【壓縮機網】1、引言
循環氫壓縮機是加氫裝置的核心設備，主要為加氫反應提供反應氫氣和帶走反應熱。2015年6月中石油克拉瑪依石化有限責任公司某柴油加氫改質裝置（以后簡稱加氫改質裝置），經過為期45天的大檢修后開工，循環氫壓縮機K-3102+3301/AB，接連發生9起氣閥異響故障，導致該機組頻繁切換和維修，不僅增加了操作和檢維修人員的勞動強度，而且影響到裝置的平穩運行。由于該機組是公司級特護設備，一旦停機將造成裝置全面停工，給公司帶來較大的經濟損失。目前，國內文獻對壓縮機氣閥失效問題分析較多，文獻[1-6]均主要從氣閥本身設計問題上著手來分析原因，之后采取相關的設計改進措施。本文針對氣閥頻繁異響問題，除了從傳統的氣閥本身設計上分析外，還對其工藝運行參數進行了相關研究和分析，
z*后發現氣閥異響的原因主要集中在4個方面：
（1）由于裝置開工硫化階段工藝介質成分H2S 變化較大，造成氣閥彈簧腐蝕斷裂后引起的異響；
（2）閥蓋螺栓松動后，引起壓閥套撞擊閥座引起的異響；
（3）壓閥套變形后引起的異響；
（4）氣閥鋁墊子變形后引起的異響。
通過對該機組氣閥彈簧、壓閥套、氣閥墊子和氣閥閥蓋螺栓等輔助部件進行設計改進，z*終使氣閥頻繁異響問題得以徹底解決，保證了公司安全生產和設備長周期安全運行，取得了顯著的經濟效益和安全效益。
2、開機過程中存在的問題
某柴油加氫改質循環氫壓縮機為循環氫-氫氣增壓聯合機組K-（3102+3301）/AB，共設2臺，一開一備，設計參數見表1。該機組自2015年7月大檢修開工后氣閥頻發異響故障，導致機組切換和維修頻次高，操作人員和檢維修人員勞動強度大。根據檢維修記錄顯示，2015年7月至11月，機組因氣閥異響維修頻次達到9次，根據現場對氣閥拆檢情況分析發現問題主要集中在4個方面：
（1）氣閥本身的彈簧、閥片斷裂后引起的異響；
（2）閥蓋螺栓松動后引起壓閥套撞擊閥座引起的異響；
（3）壓閥套變形后引起的異響；
（4）氣閥鋁墊子變形后引起的異響。該機組是公司級特護設備，一旦停機將造成裝置全面停工，給公司安全平穩運行埋下隱患。
3、原因分析
（1）裝置開工硫化期間高濃度的H2S加速彈簧腐蝕斷裂是進氣閥損壞異響的主要原因。對氣閥進行拆檢發現進氣閥彈簧斷裂、閥體內積累較多雜質、閥片斷裂、卸荷器叉腳斷裂等，見圖1~4所示。
取壓縮機氣閥上的垢樣，按照RIPP124方法進行了金屬含量分析。按照SH/T0656方法進行了碳、氫、氧含量分析，具體數據見表2。
從分析結果及樣品性狀看，樣品中除碳氫外，非金屬元素中硫氮含量較高，分別為17.08%和5.16%，金屬元素中鐵含量較高，為15.1%，認為裝置有腐蝕及結焦現象。
接著通過對現場氣閥拆檢、運行記錄、維修記錄、氣體組分化驗記錄和設計工況進行查閱、比對和分析認為：大檢修后裝置開工過程中需要進行硫化，硫化過程中要求循環氫中H2S含量維持在高濃度15000mg/m3以上，而裝置正常運行時硫化氫含量是控制在200mg/m3以下。調取2015年7月7日~8月23日硫化期間氣體化驗數據，見圖5所示，氣體中H2S含量z*大為17750mg/m3、z*小為28.4mg/m3，平均為6679mg/m3。由于H2S 具有腐蝕作用，尤其在停機后存在于冷卻后的濕氣中，其腐蝕性會大大增強。彈簧在經歷長時間高頻率的工作后會不斷積累疲勞斷裂的可能性，如果再有腐蝕，會加速彈簧疲勞斷裂，彈簧斷裂后閥片彈性緩沖力減弱，閥片傾側撞擊閥座閥蓋進一步造成閥片斷裂引起氣閥異響，對應的卸荷叉腳在卸荷的時候因為受力不均勻（正常應該8個插腳平均受力），也增加了斷裂的可能性。通過對彈簧進行解體分析發現彈簧表面腐蝕較嚴重，有分叉斷裂現象，且斷口處呈尖銳狀態，如圖6所示。再結合表2中的氣閥垢樣分析數據結果，均可以得出是高濃度H2S腐蝕加速了彈簧斷裂的結論。
