往复式压缩机气阀故障原因分析及预防措施

梁小青，向清林，陈 兰，邱宗毅

（中石油西南油气田分公司蜀南气矿，四川泸州 646000）

0 引言

增压开采是天然气生产的一个重要组成部分，是气田开发后期生产的基本保障。因此，按时高质量的精准维护保养压缩机，是降低压缩机故障率、延长压缩机使用寿命，确保压缩机安全、可靠、高效运转的必要保证。气阀是往复式压缩机的重要零部件之一，同时也是往复式压缩机最容易出现故障的零部件之一。往复式压缩机的运行能否安全、平稳、经济可靠，在很大程度上取决于气阀的完善性。气阀的设计、制造、使用和维修，对往复式压缩机的可靠性、容积流量、能耗影响较大。在气田开发生产中，压缩机经常因气阀故障导致频繁停机，对天然气生产造成很大的影响，同时气阀的换件成本占整个配件材料费消耗的45%，因此对气阀故障进行合理分析，提出相应的保养制度，对延长气阀使用寿命、降低生产成本，对天然气生产的挖潜增效有着十分重要的现实意义。

1 气阀的结构与原理

压缩机气阀一般由阀座、阀盖、阀片、缓冲片、弹簧、定位销、导向环、升程限位器、固定螺栓等部位组成。按照阀片形式一般分为网状阀、环状阀及蘑菇阀，按照气阀功能主要分为进气阀和排气阀。压缩机活塞每完成一个冲程，进排气气阀各自打开关闭一次，从而完成气体吸气、膨胀、压缩、排气4 个工作过程，进而开始下一个工作循环。目前，绝大多数往复式压缩机的气阀，都是利用气阀前后形成的气体压差克服气阀弹簧力而自行开启的自动阀。当气阀前后压差大于弹簧力时，气阀开启；当气阀前后压差小于气阀弹簧力时，气阀关闭。运动状况如图1 所示：进气过程中，P外＞P内，Fg＞Fs，阀片下移，气体进入气阀及气缸；随着气体的逐渐进入，P外=P内，Fg＜Fs，阀片上移，阻止气体的继续进入。

图1 气阀运动状态

2 气阀常见故障原因分析

2.1 介质原因

（1）由于长输管线本身含有焊渣、固体颗粒等杂质，加上长期运行管输介质对输气管线的腐蚀产生较多的杂质，以及含硫天然气产生硫化物粉末。气体进入气阀前的分离器分离效果不佳，不能有效分离气体中的液体及固体杂质，粉末、固体颗粒等杂质随原料气进入压缩机冲击气阀阀片，造成阀片坑蚀、变形甚至断裂，加剧气阀阀片磨损，造成气阀损坏。

（2）气田开采后期，原料气中含气田水多，起泡济不易分离干净。起泡剂与卤水发生反应后的垢物随原料气进入压缩机使气阀的开闭时间和阀速发生变化从而损坏气阀。

（3）原料气组分发生变化，在原设计为不含硫的管线和压缩机的原料气中含有硫化氢，或者原设计原料气中含硫化氢含量剧增，在运行中超过了气阀螺栓的抗硫标准，使气阀螺栓断裂，造成气阀损坏发生事故。

2.2 人为因素

（1）气阀组装时螺栓的拧紧力矩不正确。气阀组装时，由于螺栓螺母直径不同，气阀尺寸不同，对拧紧力矩都有相应规定和要求。拧紧力矩过小容易造成气阀泄漏，拧紧力矩过大甚至超出螺栓的许用应力，将造成螺栓还未使用就已经发生不可回复性的拉长变形甚至断裂，影响使用寿命。尤其是对于小尺寸的气阀，这种情况更容易发生。

