往复式压缩机气阀失效形式分析及故障诊断

王思祖

（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头 014010）

0 引言

气阀是往复式压缩机的重要组件，最容易出现故障。一旦组件发生问题，会直接导致往复式压缩机机组出现排气压比例失调、排温高等情况。这样不但影响机械的使用寿命，也会带来安全隐患，干扰企业生产计划。为保障日常生产正常进行，下面对机组故障进行分析和诊断。

1 往复式压缩机气阀结构及失效形式分析

1.1 往复式压缩机气阀结构

要明确找出往复式压缩机气阀失效的原因，并进行针对性分析，要先了解往复式压缩机的气阀结构。往复式压缩机的气阀主要由阀座、阀片、升程限制器和弹簧组成。其中，阀片负责开启和关闭气阀通道，弹簧负责配合气流控制阀片运动，阀座上有环形的气体通道，升程限制器则对阀片的活动范围进行限制，同时支撑起弹簧。

1.2 往复式压缩机气阀工作过程

气阀分为吸气阀和排气阀两部分。在往复式压缩机工作过程中，活塞会进行上下往复的规律运动。每运动一次，气阀的吸气阀和排气阀就各开启、关闭一次。即活塞活动会控制压缩机完成吸气、排气的工作。当吸气阀中Fg（进气管中压力）＞Fs（外界压力）时，往复式压缩机进行吸气，反之，进行压缩；当排气阀中Fg＜Fs时，排气阀进行排气，反之，进行压缩。

1.3 往复式压缩机气阀失效的集中情况

在日常工作中，往复式压缩机气阀失效的形式主要集中在阀座失效、弹簧失效和阀片失效等3 种。其中阀片和阀座失效占据气阀失效原因的55%以上，是往复式压缩机气阀失效的主要问题。

1.3.1 阀座失效

阀座是往复式压缩机气阀的重要组成部分。它可以和升程限制器一起形成气阀内部空间，气体在形成气阀内部空间中通过，开始正常运作。阀座可能出现故障有阀座与阀片之间形成的气体密封结构失效。故障原因可能是阀座锈迹，或因腐蚀导致密闭空间被破坏，间接引起压缩机气阀失效。

1.3.2 阀片失效

阀片在机器长期高频使用过程中，可能会出现变形、断裂等情况，造成阀片失效。根据气阀结构可以看出，阀片和弹簧在工作时具有很强关联性，当弹簧出现情况时，也会对阀片产生影响，出现各处开合力不平衡的情况，导致阀片出现变形。当然，阀片本身的材料、薄厚程度也是影响阀片使用寿命的重要因素，过厚会影响运行速度，过薄又容易折断。更换阀片时，要考虑这些因素。

1.3.3 弹簧失效

弹簧失效约占气阀失效的20%。一般弹簧故障主要集中在以下3 方面。

（1）由于工作时压缩气体载荷过大，大频率高强度的反复压缩工作会造成弹簧磨损.

（2）弹簧在工作状态下，需要不断重复压缩、回弹的往复变形，弹簧和气阀的弹簧导向孔内壁之间反复摩擦，会造成弹簧材料的损坏。

（3）介质腐蚀。压缩机工作时，介质中有部分气体具有较强的腐蚀性，容易造成弹簧片腐蚀和生锈。这些情况都是正常的折旧损坏，在个别情况下，弹簧会因为工艺不达标而发生损坏。

1.3.4 阀体安装松动

往复式压缩机工作时气流对设备冲击力大，长期的冲击可能导致阀体松动，造成内压不稳，影响机器正常运作。这种情况出现较少，约占总故障的10%。

2 往复式压缩机气阀的故障诊断及处理办法

2.1 往复式压缩机气阀的故障诊断

往复式压缩机在工作状态下，气阀每时每刻都保持一种高速运转的状态，一旦发生故障，压缩机内的气流就会出现异常，出现噪声、活塞杆下沉、温度异常和缸体异常振动等现象。下面总结3 种常见故障的表现。

（1）气阀盖温度快速上升。气阀因高强度运动，正常工作状态下气阀盖会出现温度上升的情况。日常检查记录气阀盖表面温度时，若发现温度出现快速上升，甚至超过日常温度30 ℃以上，则可以初步判断气阀出现气体泄漏的情况，需要进一步检修。

（2）气阀运行出现不规律异响。气阀在正常工作状态下，发出的声音是均匀有规律的，类似“哒哒”的声音，且声音清晰清脆。正常状态下，环状阀的声音要比网状阀的声音大。若压缩机工作时，发现气阀声音比较沉闷或者无声，可以初步判断气阀出现故障。

（3）工艺参数出现异常变化。一些气体泄漏量较大时，气阀盖上的温度变化不明显，但是气流量会出现较大变化。在设备操作过程中，工艺参数会出现异常，这也是气阀故障的一种表现。