（2）閥蓋螺栓松動后，造成壓閥套撞擊閥座引起的異響。該機組閥蓋螺栓運行中經常發生松動，檢查發現螺栓螺紋受損，螺帽在螺桿上不能自由地來回運動（質量性能可靠的螺栓螺帽可以在螺桿上輕松自由地來回運動），這樣導致螺栓在沒有壓緊時就已經壓不動了，整個閥蓋圓周上的螺栓預緊力不足，運行會發生松動，一旦閥蓋上個別螺栓松動后，壓閥套開始撞擊氣閥閥座發出異響。
（3）壓閥套設計強度不足發生變形后造成的氣閥異響。壓閥套在使用過程中變形較大，表現在每次拆裝時比較困難，需要借助強力拉伸器才能將壓閥套拔出來。壓閥套變形造成安裝過程中不能將閥蓋螺栓的預緊力有效地傳導至氣閥，導致氣閥壓不緊或是緊固力不均衡，導致氣閥異響。
壓閥套變形原因分析認為有如下3方面：
（a）原材料Q235在高壓下，脈沖沖擊變型；
（b）原閥套硬度和強度不夠；
（c）原閥套沒有很好的消除內應力。
（4）氣閥鋁墊子彈性性能差，外力撞擊后易發生塑性變形，不能補償機組工作后溫度變化后導致的膨脹變形引起氣閥異響。運行過程中，壓閥套與鋁墊子有接觸和撞擊，由于鋁墊子的特性極易發生塑性變形，變形后形狀不能恢復造成壓閥套和氣閥閥座間隙進一步增大，二者撞擊力度也越來越大，氣閥開始異響，而且聲音會越來越大.
4、改進措施
在對氣閥頻繁異響問題的原因進行逐個分析后，采取了一些針對性的改造措施，改造時主要考慮“投資少見效快”的原則。
（1）經和賀爾碧格氣閥專業設計廠商溝通，有專門針對裝置開工硫化工況下的氣閥設計產品，但此種氣閥需要改變閥型設計，價格是現有氣閥的10倍左右。考慮到節約成本，優選了另一種改進方案，即每遇“三年一修”開工硫化結束后定期更換所有氣閥彈簧，氣閥的其余完好部件利舊，選用此方案只需用很小的投資成本就能有效地解決氣閥彈簧斷裂、閥片斷裂引起的異響問題。
（2）對氣閥閥蓋螺栓進行重新測繪并提高其材質強度等級，對螺栓的熱處理過程提出嚴格控制要求，同時氣閥閥蓋螺栓采用定力矩緊固，確保預緊力均勻。
（3）對壓閥套進行重新測繪，并提高其材質強度等級，對壓閥套的熱處理過程提出嚴格控制要求。
壓閥套的具體改進措施如下：
（a）材質的選擇：壓閥套材質采用35CrMo 合金鋼，該材質具有很高的靜力強度、沖擊韌性及較高的疲勞極限，一般用于制造承受沖擊、彎扭、高載荷的各種機器中的重要零件和用做在高負荷下工作的重要結構件；
（b）鍛造、退火：通過鍛造加工來改善其組織結構和力學性能，組織結構經過鍛造方法熱加工變形。由于金屬的變形和再結晶，使原來的粗大結晶和柱狀晶粒變為晶粒較細、大小均勻的等軸再結晶組織，使鋼錠內原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合，其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學性能，并能很好的消除內應力；
（c）調質處理：調質HB260~283可以使合金鋼的性能得到很大程度的提升，其強度、硬度、塑性和韌性都有很好的提升，具有良好的綜合機械性能。