（2）气阀安装定位不正确。在气阀安装作业时，要求压阀罩与气阀紧密贴合，气阀阀窝必须清理干净，保证其阀窝光洁、平整。阀盖紧固作业时必须按照力矩要求对角交替紧固阀盖螺柱螺母，保证阀盖垂直压紧。拧紧力过小易造成气阀未被压紧，气阀在阀窝内上下左右窜动，导致泄漏以及机组运行时阀盖松动，增加螺栓、螺母所受的交变载荷，最终导致断裂；拧紧力过大则造成气阀、压圈、阀窝以及密封垫由于承受过大的载荷而损坏。

（3）气阀螺栓与压阀罩安装配合不当。气阀安装与操作不当是造成螺母松动、断裂的主要原因。现场通过对压阀罩加压来实现气阀的密封与定位，施加的压力来自阀盖上的4 根螺栓，螺栓为普通螺纹，自锁性差，加工精度低，与螺孔配合容易轴向松动，在拧紧螺帽时对螺丝产生上拉作用，导致气阀工作时在阀腔内急速跳动，造成很大的冲击力，使阀片折断，密封破坏造成泄漏；损坏的垫片掉入气阀后，卡住阀片，使之变形，造成气阀关闭失效，降低气阀寿命。高温气体反复压缩而又不能及时排出，甚至影响吸入温度，如此反复，排气温度会不断上升，进一步造成气阀损坏。

（4）气阀拆装时重复使用自锁螺母。为确保气阀正常使用时螺栓不松动，通常采用安全系数较高的自锁螺母。自锁原理是在适当的拧紧力矩作用下，螺母上部两条横槽间的间隙发生位移，使螺母材料产生一定的永久变形，对螺母的松脱形成一定的阻力，从而实现自锁。对于使用过的自锁螺母，由于横槽已经发生过一次变形，不再具有自锁功能，如果再次使用会降低螺母联接的安全性。为了保证螺栓、螺母不会提前失效，对螺栓、螺母的材料、结构、与阀座、阀盖的螺纹旋合长度、初始安装力矩等都有一定要求和规定。

3 气阀故障预防措施

（1）提高设计能力。设计压缩机气阀时，要全面掌握气阀使用工况、现场条件、参数要求以及后期预测，合理选择气阀结构及材料，并对设计的气阀进行复核，检查其是否满足现场参数以及工况要求，对设计不合理的情况及时修正，按新数据重新设计。

（2）对介质进行预处理。保持介质进入前的纯净性和稳定性，如保持供气压力的稳定，减少波动；增设分离效果更好的分离器或过滤器，定期或者根据介质差压更换或者清理过滤器滤芯，及时排污，及时脱除液体及固定杂质，提高介质纯净度等。

（3）做好安装维护工作。装配前进行清洗，将阀座、阀盖等配件清洗干净；配件检查时要仔细检查阀座密封面，以及阀片、缓冲片、弹簧等配件，密封面不好的要研磨或者更换，原则上是阀片、缓冲片、弹簧同时更换；弹簧和阀片装入后，应按压几次阀片检查是否灵活；阀片和弹簧不应有卡阻和歪斜现象；紧固气阀严格按照扭矩标准，同时要保证阀座和阀盖之间的可靠夹紧，不允许有相对转动，否则会引起阀片或者缓冲片移位；组装后的气阀必须进行气密性测试，检查其是否合格。

（4）定期做好预防性维护保养。设备使用过程中，一定严格按照修保规程对设备进行精准维护，并严格质量验收。在日常运行中，要求精心巡检，详细记录压缩机相关参数，发现异常及时上报解决；同时要求对压缩机精细操作，合理调整参数，确保压缩机安稳长满优运行。

4 结束语

气阀是往复式压缩机最重要的零部件之一，气阀出现故障则会影响压缩机整体工作，因此要求在日常运行中做到精心巡检、精细操作、精准维护，预防为主、维修在后，确保压缩机安稳长满优运行，确保装置的安全平稳生产。通过近几年的统计，根据不同的工况，合理制定修保规程，严格执行作业标准，做好预防性维护保养，可使气阀使用寿命延长50%。