【壓縮機網(wǎng)】1、引言
循環(huán)氫壓縮機是加氫裝置的核心設(shè)備，主要為加氫反應(yīng)提供反應(yīng)氫氣和帶走反應(yīng)熱。2015年6月中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司某柴油加氫改質(zhì)裝置（以后簡稱加氫改質(zhì)裝置），經(jīng)過為期45天的大檢修后開工，循環(huán)氫壓縮機K-3102+3301/AB，接連發(fā)生9起氣閥異響故障，導(dǎo)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(wěn)運行。由于該機組是公司級特護設(shè)備，一旦停機將造成裝置全面停工，給公司帶來較大的經(jīng)濟損失。目前，國內(nèi)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(shè)計問題上著手來分析原因，之后采取相關(guān)的設(shè)計改進措施。本文針對氣閥頻繁異響問題，除了從傳統(tǒng)的氣閥本身設(shè)計上分析外，還對其工藝運行參數(shù)進行了相關(guān)研究和分析，
z*后發(fā)現(xiàn)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(zhì)成分H2S 變化較大，造成氣閥彈簧腐蝕斷裂后引起的異響；
?。?）閥蓋螺栓松動后，引起壓閥套撞擊閥座引起的異響；
?。?）壓閥套變形后引起的異響；
?。?）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(shè)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(chǎn)和設(shè)備長周期安全運行，取得了顯著的經(jīng)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(zhì)循環(huán)氫壓縮機為循環(huán)氫-氫氣增壓聯(lián)合機組K-（3102+3301）/AB，共設(shè)2臺，一開一備，設(shè)計參數(shù)見表1。該機組自2015年7月大檢修開工后氣閥頻發(fā)異響故障，導(dǎo)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(jù)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(jù)現(xiàn)場對氣閥拆檢情況分析發(fā)現(xiàn)問題主要集中在4個方面：
?。?）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；
?。?）氣閥鋁墊子變形后引起的異響。該機組是公司級特護設(shè)備，一旦停機將造成裝置全面停工，給公司安全平穩(wěn)運行埋下隱患。
3、原因分析
?。?）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(fā)現(xiàn)進氣閥彈簧斷裂、閥體內(nèi)積累較多雜質(zhì)、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(shù)據(jù)見表2。
從分析結(jié)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(jié)焦現(xiàn)象。
接著通過對現(xiàn)場氣閥拆檢、運行記錄、維修記錄、氣體組分化驗記錄和設(shè)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(huán)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(diào)取2015年7月7日~8月23日硫化期間氣體化驗數(shù)據(jù)，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(jīng)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(cè)撞擊閥座閥蓋進一步造成閥片斷裂引起氣閥異響，對應(yīng)的卸荷叉腳在卸荷的時候因為受力不均勻（正常應(yīng)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(fā)現(xiàn)彈簧表面腐蝕較嚴重，有分叉斷裂現(xiàn)象，且斷口處呈尖銳狀態(tài)，如圖6所示。再結(jié)合表2中的氣閥垢樣分析數(shù)據(jù)結(jié)果，均可以得出是高濃度H2S腐蝕加速了彈簧斷裂的結(jié)論。
?。?）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(jīng)常發(fā)生松動，檢查發(fā)現(xiàn)螺栓螺紋受損，螺帽在螺桿上不能自由地來回運動（質(zhì)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(dǎo)致螺栓在沒有壓緊時就已經(jīng)壓不動了，整個閥蓋圓周上的螺栓預(yù)緊力不足，運行會發(fā)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(fā)出異響。
（3）壓閥套設(shè)計強度不足發(fā)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(xiàn)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(yù)緊力有效地傳導(dǎo)至氣閥，導(dǎo)致氣閥壓不緊或是緊固力不均衡，導(dǎo)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；
?。╞）原閥套硬度和強度不夠；
?。╟）原閥套沒有很好的消除內(nèi)應(yīng)力。
?。?）氣閥鋁墊子彈性性能差，外力撞擊后易發(fā)生塑性變形，不能補償機組工作后溫度變化后導(dǎo)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(fā)生塑性變形，變形后形狀不能恢復(fù)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(jīng)和賀爾碧格氣閥專業(yè)設(shè)計廠商溝通，有專門針對裝置開工硫化工況下的氣閥設(shè)計產(chǎn)品，但此種氣閥需要改變閥型設(shè)計，價格是現(xiàn)有氣閥的10倍左右。考慮到節(jié)約成本，優(yōu)選了另一種改進方案，即每遇“三年一修”開工硫化結(jié)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。