綜上所述，改進后的壓閥套在各項性能上會有很大改善，既減小變形量，又能承受高壓沖擊。
（4）氣閥鋁墊子更換為軟鐵材質，以提高氣閥墊片彈性補償性能。
5、改造效果評價
以上改造措施已經實施，實施后根據車間檢維修記錄數據，顯示氣閥異響的問題基本上得到了有效控制，取得了較好的改造效果，避免了大型機組發生故障可能造成的操作波動，目前該機組平穩運行8000 h未出現氣閥異響故障。
6、結論
本文對某柴油加氫改質裝置大檢修后，循環氫壓縮機開機過程中出現的氣閥頻繁異響失效問題進行分析，找出了氣閥頻繁異響的4方面原因。從氣閥彈簧、氣閥閥蓋螺栓、壓閥套和氣閥墊子等輔助部件上進行設計改進，z*終使機組氣閥頻繁異響問題得以解決，取得了明顯的改造效果，為國內同類設備處理類似問題提供了借鑒和參考。
參考文獻
[1] 郭揚.2D型往復壓縮機氣閥故障機理分析[J].壓縮機技術，2006，（1）：43-44.
[2] 高京衛，韓毅.往復式壓縮機氣閥失效形式及故障診斷[J].天然氣技術，2007，1（6）：74-76.
[3] 趙質良，陳學峰，程明.壓縮機氣閥故障診斷[J].裝備制造技術，2010，（10）：95.
[4] 劉衛華，郁永章，昂海松.氣閥故障診斷的實驗研究[J].壓縮機技術，2001，（2）：3-5.
[5] 朱榮乾，張慶龍，胡青寧，王永寧.往復壓縮機典型故障特征分析與診斷實例[J].壓縮機技術，2010，（1）：45-48.
[6] 劉衛華，郁永章.往復壓縮機故障診斷方法的研究[J].壓縮機技術，2001，（1）：3-5.
[7] 潘強.壓縮機氣閥閥片斷裂原因分析及改進[J].中國設備工程，2016，（6）：80-82.
【壓縮機網】1、引言
循環氫壓縮機是加氫裝置的核心設備，主要為加氫反應提供反應氫氣和帶走反應熱。2015年6月中石油克拉瑪依石化有限責任公司某柴油加氫改質裝置（以后簡稱加氫改質裝置），經過為期45天的大檢修后開工，循環氫壓縮機K-3102+3301/AB，接連發生9起氣閥異響故障，導致該機組頻繁切換和維修，不僅增加了操作和檢維修人員的勞動強度，而且影響到裝置的平穩運行。由于該機組是公司級特護設備，一旦停機將造成裝置全面停工，給公司帶來較大的經濟損失。目前，國內文獻對壓縮機氣閥失效問題分析較多，文獻[1-6]均主要從氣閥本身設計問題上著手來分析原因，之后采取相關的設計改進措施。本文針對氣閥頻繁異響問題，除了從傳統的氣閥本身設計上分析外，還對其工藝運行參數進行了相關研究和分析，
z*后發現氣閥異響的原因主要集中在4個方面：
（1）由于裝置開工硫化階段工藝介質成分H2S 變化較大，造成氣閥彈簧腐蝕斷裂后引起的異響；
（2）閥蓋螺栓松動后，引起壓閥套撞擊閥座引起的異響；
（3）壓閥套變形后引起的異響；
（4）氣閥鋁墊子變形后引起的異響。
通過對該機組氣閥彈簧、壓閥套、氣閥墊子和氣閥閥蓋螺栓等輔助部件進行設計改進，z*終使氣閥頻繁異響問題得以徹底解決，保證了公司安全生產和設備長周期安全運行，取得了顯著的經濟效益和安全效益。
2、開機過程中存在的問題
某柴油加氫改質循環氫壓縮機為循環氫-氫氣增壓聯合機組K-（3102+3301）/AB，共設2臺，一開一備，設計參數見表1。該機組自2015年7月大檢修開工后氣閥頻發異響故障，導致機組切換和維修頻次高，操作人員和檢維修人員勞動強度大。根據檢維修記錄顯示，2015年7月至11月，機組因氣閥異響維修頻次達到9次，根據現場對氣閥拆檢情況分析發現問題主要集中在4個方面：
