段 达
(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037001)
引 言往复式压缩机作为通用机械，是石油化工行业的关键设备。往复式压缩机具有结构复杂、零部件多、故障发生概率高的特点。
气阀是往复式压缩机故障率最高的部件，在导致往复式压缩机故障的各种因素中由气阀原因导致的压缩机故障约占故障总数的 36%[1]。
气阀长时间承受高频冲击，工作温度及工作压力较高，输送介质或夹带颗粒或带有腐蚀性，是往复压缩机中最易发生损坏的部件。气阀故障可能会影响到机组的气量，降低机组的工作效率，若不能及时发现并判断出气阀的磨损情况，导致磨损加剧，气阀中的某些易损件可能会脱落，进入气缸，在活塞的高频冲击下，会导致活塞或活塞环磨损、气缸拉缸等严重事故。所以，提高气阀故障诊断水平，合理地维护保养气阀组件十分重要。
1 往复式压缩机气阀的组成及结构往复式压缩机气缸上装有进、排气阀，它们是控制压缩机进气和排气的关键部件。往复式压缩机的气阀结构见图1。
气阀主要是由阀片、弹簧、阀座、升程限制器组成，并用螺栓连接固定。气阀各零部件的作用见表1。
图1 气阀结构图
表1 气阀各零部件作用
2 往复式压缩机气阀故障原因分析及诊断2.1 气阀故障原因分析据统计，在所有气阀类故障当中阀片与阀座密封面失效占总数的 55%，弹簧失效占总数的27%，阀片断裂占 9%，其他类别故障占 9%[2]。
基于以上参数得知阀片疲劳断裂、密封面磨损，弹簧刚度减小、扭曲变形，阀座密封不严是往复式压缩机的常见的故障。
往复式压缩机气阀故障原因主要在以下几个方面。
1) 阀片设计不合理
有很多设计者没有根据实际情况设计， 由于不同的压缩机工作中流量特征不同， 这就需要在设计气阀的时候考虑到运行实际情况，但是设计人员没有合理选择气阀的型号， 导致工作中容易出现气阀故障。
2) 阀片变形或疲劳断裂
往复式压缩机有膨胀、吸气、压缩、排气4个工作过程。在膨胀、吸气过程中进气阀阀片离开阀座，与升程限制器碰撞，排气阀阀片回落，与阀座碰撞。压缩、排气过程中，进气阀阀片回落，与阀座碰撞，排气阀阀片离开阀座，与升程限制器碰撞。由此可以看出，阀片在一个完整工作循环过程中多次发生碰撞，而且阀片在气缸中还要承受高温气流的冲击。阀片始终处于交变载荷、高温气流冲击的环境中，容易发生阀片、弹簧等形变，疲劳磨损，阀座密封面损坏等情况。
3) 弹簧失效、刚度变小
弹簧刚度变小会使作用在阀片上的力发生变化从而造成气阀启闭时间延长，气体回流增加，阀盖温度升高。
4) 工作介质具有腐蚀性或介质较脏
工作介质具有很强的腐蚀性，并高速运转，很容易造成气阀表面腐蚀受损，出现凹坑。另外，介质中若含有固体杂质颗粒，这些颗粒会随着高压气流高速冲击气阀，并有可能在其中做往复运动多次循环冲击，导致阀片、缓冲片等易损件磨损加剧，部分颗粒甚至会卡在阀片与阀座之间，使密封面磨损。
5) 工作介质中含有液体
往复式压缩机的进出口一般都会设置缓冲罐，缓冲罐的作用一是稳定管网压力，二是起到气液分离的作用。另外，往复式压缩机每一级的级间都会设置气体冷却器及气液分离器，气体冷却器能有效降低气体温度，保证进入下一级压缩机的气体温度在合理范围。气液分离器的作用是使气体与液体分离，减少介质带液。介质带液会使液体随高压气流高速冲击气阀，导致气阀承受额外的冲击载荷，从而加速阀片、弹簧等的磨损。
6) 气缸中含有过多润滑油
