往復式壓縮機氣閥壓蓋和氣量調節器的技術改進

趙俊偉

(中化泉州石化有限公司 福建泉州 362141）

1 情況介紹及改進前存在的問題

1.1 情況介紹

某公司煤油加氫循環氫壓縮機選用2D20型往復式壓縮機，型號為2D20-34/14.5-26，屬于對置往復式壓縮機，壓縮機采用臥式，雙層布置。兩列一級壓縮，氣缸為水平布置雙作用。進、排氣口均按上進、下出布置。

該壓縮機為兩列一級雙作用氣缸，氣缸材料為高強度鑄鐵(JT25-47C)，進排氣口為上進下出；氣缸采用水冷卻式結構。采用干式缸套，材料為JT25-47D,端部凸緣定位；吸氣閥孔蓋上設有壓開吸氣閥裝置實現排氣量的分檔調節；氣缸設有支承，用于支撐氣缸和調整氣缸水平。氣閥采用網狀閥結構，閥座、閥蓋材料為20Cr13，閥片材料為PEEK。氣缸內氣體的吸入和排出是通過氣閥閥片的開閉來實現的，氣在閥片兩邊氣體壓差下自動開啟；又在升程限制器上彈簧的作用下自動關閉。閥片的升程、彈簧特性及彈簧力大小直接影響氣閥的壓力損失和閥片壽命。而彈簧力大小的確定與壓縮機轉數、氣閥工作壓力、氣閥中氣體的流速、氣閥運動零件質量，閥片升程等因素有關。

該壓縮機可調節氣量為0%、25%、50%、75%、100%。氣量調節系統由卸荷器、電磁閥、風線等組成。當氣量僅需要做相應改變時，由電磁閥控制使軸端卸荷器通風從而頂開吸氣閥，通過控制吸氣閥工作個數達到調節負荷的目的。當壓縮機正常運轉時，當需要0%負荷時卸荷器全部通風頂開吸氣閥，吸氣閥不工作；需要100%負荷卸荷器不工作，所有吸氣閥處于工作狀態。

該壓縮機性能參數見表1。

表1

1.2 改進前存在的問題

氣閥作為一種自動閥，其閥片運動是由閥片兩側氣體壓力差和彈簧力、氣體動力決定的。以吸氣閥為例，如下圖1：

圖1

經統計在2015年-2018年四年間該型號壓縮機故障停機維修影響運行統計表如下：

序號 故障時間 故障原因 維修時間1 2015.04 氣閥壓蓋頂絲泄漏 6 2 2015.07 氣量調節器卡塞 3 3 2015.11 氣閥壓蓋頂絲泄漏 4 4 2016.06 排氣閥泄漏 8 5 2016.08 氣閥壓蓋頂絲泄漏 4 6 2016.12 氣量調節器卡塞 5 7 2017.08 儀表故障 3 8 2017.12 氣閥壓蓋頂絲泄漏 3 9 2018.03 主電機故障 12 10 2018.06 氣閥壓蓋頂絲泄漏 4

從以上統計表可以看出，因氣閥壓蓋泄漏和氣量調節器卡塞失效影響運行占總維修次數的70%，因其他原因停機檢修占維修次數的30%。

往復式壓縮機由于結構特點使然，使得需要密封的部位很多。其中針對閥窩密封方面，該機組通過3封蓋壓緊4紫銅墊片來密封，而5閥罩是通過2頂絲來壓緊，進而保證6吸氣閥處于穩固狀態，防止吸氣閥與壓縮機產生機械的或者運動的聯系，即避免活塞在往復運動時產生的振動對吸氣閥造成傷害。往復機在運行時，通過閥片的氣流均為脈動氣流，故閥片承受的力不可能絕對均勻，機組每次吸、排氣都會對氣閥及閥罩造成沖擊，久而久之造成頂絲松動，如果不能及時發現就會導致氣體外漏，同樣會導致閥罩松動，最終影響氣閥的穩固狀態，使氣閥和壓機產生機械振動，極大的縮短氣閥的使用壽命。

另外在機組檢修時，該結構封蓋安裝較為復雜，尤其是在壓緊頂絲時耗費工時最多，且經常有安裝不到位情況，從而影響機組的穩定運行。

2 原因分析

往復式壓縮機是否能夠更合理、更有效、更經濟地工作，很多程度上取決于氣閥的結構和性能。同時，氣閥工作強度大，工作環境惡劣，它又是壓縮機三大易損件中最易損壞的零件。因氣閥損壞而引起的停車占非計劃停車70%以上。要想延長氣閥的使用壽命，其良好的工作環境是必要的條件。