（1）氣閥本身的彈簧、閥片斷裂后引起的異響；
（2）閥蓋螺栓松動后引起壓閥套撞擊閥座引起的異響；
（3）壓閥套變形后引起的異響；
（4）氣閥鋁墊子變形后引起的異響。該機組是公司級特護設備，一旦停機將造成裝置全面停工，給公司安全平穩運行埋下隱患。
3、原因分析
（1）裝置開工硫化期間高濃度的H2S加速彈簧腐蝕斷裂是進氣閥損壞異響的主要原因。對氣閥進行拆檢發現進氣閥彈簧斷裂、閥體內積累較多雜質、閥片斷裂、卸荷器叉腳斷裂等，見圖1~4所示。
取壓縮機氣閥上的垢樣，按照RIPP124方法進行了金屬含量分析。按照SH/T0656方法進行了碳、氫、氧含量分析，具體數據見表2。
從分析結果及樣品性狀看，樣品中除碳氫外，非金屬元素中硫氮含量較高，分別為17.08%和5.16%，金屬元素中鐵含量較高，為15.1%，認為裝置有腐蝕及結焦現象。
接著通過對現場氣閥拆檢、運行記錄、維修記錄、氣體組分化驗記錄和設計工況進行查閱、比對和分析認為：大檢修后裝置開工過程中需要進行硫化，硫化過程中要求循環氫中H2S含量維持在高濃度15000mg/m3以上，而裝置正常運行時硫化氫含量是控制在200mg/m3以下。調取2015年7月7日~8月23日硫化期間氣體化驗數據，見圖5所示，氣體中H2S含量z*大為17750mg/m3、z*小為28.4mg/m3，平均為6679mg/m3。由于H2S 具有腐蝕作用，尤其在停機后存在于冷卻后的濕氣中，其腐蝕性會大大增強。彈簧在經歷長時間高頻率的工作后會不斷積累疲勞斷裂的可能性，如果再有腐蝕，會加速彈簧疲勞斷裂，彈簧斷裂后閥片彈性緩沖力減弱，閥片傾側撞擊閥座閥蓋進一步造成閥片斷裂引起氣閥異響，對應的卸荷叉腳在卸荷的時候因為受力不均勻（正常應該8個插腳平均受力），也增加了斷裂的可能性。通過對彈簧進行解體分析發現彈簧表面腐蝕較嚴重，有分叉斷裂現象，且斷口處呈尖銳狀態，如圖6所示。再結合表2中的氣閥垢樣分析數據結果，均可以得出是高濃度H2S腐蝕加速了彈簧斷裂的結論。
（2）閥蓋螺栓松動后，造成壓閥套撞擊閥座引起的異響。該機組閥蓋螺栓運行中經常發生松動，檢查發現螺栓螺紋受損，螺帽在螺桿上不能自由地來回運動（質量性能可靠的螺栓螺帽可以在螺桿上輕松自由地來回運動），這樣導致螺栓在沒有壓緊時就已經壓不動了，整個閥蓋圓周上的螺栓預緊力不足，運行會發生松動，一旦閥蓋上個別螺栓松動后，壓閥套開始撞擊氣閥閥座發出異響。
（3）壓閥套設計強度不足發生變形后造成的氣閥異響。壓閥套在使用過程中變形較大，表現在每次拆裝時比較困難，需要借助強力拉伸器才能將壓閥套拔出來。壓閥套變形造成安裝過程中不能將閥蓋螺栓的預緊力有效地傳導至氣閥，導致氣閥壓不緊或是緊固力不均衡，導致氣閥異響。
壓閥套變形原因分析認為有如下3方面：
（a）原材料Q235在高壓下，脈沖沖擊變型；
（b）原閥套硬度和強度不夠；
（c）原閥套沒有很好的消除內應力。
（4）氣閥鋁墊子彈性性能差，外力撞擊后易發生塑性變形，不能補償機組工作后溫度變化后導致的膨脹變形引起氣閥異響。運行過程中，壓閥套與鋁墊子有接觸和撞擊，由于鋁墊子的特性極易發生塑性變形，變形后形狀不能恢復造成壓閥套和氣閥閥座間隙進一步增大，二者撞擊力度也越來越大，氣閥開始異響，而且聲音會越來越大.
