摘要：往复式压缩机气阀是压缩机部件中最重要也是最容易损坏的部件之一，往复式压缩机运行的可靠性和经济性，很大程度上取决于气阀的完善性。气阀是易损件，其使用寿命短直接影响压缩机的运转率，质量差的气阀因气阀泄漏引起的能量损失，可大到占压缩机轴功率的20%以上。某炼厂加氢装置年停工大检修时，在气阀拆检过程中，显示出的故障错综复杂。如何避免故障，提高气阀的使用寿命，是设备管理人员及维护人员工作的重中之重。

　　文/洛阳石化三隆公司动设备孙应辉

　　一、引言

　　往复式压缩机气阀的作用是控制气缸中气体的吸入和排出。压缩机上的气阀都是自动气阀，即气阀的启闭不是用专门的控制机构而是靠气阀两侧的压力差来自动实现及时启闭的。气阀是重要的易损件之一，它直接关系到压缩机运转的周期。

　　对压缩机气阀的主要要求是：

　　（1）气阀开闭及时，关闭时严密不漏气；

　　（2）气流通过气阀时，阻力损失小；

　　（3）气阀使用寿命长；

　　（4）气阀形成的余隙容积小；

　　（5）噪音小。

　　目前，气阀的结构型式很多，最常使用的为环状阀。一般由四部分组成：

　　（1）阀座它具有能被阀片覆盖的气体通道，是与阀片一起闭锁进气（或排气）通道，并承受气缸内外压力差的零件；

　　（2）启闭元件它是交替地开启与关闭阀座通道的零件，通常制成片状者称阀片；

　　（3）弹簧是关闭时推动阀片落向阀座的元件，并在开启时抑制阀片撞击升程限制器；

　　（4）升程限制器是限制阀片的升程，并往往作为弹簧承座的零件。

　　阀座与升程限制器上都有环形通道供气体通过，阀片与阀座上的密封口贴合形成密封，并靠阀片的启闭来控制气体的吸入与排出，为保证阀片启闭时不偏斜，在升程限制器上加工成几个同心圈的凸台，对阀片起导向作用。阀片的升起高度（即升程h）由导向凸台的高度来控制，升程限制器上装有弹簧，当阀片处于关闭状态时，把阀片压紧在阀座上，当阀片开启时起缓冲作用，阀座与升程限制器用螺栓拧紧，并需加防松措施。吸排气阀工作时，气阀是在阀片两边的压力差作用下启闭的，完成吸排气过程。如在吸气过程中，当气缸内的压力低于吸入管道中的压力时，当两者所造成的压力差ΔP足以克服弹簧压紧力Ps与阀片及部分弹簧的运动质量惯性力Pm之和时，阀片被顶开，气体开始吸入，随后阀片继续开启并贴到升程限制器上，气体继续进入气缸，直至活塞到达止点附近时，活塞速度剧下降，气体的速度也随之降低，于是作用在阀片上的气流动压力也变小。当弹簧力大于气体推力及阀片弹簧的惯性力时，弹簧随即把阀片顶回，阀片开始关闭并最终重新落在阀座上，吸气阀阀片关闭而完成吸气过程，排气亦然。

　　网状阀结构基本上和环状阀相同，但各环阀片以筋条联成一体，略呈网状故称网状阀，如图4。这种阀片本身具有弹性，在阀片从中心数起的第二圈上，将径向筋条铣出一个斜切口，同时在很长一段弧内铣薄使之具有弹性。这样当阀片中心圈被夹紧，而外缘四圈做为阀片时，不需要导向块便能上下运动。网状阀片各环起落一致，且没有摩擦，对气缸无油润滑压缩机特别适用。

　　有时也采用中心导向的网状阀结构，其阀片没有固定部分和弹性部分，这种网状阀避免了弹性部分易于断裂的可能性，又扩大了通道数目。如果中心导向块采用自润滑材料，同样适用于气缸无油润滑压缩机。

　　网状阀中既可采用圆柱形弹簧，又可用片形弹簧，并采用缓冲片以缓和阀片对升程限制器的冲击。相比于环状阀，其结构复杂，制造加工难度大，技术要求高，应力集中处多，运行中易于损坏，应用较少。但随着近几年的技术进步，如采用PEEK材质等，网状阀的应用也越来越广泛。

　　二、气阀故障概述与分析

　　某炼厂柴油加氢装置在年大检修时，对12台往复式压缩机气阀拆检，发现多种故障损坏现象，统计如下：

　　1.阀片断裂

　　如图5所示，阀片局部断裂，断裂部位正是弹簧支撑部位，弹簧与阀片产生压痕，造成阀片应力集中，在阀片不停的开启闭合中折断。而产生断裂的阀片大多数颜色已经变色，明显受过温度变化，变色发蓝。分析为过热变软，导致弹簧压痕产生，最终导致断裂，断裂口就在弹簧直径的切线部位。

　　2.阀片弹簧断裂

　　常用弹簧材料一般有三类：

　　①碳素弹簧钢丝，材料来源广，钢丝表面质量及耐疲劳强度性能也不低于合金钢丝。缺点是使用温度较低，因为弹簧冷卷后不再进行热处理，当气阀温度环境较高时，弹簧自由高度容易变低，故其使用温度不高于°。