?。?）對氣閥閥蓋螺栓進行重新測繪并提高其材質(zhì)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(yù)緊力均勻。
?。?）對壓閥套進行重新測繪，并提高其材質(zhì)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：
?。╝）材質(zhì)的選擇：壓閥套材質(zhì)采用35CrMo 合金鋼，該材質(zhì)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(jié)構(gòu)件；
（b）鍛造、退火：通過鍛造加工來改善其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，組織結(jié)構(gòu)經(jīng)過鍛造方法熱加工變形。由于金屬的變形和再結(jié)晶，使原來的粗大結(jié)晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使鋼錠內(nèi)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(xué)性能，并能很好的消除內(nèi)應(yīng)力；
（c）調(diào)質(zhì)處理：調(diào)質(zhì)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(zhì)，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(jīng)實施，實施后根據(jù)車間檢維修記錄數(shù)據(jù)，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(fā)生故障可能造成的操作波動，目前該機組平穩(wěn)運行8000 h未出現(xiàn)氣閥異響故障。
6、結(jié)論
本文對某柴油加氫改質(zhì)裝置大檢修后，循環(huán)氫壓縮機開機過程中出現(xiàn)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(shè)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(nèi)同類設(shè)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(fù)壓縮機氣閥故障機理分析[J].壓縮機技術(shù)，2006，（1）：43-44.
[2] 高京衛(wèi)，韓毅.往復(fù)式壓縮機氣閥失效形式及故障診斷[J].天然氣技術(shù)，2007，1（6）：74-76.
[3] 趙質(zhì)良，陳學(xué)峰，程明.壓縮機氣閥故障診斷[J].裝備制造技術(shù)，2010，（10）：95.
[4] 劉衛(wèi)華，郁永章，昂海松.氣閥故障診斷的實驗研究[J].壓縮機技術(shù)，2001，（2）：3-5.
[5] 朱榮乾，張慶龍，胡青寧，王永寧.往復(fù)壓縮機典型故障特征分析與診斷實例[J].壓縮機技術(shù)，2010，（1）：45-48.
[6] 劉衛(wèi)華，郁永章.往復(fù)壓縮機故障診斷方法的研究[J].壓縮機技術(shù)，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(shè)備工程，2016，（6）：80-82.
【壓縮機網(wǎng)】1、引言
循環(huán)氫壓縮機是加氫裝置的核心設(shè)備，主要為加氫反應(yīng)提供反應(yīng)氫氣和帶走反應(yīng)熱。2015年6月中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司某柴油加氫改質(zhì)裝置（以后簡稱加氫改質(zhì)裝置），經(jīng)過為期45天的大檢修后開工，循環(huán)氫壓縮機K-3102+3301/AB，接連發(fā)生9起氣閥異響故障，導(dǎo)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(wěn)運行。由于該機組是公司級特護設(shè)備，一旦停機將造成裝置全面停工，給公司帶來較大的經(jīng)濟損失。目前，國內(nèi)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(shè)計問題上著手來分析原因，之后采取相關(guān)的設(shè)計改進措施。本文針對氣閥頻繁異響問題，除了從傳統(tǒng)的氣閥本身設(shè)計上分析外，還對其工藝運行參數(shù)進行了相關(guān)研究和分析，
z*后發(fā)現(xiàn)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(zhì)成分H2S 變化較大，造成氣閥彈簧腐蝕斷裂后引起的異響；
?。?）閥蓋螺栓松動后，引起壓閥套撞擊閥座引起的異響；
?。?）壓閥套變形后引起的異響；
?。?）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(shè)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(chǎn)和設(shè)備長周期安全運行，取得了顯著的經(jīng)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(zhì)循環(huán)氫壓縮機為循環(huán)氫-氫氣增壓聯(lián)合機組K-（3102+3301）/AB，共設(shè)2臺，一開一備，設(shè)計參數(shù)見表1。該機組自2015年7月大檢修開工后氣閥頻發(fā)異響故障，導(dǎo)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(jù)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(jù)現(xiàn)場對氣閥拆檢情況分析發(fā)現(xiàn)問題主要集中在4個方面：
?。?）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；
?。?）氣閥鋁墊子變形后引起的異響。該機組是公司級特護設(shè)備，一旦停機將造成裝置全面停工，給公司安全平穩(wěn)運行埋下隱患。
3、原因分析
?。?）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(fā)現(xiàn)進氣閥彈簧斷裂、閥體內(nèi)積累較多雜質(zhì)、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(shù)據(jù)見表2。
從分析結(jié)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(jié)焦現(xiàn)象。