4、改進措施
在對氣閥頻繁異響問題的原因進行逐個分析后，采取了一些針對性的改造措施，改造時主要考慮“投資少見效快”的原則。
（1）經和賀爾碧格氣閥專業設計廠商溝通，有專門針對裝置開工硫化工況下的氣閥設計產品，但此種氣閥需要改變閥型設計，價格是現有氣閥的10倍左右。考慮到節約成本，優選了另一種改進方案，即每遇“三年一修”開工硫化結束后定期更換所有氣閥彈簧，氣閥的其余完好部件利舊，選用此方案只需用很小的投資成本就能有效地解決氣閥彈簧斷裂、閥片斷裂引起的異響問題。
（2）對氣閥閥蓋螺栓進行重新測繪并提高其材質強度等級，對螺栓的熱處理過程提出嚴格控制要求，同時氣閥閥蓋螺栓采用定力矩緊固，確保預緊力均勻。
（3）對壓閥套進行重新測繪，并提高其材質強度等級，對壓閥套的熱處理過程提出嚴格控制要求。
壓閥套的具體改進措施如下：
（a）材質的選擇：壓閥套材質采用35CrMo 合金鋼，該材質具有很高的靜力強度、沖擊韌性及較高的疲勞極限，一般用于制造承受沖擊、彎扭、高載荷的各種機器中的重要零件和用做在高負荷下工作的重要結構件；
（b）鍛造、退火：通過鍛造加工來改善其組織結構和力學性能，組織結構經過鍛造方法熱加工變形。由于金屬的變形和再結晶，使原來的粗大結晶和柱狀晶粒變為晶粒較細、大小均勻的等軸再結晶組織，使鋼錠內原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合，其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學性能，并能很好的消除內應力；
（c）調質處理：調質HB260~283可以使合金鋼的性能得到很大程度的提升，其強度、硬度、塑性和韌性都有很好的提升，具有良好的綜合機械性能。
綜上所述，改進后的壓閥套在各項性能上會有很大改善，既減小變形量，又能承受高壓沖擊。
（4）氣閥鋁墊子更換為軟鐵材質，以提高氣閥墊片彈性補償性能。
5、改造效果評價
以上改造措施已經實施，實施后根據車間檢維修記錄數據，顯示氣閥異響的問題基本上得到了有效控制，取得了較好的改造效果，避免了大型機組發生故障可能造成的操作波動，目前該機組平穩運行8000 h未出現氣閥異響故障。
6、結論
本文對某柴油加氫改質裝置大檢修后，循環氫壓縮機開機過程中出現的氣閥頻繁異響失效問題進行分析，找出了氣閥頻繁異響的4方面原因。從氣閥彈簧、氣閥閥蓋螺栓、壓閥套和氣閥墊子等輔助部件上進行設計改進，z*終使機組氣閥頻繁異響問題得以解決，取得了明顯的改造效果，為國內同類設備處理類似問題提供了借鑒和參考。
參考文獻
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[4] 劉衛華，郁永章，昂海松.氣閥故障診斷的實驗研究[J].壓縮機技術，2001，（2）：3-5.
[5] 朱榮乾，張慶龍，胡青寧，王永寧.往復壓縮機典型故障特征分析與診斷實例[J].壓縮機技術，2010，（1）：45-48.
[6] 劉衛華，郁永章.往復壓縮機故障診斷方法的研究[J].壓縮機技術，2001，（1）：3-5.
[7] 潘強.壓縮機氣閥閥片斷裂原因分析及改進[J].中國設備工程，2016，（6）：80-82.
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