2.2 往复式气阀故障原因

（1）气体成分复杂。尽管压缩机管线进口处一般都有过滤器装置，但一些行业的加工生产中，会产生成分比较复杂的气体。这些未净化的气体中有时会有一些附着性较强的物质成分。机器长期工作，会产生堆积一些固体杂质。一旦杂质进入阀座或者阀片缝隙，则容易引发故障。

（2）介质中存在液体。压缩机的进出口有缓冲罐，部分压缩机还有气液分离器，以解决介质中存在液体的情况。实际工作中无法彻底实现分离液体，且极大的温差也会干扰气液分离。若排液不及时，就会引起气阀故障。

（3）气缸过油。一些压缩机的气缸采用油润滑的方式作业，长时间使用后，气缸会残留有润滑油。长此以往会出现气缸过油的情况，影响气阀正常工作，引发故障。

（4）工况调整。实际工作中工况不是一成不变，企业要随着生产线和生产计划的调整，调整工况。工况的变化会带来压缩机进排气量、压力及温度的变化。如果变化偏离之前的工作参数太多，可能会引发气阀失效。

（5）频繁开关。疫情期间停工不作业，只有定期开停调试。这样的工作状态会让压缩机的介质通道因闲置出现生锈或腐蚀的情况，如氧化铁脱落。这种情况无法避免，最好通过倒机运行进行维护，但频率不易过密，一个月一次即可。

（6）其他原因。除了上述5 种比较集中的故障以外，还有一些由其他方式引发的故障，例如，温度、机组共振、错误操作等。这种故障原因不集中且不常规，需要遇到问题结合实际情况分析。

2.3 往复式压缩机气阀故障处理办法

2.3.1 方法一

在入口管线的过滤罐低点，稍微开一点阀门，以0.5 h 为周期，在聚液器位置处进行排液，缓解介质带液问题。这种方式效果明显，但资金消耗较大，年耗超过200 万元。

2.3.2 方法二

机组过热时，可以进行入口管线的伴热线监控，保持其工作是温度在30℃左右，来减少温差带来的气体凝液情况。这种效果较方法一要差很多。

2.3.3 方法三

定期进行机组检修，实时监控压缩机运行时的各项参数。通过参数变化及时发现机组问题，找到故障根源，更换组件。

2.3.4 方法四

如果条件允许，可以对压缩机气阀进行改造，降低介质带液形成的阻塞，缓解组件失效。

上述办法只能针对已经投入使用的压缩机出现的日常问题进行应急处理。要从根本上切断故障源，还需要从改进工艺流程上出发。

3 往复式压缩机气阀的维护及保养

通过故障分析可以看出，气阀密封面失效、弹簧失效是压缩器气阀失效的主要问题。因此在日常使用中，要针对具体问题进行日常检修保养，减少故障率，延长往复式压缩机使用寿命。

3.1 气阀零件检修

（1）保护阀座。对阀座的保护主要是清洁，清除压缩机输送过程中带来的液体，避免其对零件带来腐蚀和冲击，有效延长阀座和阀片的使用寿命。

（2）弹簧维护。检修时要根据生产计划和工业要求，检查弹簧的弹力是否符合现有生产需求，若不符合要进行调整。另外，可以将传统的圆柱形弹簧换为圆锥形弹簧，降低工作中对弹簧的磨损，对冲击力度进行缓冲，延长弹簧使用寿命。

（3）校验阀片运动状态。阀片损坏和其运动状态有很大关系，升程大会导致阀片出现疲劳磨损，升程小又会影响作业效率。因此需要根据生产需求，定期对压缩机进行维修检测，调整阀片状态。

3.2 气阀组装注意事项

检修后就是重新组装。重组前，需要检查并清洗干净各零部件。过程中需要注意阀片和阀座的接触情况、控制好阀片的升程以及零件之间距离。避免因组装松动而引发机器故障。另外，在检修过程中，若有部分零件（如阀片、弹簧）需要更换，不能更换单一零件，而是要把阀座全部更换，保证工作时内部平衡。

3.3 气阀试漏

安装完成后，一定要对气阀进行密封性测试，一般使用试漏检查。常用的试漏液体有煤油和水。这种方式容易受到外部环境的影响。现在部分企业采用模拟工作状态的方式进行试漏，不但能检测出密封性，还能反映阀片的工作性能，是目前比较全面和准确的一种检测方式。

4 结语

气阀在往复式压缩机的运转中具有至关重要的作用，气阀在工作状态下不可避免会产生较大消耗，进而出现故障。为保证工作和工况的正常开展，对气阀的日常数据监控和检修必不可少。相关操作人员应养成良好的数据记录和分析的习惯，结合气阀工作原理，快速发现气阀是否处于正常工作状态，找准故障原因，避免造成企业损失。检修后，还要注意组装后的试漏检测，确保机器正常工作。