焦炉煤气压缩机气阀损坏的原因分析和改进措施

卢向银 孟繁然

（1.内蒙古庆华集团乌斯太能源化工有限公司； 2.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司）

2018 年5 月至2019 年5 月，50 000m3/h 焦炉煤气制氢装置联合式压缩机6M80（50）一、二段缸进排气阀不断出现超温现象，损坏均由阀片断裂造成。 其中，2018 年5 月试生产时气阀损坏严重，造成停车。 该压缩机为M 型3 列对称式结构，四级压缩，工作介质为焦炉气、富氢气；电机功率5 400kW；一、二级排气量为25 000Nm3/h，三、四级富氢气进气量为31 000Nm3/h；一级进气压力为0.06MPa，二级进气压力为0.20MPa，三级进气压力为0.70MPa，四级进气压力为1.26MPa。以焦炉气为介质的往复式压缩机其气阀不仅工作强度大，而且使用环境相当恶劣，如焦炉气中焦油、氨、苯、萘、杂质、粉尘及腐蚀气体硫化氢等非工作介质含量多， 使气阀受到极大的侵害；同时还要经受各种破坏因素，如：压力、拉力、剪切力、撞击、磨损及腐蚀等，甚至还会在极端的高温下运行造成气阀的损坏。 因此为了减少压缩机的停车次数、 检修人员的工作量和配件的采购费用，对现有气阀的质量、结构设计及使用情况等进行分析，并找出改进措施。

1 故障分析

气阀损坏由多种因素造成，具体情况分析如下：

a. 外部因素。 压缩机运行工况的改变；介质组分的分子量改变，介质中含腐蚀性成分、杂质增多，粉尘、结垢及积碳等含量不断变化；系统发生压力波动；气阀检修质量不符合要求；气阀安装质量有问题；活塞组件中支撑环、活塞环材料提前失效。

b. 内部因素。 阀片设计缺陷、材料缺陷和制造缺陷。

c. 其他因素。 操作人员技术不熟练导致压缩机的频繁开停；注油设备管理不当造成润滑油过多不能及时排出；气体中水分含量超出设计要求等问题。

该机组自2018 年5 月投产以来， 气阀运行过程中不断出现断裂，机组气阀设计选配形式是环状阀与网状阀相结合，材料为3Cr13，使用的气体多为酸性且含水量超标， 焦油、 萘、 苯过多，3Cr13 不锈钢制成的阀片在这种恶劣工况下，性能状态存在缺陷，主要原因是阀片在剧烈的气流运动中受到循环冲击、材质疲劳、腐蚀介质和高温环境的影响而产生麻点或发生断裂破坏，密封性能下降，使用寿命缩短。

焦炉气来自上游焦化，因市场经济煤质成分复杂， 导致使用的焦炉气气体组分复杂多变，焦炉气中苯、萘、焦油及氨等组分严重超出设计要求，使压缩机气阀无法正常使用。 同时，结合气阀的使用周期、维修工作量及采购配件费用等综合考虑后，对气阀进行改进。

2 改进措施

针对上述故障分析，将原本使用的3Cr13 不锈钢阀片更换为聚醚醚酮 （PEEK） 阀片， 使用PEEK 阀片具有以下优点：

a. 密度、弹性模量小，撞击力比钢制阀片小得多，由此产生的疲劳损伤随之降低。

b. 在塑料与金属的密封面贴合处，因阀片的多次开闭撞击而形成良好的密封，漏气现象自然减少，降低对气阀的维修要求。

c. PEEK 塑料阀片具有良好的耐磨性和柔韧性，阀片不易断裂，即使出现裂纹，其传播速度也比较慢，断裂的阀片带入气缸也不会损坏气缸。

d. PEEK 塑料的耐腐蚀性比不锈钢阀片优异得多，除了个别浓酸外，对通常的化学药品表现出极好的耐腐蚀性，可避免因腐蚀性介质的作用而产生氢脆、腐蚀疲劳、削弱零件强度及损坏密封面等现象，即使在较高的温度下，仍能保持良好的化学稳定性。 同时，气阀开闭时的噪音也有所降低。

3 改造前后气阀运行情况对比

改造前机组（6M80B 机）气阀的使用情况见表1，改造后PEEK 气阀的使用情况见表2。

表1 改造前机组气阀的使用情况

表2 PEEK 气阀的使用情况

通过表1、2 对比可知， 使用PEEK 气阀后，不仅压缩机运行使用周期明显增长，而且降低了维修量，两者使压缩机的运行成本降低，达到改造的预期效果，可见改进措施合理有效。

4 结束语

结合理论分析与工程应用结果，与阀片材料3Cr13 的气阀相比， 材料为PEEK 的气阀具有可靠性高、能量损失小、噪音低及气阀引起的非计划停车少等优点， 值得大力推广应用。 在选择PEEK 作为阀片材料时， 需兼顾气阀的可靠性与经济性，根据气阀的运行条件、PEEK 的优缺点等选择合适的气阀型式，对气阀的气流通道、弹簧力、升程及可靠性等进行优化设计，以充分发挥PEEK 阀片的优势，提高气阀的综合性能。