加氢装置往复压缩机气阀的优化设计及改造.docx

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1、1引言2O2O年5月12日，某石化公司柴油加氢制装置往复压缩机K-(31O133O1)/D机切换到C机，运行2h后，三级盖侧进气阀温度升高；2020年5月14日拆检2个进气阀，发现盖侧进气阀阀片断裂，气阀卸荷叉爪限位挡块有明显被刮擦的痕迹，并且这两个进气阀的挡块宽度不一致，挡块能否活动以及活动范围也不一致。另外，卸荷器顶杆无较精确的限位、导向部件，摆动幅度大，可能会影响无极气量调节系统的工作精度。更换2个新进气阀后,于2020年5月15日开机运行至202。年6月12日发现三级盖侧进气阀温度升高2C。后逐渐趋于稳定，通过现场分析可能是由于阀片断裂损伤造成，根据判断可短期使用，决定增强监测，观测使

2、用；该机组运行至2020年6月15日停机，氮气置换后合格后，于202。年6月16日拆检盖侧与轴侧进气阀，发现盖侧进气阀阀片断裂、弹簧断裂,钳工维修班更换盖侧进气阀阀片与弹簧后回装,轴侧进气阀未更换任何配件回装。2020年6月18日开机，运行至2020年6月30日发现盖侧进气阀温度升高，判断是阀片断裂损伤引起C停机置换后，于2O20年7月1日拆检。维修车间拆检该压缩机轴侧、盖侧进气阀和排气阀，发现该机组盖侧进气阀阀片断裂，于是紧急维修更换新气阀。2往复压缩机气阀优化设计的必要性前言中所描述的压缩机气阀在仅仅3个月使用期间就多次出现气阀阀片断裂损伤,气阀温度升高等气阀失效问题。在更换气阀后，再次运

3、行该机组时，仍存在短暂使用后气阀便出现故障的问题。因此，对往复压缩机气阀进行拆检，并查阅该往复压缩机的运行、维修记录，经对比分析后，决定对该往复压缩机气阀的整体结构进行优化设计改造，使气阀在优化设计改造后，气阀的整体设计与功能参数满足往复压缩机的使用要求，提高往复压缩机气阀运行的稳定性，优化往复压缩机气阀时用性，更好的发挥其应用价值，降低维修频率，减少维修费用，为企业提高效益助力。往复压缩机是为气体升压的压缩设备，属于容积式压缩机。而气阀是往复压缩机的重要组成部件，支撑着往复压缩机吸入气体、压缩气体的核心功能。但在往复压缩机运行过程中，压缩机气阀存在阀片断裂、气阀温度升高等故障，使得压缩机机组

4、切换过于频繁、维修次数与维修难度增加,人工费用与材料费用等支出增加,企业蒙受损失。因此，为确保往复压缩机运行的可靠性与稳定性，合理控制压缩机气阀检修成本，就需进一步优化设计改造往复压缩机气阀，并通过对该部件的改造，减少往复压缩机气阀故障，维护相关企业的核心利益13阀片和弹簧断裂的原因分析最近2次的拆检都有弹簧断裂现象且弹簧断裂的部位同时出现了阀片断裂崩块现象，可能是由于弹簧的耐疲劳强度差所造成，弹簧断裂引起阀片表面受力不均匀，从而致使阀片在弹簧断裂位置出现断裂崩块现象。另外，导致阀片与弹簧断裂的原因也可能是因为气阀卸荷器叉爪在运行过程中的不稳定性造成阀片跟弹簧局部集中受力，从而导致阀片断裂、弹

5、簧断裂、气阀失效。从该机组最近半年的检修情况分析可知,盖侧的进气阀使用寿命比轴侧的少很多，由此推断阀片和弹簧断裂的原因不仅是由自身的原因引起，也可能还与其它因素有关，比如无极气量调节系统等。4往复压缩机气阀的改造措施以柴油加氢改制K-（3101+3301）/C往复压缩机三级气阀为例。在汇总气阀现有故障问题，分析可能原因后，提出优化设计改造思路，提高气阀设计技术参数、设计指标的标准，应用创新型的组成材料，改善局部结构以及尺寸等思路作为气阀优化设计改造的方向，具体表现为提高气阀阀片材质质量，改变气阀阀片尺寸，改造气阀卸荷叉爪结构，优化气阀卸荷叉爪与无极气量调节系统的配合等，落实气阀的改造方案，解决

6、气阀在使用中存在的问题，具体改造措施如下。4.1 气阀阀片材料升级阀片改用英国威格斯最好的聚醒酸酮（PEEK）材料，以提高阀片自身质量C聚酸微酮（PEEK）材料是目前应用最广的高性能热塑性工程塑料之一，聚酸酰酮（PEEK）材料的强度大、质量轻，弹性变形大，弹性模量小，有利于减少冲击变形和动态变形。此外，聚酰酸酮（PEEK）材质还具备其他的优良性能，比如，具有出色的耐热性、力学性能以及优异的电绝缘性和高抗疲劳强度、稳定的耐化学药品性等2。同时，聚酸酸酮（PEEK）材料具有优异的耐热、耐化学性能、机械性能，且其摩擦系数低，是一类良好的自润滑材料3。通过改善气阀阀片的材质，提高气阀阀片的自身强度，从

