀直接节约成本59万（蘑菇阀1.8万/个，配套卸荷器4万/个；网状阀0.45万/个，配套卸荷器0.8万/个；节约总成本59万），以后每次运行累积12000 h计划性检修将节约成本27万元（20个气阀节约总成本27万）。此外，改造后的网状阀国产化程度高，符合国家对工业化设备发展的战略需求。

图4 压缩机组试机流程

5 结语

在炼油加氢设备中，蘑菇型气阀由于频发故障被发现不适合用于该类型装置的压缩机组。本文提出的将压缩机蘑菇型气阀改造为网状阀的技术在国内隶属首次，自主创新性强。改造中的关键在于对满足压缩机组工况需求的气阀流量、温度压力的设计评估，以及改造后的试机方案的设计。从当前应用效果看，改造后机组故障率大大降低，产生经济效益巨大，有效地解决了加氢装置压缩机气阀故障频发的问题，为国内处理类似压缩机气阀故障问题提供了借鉴和参考。