【壓縮機網】摘要：往復式壓縮機氣閥是壓縮機部件中最重要也是最容易損壞的部件之一，往復式壓縮機運行的可靠性和經濟性，很大程度上取決于氣閥的完善性。氣閥是易損件，其使用壽命短直接影響壓縮機的運轉率，質量差的氣閥因氣閥泄漏引起的能量損失，可大到占壓縮機軸功率的20%以上。某煉廠加氫裝置2021年停工大檢修時，在氣閥拆檢過程中，顯示出的故障錯綜復雜。如何避免故障，提高氣閥的使用壽命，是設備管理人員及維護人員工作的重中之重。

　　文/洛陽石化三隆公司動設備 孫應輝

　　一、引言

　　往復式壓縮機氣閥的作用是控制氣缸中氣體的吸入和排出。壓縮機上的氣閥都是自動氣閥，即氣閥的啟閉不是用專門的控制機構而是靠氣閥兩側的壓力差來自動實現及時啟閉的。氣閥是重要的易損件之一，它直接關系到壓縮機運轉的周期。

　　對壓縮機氣閥的主要要求是：

　　（1）氣閥開閉及時，關閉時嚴密不漏氣；

　　（2）氣流通過氣閥時，阻力損失小；

　　（3）氣閥使用壽命長；

　　（4）氣閥形成的余隙容積小；

　　（5）噪音小。

　　目前，氣閥的結構型式很多，最常使用的為環狀閥。一般由四部分組成 ：

　　（1）閥座  它具有能被閥片覆蓋的氣體通道，是與閥片一起閉鎖進氣（或排氣）通道，并承受氣缸內外壓力差的零件；

　　（2）啟閉元件  它是交替地開啟與關閉閥座通道的零件，通常制成片狀者稱閥片；

　　（3）彈簧  是關閉時推動閥片落向閥座的元件，并在開啟時抑制閥片撞擊升程限制器；

　　（4）升程限制器  是限制閥片的升程，并往往作為彈簧承座的零件。

　　閥座與升程限制器上都有環形通道供氣體通過，閥片與閥座上的密封口貼合形成密封，并靠閥片的啟閉來控制氣體的吸入與排出，為保證閥片啟閉時不偏斜，在升程限制器上加工成幾個同心圈的凸臺，對閥片起導向作用。閥片的升起高度（即升程h）由導向凸臺的高度來控制，升程限制器上裝有彈簧，當閥片處于關閉狀態時，把閥片壓緊在閥座上，當閥片開啟時起緩沖作用，閥座與升程限制器用螺栓擰緊，并需加防松措施。吸排氣閥工作時，氣閥是在閥片兩邊的壓力差作用下啟閉的，完成吸排氣過程。如在吸氣過程中，當氣缸內的壓力低于吸入管道中的壓力時，當兩者所造成的壓力差ΔP足以克服彈簧壓緊力Ps與閥片及部分彈簧的運動質量慣性力Pm之和時，閥片被頂開，氣體開始吸入，隨后閥片繼續開啟并貼到升程限制器上，氣體繼續進入氣缸，直至活塞到達止點附近時，活塞速度劇下降，氣體的速度也隨之降低，于是作用在閥片上的氣流動壓力也變小。當彈簧力大于氣體推力及閥片彈簧的慣性力時，彈簧隨即把閥片頂回，閥片開始關閉并最終重新落在閥座上，吸氣閥閥片關閉而完成吸氣過程，排氣亦然。

　　網狀閥結構基本上和環狀閥相同，但各環閥片以筋條聯成一體，略呈網狀故稱網狀閥，如圖4。這種閥片本身具有彈性，在閥片從中心數起的第二圈上，將徑向筋條銑出一個斜切口，同時在很長一段弧內銑薄使之具有彈性。這樣當閥片中心圈被夾緊，而外緣四圈做為閥片時，不需要導向塊便能上下運動。網狀閥片各環起落一致，且沒有摩擦，對氣缸無油潤滑壓縮機特別適用。

　　有時也采用中心導向的網狀閥結構，其閥片沒有固定部分和彈性部分，這種網狀閥避免了彈性部分易于斷裂的可能性，又擴大了通道數目。如果中心導向塊采用自潤滑材料，同樣適用于氣缸無油潤滑壓縮機。

　　網狀閥中既可采用圓柱形彈簧，又可用片形彈簧，并采用緩沖片以緩和閥片對升程限制器的沖擊。相比于環狀閥，其結構復雜，制造加工難度大，技術要求高，應力集中處多，運行中易于損壞，應用較少。但隨著近幾年的技術進步，如采用PEEK材質等，網狀閥的應用也越來越廣泛。

　　二、氣閥故障概述與分析

　　某煉廠柴油加氫裝置在2021年大檢修時，對12臺往復式壓縮機氣閥拆檢，發現多種故障損壞現象，統計如下：

　　1.閥片斷裂

　　如圖5所示，閥片局部斷裂，斷裂部位正是彈簧支撐部位，彈簧與閥片產生壓痕，造成閥片應力集中，在閥片不停的開啟閉合中折斷。而產生斷裂的閥片大多數顏色已經變色，明顯受過溫度變化，變色發藍。分析為過熱變軟，導致彈簧壓痕產生，最終導致斷裂，斷裂口就在彈簧直徑的切線部位。