經對現場設備的運行情況進行聯合調研及分析，認為該機組壓閥罩頂絲松動是導致氣閥損壞的主要原因之一，另外，由于改進前氣閥的氣量調節器為鑄鐵材質，使用過程中易腐蝕生銹，造成動作不順暢，有明顯的卡滯情況，且結構復雜，檢修極為不便，并且橡膠膜片易被介質腐蝕極易損壞。針對以上幾點現決定對壓縮機封蓋、氣閥壓閥罩及氣量調節器進行相應的改進。

2.1 改進方案如下：

新封蓋形式如下圖2：

圖2 進氣閥卸荷器、封蓋改進示意圖排氣閥封蓋改進示意圖

特點介紹：

1）活塞式結構氣量調節器結構簡單，且具有頂桿長度調裝置，安裝簡便；

2）封蓋上安裝氟橡膠材質的O型圈，能起到良好的密封效果，且防止介質的腐蝕；

3）取消了頂絲，通過封蓋直接壓緊壓閥罩，由原來的三點緊固變為面緊固，接觸面積較頂絲大的多，更加穩妥不易松動，且取消頂絲后安裝更加簡單；

4）機組運行時不必擔心頂絲安裝不到位及松動問題。

2.2 具體改進方案：

1、壓閥罩的改進

縮短原先壓閥罩的高度，以留出供O型圈密封的空間，同時保證與氣閥無任何干涉。另外，排氣閥壓閥罩應考慮防退頂絲，以便安裝。

2、封蓋的改進

重新設計封蓋，在保證安裝尺寸不變的前提下，留出安裝O型圈的凹槽。并在封蓋內表面加工凹坑，在確保封蓋強度的前提下，盡量減輕封蓋重量，以便安裝。封蓋與氣缸表面應留5mm左右的空隙，以確保能夠壓緊壓閥罩。

3、氣量調節器的改進

將氣量調節器設計為不銹鋼材質活塞式結構，調節器頂桿長度可以調節（具體尺寸需要計算求得），結構簡單維修方便，且材質升級為不銹鋼后頂桿調節順暢，使用效果良好。

3 改進后運行情況

將壓縮機原頂絲壓緊結構的進、排氣閥壓蓋，改進成非頂絲壓緊結構的徑向膠圈密封形式，各壓閥罩同步作適應性改進，消除原頂絲結構易泄漏危害性介質和運行中易松動的安全隱患。同時將原進氣閥卸荷器由活塞式改成膜片式，密封性能更好，防止機內氣體外泄，提高壓縮機運行安全保障。

3.1 改進后氣閥相關部件優點

1、O型圈密封形式的壓閥罩及封

蓋，是一種新型的氣閥安裝壓緊結構，解決了原結構中頂絲因為壓縮機運行振動經常導致松動問題，減少了現場檢查量，使壓縮機運行更持久、更穩定。

2、活塞式結構調節器動作更加靈活，機組在正常切換時更加平穩，不會出現因卸荷器動作不順暢，而導致壓機出口壓力大幅度波動，影響裝置平穩操作；更不會出現因卸荷器卡滯造成機組滿負荷啟動，導致壓機過載跳閘現象。

3.2 壓縮機改進后效果

經改進后該壓縮機運行兩年內（16000小時）故障率對比，2019年-2021年三年間氣閥壓蓋頂絲漏氣次數為0，卸荷器卡塞失效次數為0，氣閥使用壽命由由之前最多使用8000小時，提升至目前16000小時左右，延長了氣閥的使用壽命，單臺壓縮機氣閥檢修拆裝更換作業時間由原來4小時降為2小時。提高設備可靠性并降低檢維修工作強度。

4 結論

通過改進后兩年壓縮機運行的驗證，對本次壓縮機氣閥相關部件進行技術改進，采用封蓋壓緊壓閥罩代替原有的頂絲緊固壓閥罩，解決了壓縮機頂絲經常松動等問題，提高了壓縮機運行效率，確保了壓縮機在生產周期內的安全、穩定運轉?；钊降臍忾y調節器更能有效的保證機組切換時更加平穩、可靠。