　　②合金钢丝，主要有50CrVA、60Si2Mn、60Si2、65Mn等材质的钢丝。合金弹簧钢丝绕制的弹簧使用温度较高(-°)，此外，50CrVA的钢丝还具有对缺口敏感性小的优点，故适用于长周期运行的压缩机气阀。

　　③不锈钢及有色金属等耐腐蚀性材料，如4Cr13、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Ti、3-1硅锰青铜、4-3锡锌青铜等材料，主要用来制造二氧化碳压缩机、氧气压缩机的弹簧材料。

　　这次检修发现有碳素弹簧钢丝的断裂，也有合金钢丝中不锈钢弹簧的断裂。碳素弹簧钢丝的断裂口大多是腐蚀变细，加上气阀超温运行，一些气缸在运行时发现气阀处温度已达到°，明显超出允许温度值。不锈钢弹簧断裂的主要原因，用卡尺测量，一组阀里所布置的弹簧明显有高度差，说明在弹簧更换时没有将一致高度的弹簧装入同一个气阀里，造成个别弹簧受力不均，导致个别弹簧受力过大导致断裂。另外，一些弹簧带有锥度，安装时忽略大小头，导致阀片支撑不稳，也使个别弹簧受力过大导致断裂。

　　3.气阀流道进入杂质

　　本次检修遇到压缩机管道入口滤网破损，进入压缩机气缸，进入气阀流道，卡在气阀密封面上，如图7所示。也有管道在焊接施工时产生的焊瘤球状物，镶嵌在阀片上，最终都导致气阀密封失效。系统部件过滤器失效

　　4.气阀阀窝里积聚大量颗粒状活塞环及支撑环磨损的颗粒，如图8所示。

　　5.阀座材料可以根据承受的压力差来选用，具体见下表：

　　为提高耐磨性，阀座密封表面要求进行调质处理或表面硬化处理，比如对密封面进行高频淬火处理，其硬度达HRC35～40。为了提高耐磨性，在一些特殊结构中（条状润）还必须对限制阀片运动方向的凸台，同样进行高频表面淬火或对一些独立的零件（限位销钉，衬圈）用表面渗氮的办法使其硬度不低于HRC60。

　　对于在具有腐蚀性的气体下工作的气阀，其阀座可采用不锈钢或铜。

　　阀座的密封面应研磨，表面粗糙度不大于Ra=0.4m。内外边缘要倒钝，气阀组装后要进行泄漏检查。

　　直流片状阀阀座，当压力差小于4MPa时，用含硅9.3%～12%的铝硅合金压铸而成。当压力4MPa时，采用40、45号钢通过机械加工制造。

　　阀片的材料及技术要求：阀片在工作时承受交变冲击和交变弯曲载荷，为了保证阀片具有足够的强度和较长的使用寿命，阿片材料应具有强度高、性好、耐磨、耐腐蚀等特性。

　　对于空气、氮氢气、石油气等没有腐蚀性介质的压缩机，环状阀、网状阀、碟状闽的阀片道常采用30CrMnSIA，对于有腐蚀性介质的压缩机以及氧压机，上述气阀的阀片采用的是1Cr18、2Cr13、3Cr13、1Cr18Ni9Ti等材料。此外还有采用30CrMoA、20CrNi4VA、37CrNi3A等材料的。

　　柴油加氢装置高压压缩机，由于气阀两侧压力差很大，故要求气阀零件有很高的强度，其阀芯常用35CrMo、35CrM1uVA以及轴承钢GCr15等材料制造。一定要精心倒圆以消除毛刺，防止过早损坏。阀片表面应抛光。

　　6.油粘滞问题

　　本机为四列二级压缩机，注油量为每分钟35滴，每次拆检打开，发现从阀窝漏油量大，阀片故障现象如图9所示。阀片最外圈三处断裂，阀片表面有积油，阀布满积油座，阀盖槽道及表面，润滑油过多造成液击和油粘滞，导致阀片疲劳损坏。

　　7.气阀更换阀片后组装问题

　　本次拆检一台气阀尺寸较小的压缩机气阀，发现螺杆在阀座底部的防转销已被剪切，二级排气阀GD螺母发生局部断裂。经检查，密封面表面光亮，外缘有轻微的磨损。另该阀阀座侧面上销脱落，销口处变形厉害。原因分析：由于气阀压阀罩没有压紧，造成气阀在工作时发生转动和窜动，使螺母防松部位强度不足而发生断裂。

　　三、总结

　　通过本次大检修，对拆检的气阀故障梳理，发现故障现象多样，既有配件本身质量问题，也有压缩机因冷却水水质差、换热器效果不好，导致压缩机气阀部位超温运行，也有检修维护人员野蛮施工造成阀螺栓上紧时扭矩过大导致气阀失效的人为因素。作为设备管理人员，要求在配件验收、运行参数调整、附属系统定期调整都需要长时间的仔细观察。