　　2.閥片彈簧斷裂

　　常用彈簧材料一般有三類：

　　①碳素彈簧鋼絲，材料來源廣，鋼絲表面質量及耐疲勞強度性能也不低于合金鋼絲。缺點是使用溫度較低，因為彈簧冷卷后不再進行熱處理，當氣閥溫度環境較高時，彈簧自由高度容易變低，故其使用溫度不高于120°。

　　②合金鋼絲，主要有50CrVA、60Si2Mn、60Si2、65Mn等材質的鋼絲。合金彈簧鋼絲繞制的彈簧使用溫度較高(250-400°)，此外，50CrVA的鋼絲還具有對缺口敏感性小的優點，故適用于長周期運行的壓縮機氣閥。

　　③不銹鋼及有色金屬等耐腐蝕性材料，如4Cr13、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Ti、3-1硅錳青銅、4-3錫鋅青銅等材料，主要用來制造二氧化碳壓縮機、氧氣壓縮機的彈簧材料。

　　這次檢修發現有碳素彈簧鋼絲的斷裂，也有合金鋼絲中不銹鋼彈簧的斷裂。碳素彈簧鋼絲的斷裂口大多是腐蝕變細，加上氣閥超溫運行，一些氣缸在運行時發現氣閥處溫度已達到125°，明顯超出允許溫度值。不銹鋼彈簧斷裂的主要原因，用卡尺測量，一組閥里所布置的彈簧明顯有高度差，說明在彈簧更換時沒有將一致高度的彈簧裝入同一個氣閥里，造成個別彈簧受力不均，導致個別彈簧受力過大導致斷裂。另外，一些彈簧帶有錐度，安裝時忽略大小頭，導致閥片支撐不穩，也使個別彈簧受力過大導致斷裂。

　　3.氣閥流道進入雜質

　　本次檢修遇到壓縮機管道入口濾網破損，進入壓縮機氣缸，進入氣閥流道，卡在氣閥密封面上，如圖7所示。也有管道在焊接施工時產生的焊瘤球狀物，鑲嵌在閥片上，最終都導致氣閥密封失效。系統部件過濾器失效

　　4.氣閥閥窩里積聚大量顆粒狀活塞環及支撐環磨損的顆粒，如圖8所示。

　　5. 閥座材料可以根據承受的壓力差來選用，具體見下表：

　　為提高耐磨性，閥座密封表面要求進行調質處理或表面硬化處理，比如對密封面進行高頻淬火處理，其硬度達HRC35～40。為了提高耐磨性，在一些特殊結構中（條狀潤）還必須對限制閥片運動方向的凸臺，同樣進行高頻表面淬火或對一些獨立的零件（限位銷釘，襯圈）用表面滲氮的辦法使其硬度不低于HRC60。

　　對于在具有腐蝕性的氣體下工作的氣閥，其閥座可采用不銹鋼或銅。

　　閥座的密封面應研磨，表面粗糙度不大于Ra =0.4m。內外邊緣要倒鈍，氣閥組裝后要進行泄漏檢查。

　　直流片狀閥閥座，當壓力差小于4MPa時，用含硅9.3%～12%的鋁硅合金壓鑄而成。當壓力>4MPa時，采用40、45號鋼通過機械加工制造。

　　閥片的材料及技術要求：閥片在工作時承受交變沖擊和交變彎曲載荷，為了保證閥片具有足夠的強度和較長的使用壽命，阿片材料應具有強度高、性好、耐磨、耐腐蝕等特性。

　　對于空氣、氮氫氣、石油氣等沒有腐蝕性介質的壓縮機，環狀閥、網狀閥、碟狀閩的閥片道常采用30CrMnSIA，對于有腐蝕性介質的壓縮機以及氧壓機，上述氣閥的閥片采用的是1Cr18、2Cr13、3Cr13、1Cr18Ni9Ti等材料。此外還有采用30CrMoA、20CrNi4VA、37CrNi3A等材料的。

　　柴油加氫裝置高壓壓縮機，由于氣閥兩側壓力差很大，故要求氣閥零件有很高的強度，其閥芯常用35CrMo、35CrM1uVA以及軸承鋼GCr15等材料制造。一定要精心倒圓以消除毛刺，防止過早損壞。閥片表面應拋光。

　　6.油粘滯問題

　　本機為四列二級壓縮機，注油量為每分鐘35滴，每次拆檢打開，發現從閥窩漏油量大，閥片故障現象如圖9所示。閥片最外圈三處斷裂，閥片表面有積油，閥布滿積油座，閥蓋槽道及表面，潤滑油過多造成液擊和油粘滯，導致閥片疲勞損壞。

　　7.氣閥更換閥片后組裝問題

　　本次拆檢一臺氣閥尺寸較小的壓縮機氣閥，發現螺桿在閥座底部的防轉銷已被剪切，二級排氣閥110GD螺母發生局部斷裂。經檢查，密封面表面光亮，外緣有輕微的磨損。另該閥閥座側面上銷脫落，銷口處變形厲害。原因分析：由于氣閥壓閥罩沒有壓緊，造成氣閥在工作時發生轉動和竄動，使螺母防松部位強度不足而發生斷裂。

　　三、總結

　　通過本次大檢修，對拆檢的氣閥故障梳理，發現故障現象多樣，既有配件本身質量問題，也有壓縮機因冷卻水水質差、換熱器效果不好，導致壓縮機氣閥部位超溫運行，也有檢修維護人員野蠻施工造成閥螺栓上緊時扭矩過大導致氣閥失效的人為因素。作為設備管理人員，要求在配件驗收、運行參數調整、附屬系統定期調整都需要長時間的仔細觀察。