7、而改善气阀整体的质量。4.2 气阀阀片尺寸优化在优化设计改造往复压缩机气阀时，还应准确核算气阀阀片所需应力。通常情况下，往复压缩机各大结构中，其三级进气阀的阀孔明显大于普通机组阀孔，因此在设计气阀阀片时，无需根据阀孔的大小来确定阀片大小，而是根据往复压缩机运行时气缸打气量的大小来确定阀片大小。合理的将现有阀片改小，将阀片直径从16Omm更改为129mmo继而通过阀片直径的改变，保证压缩机注塑期间，气阀阀片温度的均匀性,改善阀片应力条件，提升气阀的整体强度。在气阀阀片适当变小的同时，与气阀阀片配合的弹簧也相应减少,可以相应的避免气阀最外侧弹簧的断裂问题,从而改善气阀的整体有效性。除此之外，为了延

8、长该压缩机阀片的使用寿命，减少阀片磨损，提高其运行的安全系数，在延长排气阀片上弹性钢丝直径的基础上，加厚阀片，将阀片厚度增加05mm,以此控制阀片与压缩机三级气缸之间的缝隙，防止阀片损坏。在此期间，由于往复压缩机三级排气压力通常不是很大，气阀本身的升程一般为131.83mm,所以在阀片厚度增加0.5mm后，气阀流量不会改变，并且阀片直径变小的改造对进一步完善气阀工作性能，减弱气阀使用过程中的流通阻力意义重大。4.3气阀卸荷叉优化改进为全面解决往复压缩机气阀面临的故障问题，还重新设计了该压缩机的进气阀卸荷叉爪。优化设计改造前的进气阀卸荷叉爪的基本结构为一级，在改造后，则将该基本结构调整为二级结构

9、，如图3所示。气阀卸荷叉爪改造为二级结构的目的是为了提升气阀在压缩机运行过程中分配荷载的便捷性与均匀性，以便让气阀阀片本身的受力更均匀，改善阀片的受力状态，降低运行过程中阀片与限制器产生的撞击力。另外，在排气阀打开后，所压缩的气体会经排气阀进入下一区域。在压缩气体排出后，压缩机需要卸载时，如果无法及时将阀片顶开，容易引起“窗式损坏”。因此，在改造气阀卸荷叉爪时，还应该确保气阀卸荷叉执行、控制装置的稳定性，使其能够在各分程点灵活移动C具体方法为通过卸荷器叉爪结构的改变，使气阀的外圈所有范围都包含叉爪结构，随后利用无极气量调节系统高效精确启闭进、排气阀，从而缩小进、排气阀使用时的启闭时间，确保压缩

10、机负荷调节的有效性与及时性。同时需要注意的是，在改造气阀卸荷叉抓结构时，还需按照公式AP=S厂2,来计算气阀的阻力损失，还要计算气阀卸荷叉爪结构恢复时所需的弹簧力，以及顶开阀片时卸荷叉爪所受的阻力大小。上述公式中参数p、GUs分别表示往复压缩机内部气体的介质密度；气阀内气体流动速度、气阀卸荷器中的阻尼系数4。5结语综上所述，为改善往复式压缩机气阀使用的有效性与平稳性，从气阀阀片材质、气阀阀片尺寸、气阀阀片与气阀弹簧的配合、气阀卸荷叉爪结构以及气阀卸荷叉爪与无极气量调节系统的配合等方面进行了优化设计改造，以便更好的解决往复压缩机气阀的故障问题C除此之外，在往复压缩机气阀优化设计改造中，还全面核查

11、气阀技术参数、设计指标等，同时评估了优化设计改造方案的可行性，保障气阀整体优化设计改造符合往复压缩机稳定运行的要求，为企业增收创效提供技术与理论支持。参考文献：1魏强虎，张高峰.往复式压缩机顶开吸气阀调节的改造J.中国氯碱，2018,(8):30-32.2党哲，高东强，杨杰，贾均红PEEK改性研究进展J.工程塑料应用，2020.(9):166-169.3付尚文，吴新妮，王东平.PEEK复合材料与NBR粘合性能研究J.特种橡胶制品，2020,(5):44-47.4顾永泉.石油化工用活塞式压缩机气阀阻力损失试验及研究J.华东石油学院，1981,(3):47-63.作者简介：马文礼(1992-),中级实验师，毕业于中国石油大学(北京)过程装备与控制工程，现主要从事实验设备管理工作。E-mai1:maw1345