往复式压缩机按润滑方式分为无油润滑和有油润滑，有油润滑的往复式压缩机，如果气缸中积蓄过多的润滑油，阀片与阀座之间会因为润滑油的作用导致阀片起落延迟，易造成阀片断裂。
7) 工况变化
往复式压缩机气阀的选型是由工况决定的，如果工况波动大或长时间偏离设计值，会导致气阀动作不规律，加快磨损。
8) 压缩机频繁启停
往复式压缩机频繁起停会导致气缸内积聚润滑油或介质带液，容易造成气缸及气阀腐蚀，频繁起停会使气缸带液启动，容易造成液击和油黏滞。
9) 安装不标准
由于工作人员专业性不强， 没有按照标准进行紧固安装压缩机的气阀， 气阀螺栓工作中可能出现松动，损坏气阀片。另外，当安装过程中气阀螺栓的紧固力矩大于标准要求时，会造成气阀螺栓失去弹性或者断裂等，降低气阀使用时间。
2.2 气阀的故障诊断1) 监测阀盖温度
气阀磨损、密封不严导致气体泄漏，压缩气体反流回气缸被重复压缩，从而造成压缩机做功持续转化为内能，气缸及阀盖温度升高。定期监测气阀阀盖表面温度，详细记录各级气阀阀盖温度，并结合压缩机的运行负荷，制定出阀盖温度的合理范围。根据阀盖温度的异常变化，分析、掌握气阀运行状况，及时发现气阀故障情况。
2) 气阀运行声音
在阀盖的位置用听针监听气阀阀片的运动，正常运行气阀的声音清脆且有规律，若气阀损坏，声音会发生变化，由此可以推断气阀是否处于正常的工作状态。多次监听，类比相同位号不同机组各级气阀的运动声响，掌握各级气阀的声响规律，有助于判断气阀故障。该种方法较依赖于技术人员的生产经验。
3) 分析工艺参数
压缩机的气阀泄漏，会影响压缩机的进排气量、压力、温度等，可以通过这些参数的变化情况分析气阀故障情况。
3 气阀的维护与保养3.1 气阀维护保养需具备的条件1) 必须由受过培训的专业人员来负责气阀的维护保养；
2) 必须有专业的工具和夹具；
3) 有整套的加工设备或外协加工单位，能够满足气阀维修时的车削、磨削等；
4) 有完全符合生产设备厂家提供的配件。
3.2 气阀零部件的检查1) 检查气阀零件的损坏情况，如果有下列情况，请及时更换：阀片断裂、扭曲，弹簧变形，弹簧刚度不能满足要求，阀座及阀盖有明显磕碰且不能修复。
2) 检查密封面磨损情况。
若阀片及阀座密封表面有轻微磨损时，可研磨修复，若密封表面磨损严重且不能修复，需更换阀片或阀座。
3) 检查气阀阀片和升程限制器导轨配合处的磨损情况。
检查阀片与导轨之间的径向间隙，若间隙值不符合标准，应及时更换。
3.3 气阀的组装气阀的组装，要注意以下几点[3]：
1) 各零部件组装前要用清洗剂清洗，并用洁净压缩空气吹干，保证各零部件清洁。
2) 检查阀片与阀座的密封、测量阀片与升程限制器导轨的径向间隙、保证阀片与阀座、阀片与升程限制器的间隙、弹簧的规格等数据符合设计要求。
3) 若阀片或弹簧等易损件中的某一件损坏需要更换，请全部更换。
3.4 气阀的合格检验气阀安装之前必须进行泄漏检验。
3.5 气阀的安装1) 气阀装机前必须清除压缩机气缸和阀窝内的杂物。
2) 更换气阀垫片以保证密封。
3) 不要将进气阀与排气阀混淆。
4) 气阀装机后应至少盘车一周以确保其与运动部件无干涉。
4 结语往复式压缩机结构复杂、易损件多，气阀作为往复压缩机关键部件之一， 产生故障的原因复杂多样， 希望能够通过分析往复式压缩机气阀故障的原因、故障诊断方法、维护保养的重点从而让技术人员更加了解设备的运行状态，提高设备管理水平，使设备能够平稳运行，提高经济效益。