接著通過對現(xiàn)場氣閥拆檢、運行記錄、維修記錄、氣體組分化驗記錄和設(shè)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(huán)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(diào)取2015年7月7日~8月23日硫化期間氣體化驗數(shù)據(jù)，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(jīng)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(cè)撞擊閥座閥蓋進一步造成閥片斷裂引起氣閥異響，對應(yīng)的卸荷叉腳在卸荷的時候因為受力不均勻（正常應(yīng)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(fā)現(xiàn)彈簧表面腐蝕較嚴重，有分叉斷裂現(xiàn)象，且斷口處呈尖銳狀態(tài)，如圖6所示。再結(jié)合表2中的氣閥垢樣分析數(shù)據(jù)結(jié)果，均可以得出是高濃度H2S腐蝕加速了彈簧斷裂的結(jié)論。
?。?）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(jīng)常發(fā)生松動，檢查發(fā)現(xiàn)螺栓螺紋受損，螺帽在螺桿上不能自由地來回運動（質(zhì)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(dǎo)致螺栓在沒有壓緊時就已經(jīng)壓不動了，整個閥蓋圓周上的螺栓預(yù)緊力不足，運行會發(fā)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(fā)出異響。
（3）壓閥套設(shè)計強度不足發(fā)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(xiàn)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(yù)緊力有效地傳導(dǎo)至氣閥，導(dǎo)致氣閥壓不緊或是緊固力不均衡，導(dǎo)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；
?。╞）原閥套硬度和強度不夠；
?。╟）原閥套沒有很好的消除內(nèi)應(yīng)力。
?。?）氣閥鋁墊子彈性性能差，外力撞擊后易發(fā)生塑性變形，不能補償機組工作后溫度變化后導(dǎo)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(fā)生塑性變形，變形后形狀不能恢復(fù)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(jīng)和賀爾碧格氣閥專業(yè)設(shè)計廠商溝通，有專門針對裝置開工硫化工況下的氣閥設(shè)計產(chǎn)品，但此種氣閥需要改變閥型設(shè)計，價格是現(xiàn)有氣閥的10倍左右。考慮到節(jié)約成本，優(yōu)選了另一種改進方案，即每遇“三年一修”開工硫化結(jié)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。
?。?）對氣閥閥蓋螺栓進行重新測繪并提高其材質(zhì)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(yù)緊力均勻。
?。?）對壓閥套進行重新測繪，并提高其材質(zhì)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：
?。╝）材質(zhì)的選擇：壓閥套材質(zhì)采用35CrMo 合金鋼，該材質(zhì)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(jié)構(gòu)件；
（b）鍛造、退火：通過鍛造加工來改善其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，組織結(jié)構(gòu)經(jīng)過鍛造方法熱加工變形。由于金屬的變形和再結(jié)晶，使原來的粗大結(jié)晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使鋼錠內(nèi)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(xué)性能，并能很好的消除內(nèi)應(yīng)力；
（c）調(diào)質(zhì)處理：調(diào)質(zhì)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(zhì)，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(jīng)實施，實施后根據(jù)車間檢維修記錄數(shù)據(jù)，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(fā)生故障可能造成的操作波動，目前該機組平穩(wěn)運行8000 h未出現(xiàn)氣閥異響故障。
6、結(jié)論
本文對某柴油加氫改質(zhì)裝置大檢修后，循環(huán)氫壓縮機開機過程中出現(xiàn)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(shè)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(nèi)同類設(shè)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(fù)壓縮機氣閥故障機理分析[J].壓縮機技術(shù)，2006，（1）：43-44.
[2] 高京衛(wèi)，韓毅.往復(fù)式壓縮機氣閥失效形式及故障診斷[J].天然氣技術(shù)，2007，1（6）：74-76.
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[4] 劉衛(wèi)華，郁永章，昂海松.氣閥故障診斷的實驗研究[J].壓縮機技術(shù)，2001，（2）：3-5.
[5] 朱榮乾，張慶龍，胡青寧，王永寧.往復(fù)壓縮機典型故障特征分析與診斷實例[J].壓縮機技術(shù)，2010，（1）：45-48.
[6] 劉衛(wèi)華，郁永章.往復(fù)壓縮機故障診斷方法的研究[J].壓縮機技術(shù)，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(shè)備工程，2016，（6）：80-82.
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