气阀对往复式压缩机的能耗影响与解决措施

郝虹晶 刘大功

摘 要：往复式压缩机是一种容积型压缩机，具有热效率高、能耗低、造价低廉、系统构成简单等特点，被广泛应用于工业生产中。气阀属于这一机器设备的重要部件，与往复式压缩机运行平稳性与经济性密切相关。在跟踪调查了往复式压缩机的运行、保养、维修情况后，发现气阀是机组中最容易损坏的部件之一，而且机组在气阀损坏期间能耗会显著升高，故而，应重点加强对于气阀的保养、维修，降低其损坏几率。

关键词：气阀；往复式压缩机；能耗影响；解决措施

往复式压缩机是一种通过气缸内活塞或隔膜的往复运动，使得缸体容积周期性变化从而实现气体增压及输送的机器设备。作为一种在工业生产中较为常见的机器设备，往复式压缩机的正常运行，与各部件能否协调配合有着紧密的联系，而在所有的构件中，气阀由于工作环境较为恶劣，而且工作量比较大，故障几率较高，因此，往复式压缩机能否正常运行，或者运行经济性如何，与气阀有着很大的关联[1]。往复式压缩机的运行稳定性和经济性，会直接受到气阀设计合理性、使用操作恰当性及使用年限的影响，为了提升往复式压缩机的运行效益，应该加强对于气阀的管理，分析该构件对于往复式压缩机能耗的影响，并提出合理的解决措施，优化往复式压缩机气阀保养及维修策略。

1.复式压缩机气阀概述

作为影响往复式压缩机运行平稳性与经济性的重要部件，整机质保20年，连续运转3年无大修，气阀保证连续运转8000小时。一个质量上乘的气阀，能够使用超过8000h，而且节能高效、噪音小、升温慢，甚至可以进行二次翻新利用，就其生命周期而言，经济适用性好[2]。当然，也有一些气阀，质量较低，导致无法达到规定的连续运转时间，而且，有调查显示，超过50%的往复式压缩机停止运转都是因为气阀的损坏。因此，加强气阀质量的把控，优化气阀构件选材与设计，对于减少往复式压缩机停机次数，优化生产效益有着积极意义。

2.气阀对往复式压缩机的能耗影响分析

为了分析气阀对往复式压缩机能耗的影响，跟踪记录了2015年至2017年某厂4台JGD/4-3型压缩机组的运行情况，每台往复式压缩机共用45个气阀，共有气阀180个。在这三年内，作业人员严格按照《JGD/4-3 型往复式压缩机操作手册》及《多级组维修保养制度》 要求，按照“养修并重，预防为主”的原则，根据压缩机级别对其进行定期维修保养，经过对比分析后，发现机组中最容易损坏的部件，就是气阀，在2015年至2017年，气阀更换数量逐步上升，从最初的24件，上升到30件，再上升到46件。

根据往复式压缩机运行跟踪记录，可得到以下结论：①随着设备运转时间的延长，气阀损坏、更换数量呈逐年递增趋势；②根据气阀损坏结果来看，同级排气阀在更换数量上，明显大于进气阀，不过大部分进气阀并不是因为损坏，而是因为使用年限或保修期限已至，所以需要更换；③根据 《多级组维修保养制度》 、《气阀维修更换统计表》的统计分析结果，往复式压缩机中气阀损坏、更换数量最多的，是机组一、二、三级气缸正下方的两组排气阀；④在夏季，气阀损坏更换数量较多，明显多于冬季；⑤维修人员将损坏的气阀拆解后，发现在造成气阀损坏的主要原因，是柱弹簧及阀片出现问题，无法正常作用。进行整体分析后发现，当气阀损坏时，往复式压缩机的电量值明显高于正常机组，气阀损坏期间整体能耗显著上升[3]。

在通过长期的跟踪记录，分析JGD/4-3 型往复式压缩机气阀的维修、保养记录后，对上述结论进行了解读，具体结果如下：①在一个保修周期内，气阀的运行时间会随着整体机组运转时间的持续而延长，因此受到机械磨损、气流脉动的影响也就越大，寿命会因此逐渐降低，而且，其损坏几率还会受到温度、压力等作业因素的影响，比如说同级进气温度、压力均低于排气，作业在相同工况下，同一气缸内的排气阀受损程度更高，寿命明显短于进气阀，因此损坏更换数量同期内更大；②在各级气缸中，气缸内的杂质 （积碳、破损阀片等）受到重力沉降作用在中间下方掉落几率最大，故而多从正下方排气阀排出，所以这些气阀的受损程度也相对较高，损坏几率大，再加上杂质的影响，正下方气阀温度比其它排气阀普遍会高上3～5 ℃，进一步增加损坏风险；③气温的高低会影响气阀来气量，在往复式压缩机中，夏季气阀来气量为28000至30000m3/h，冬季气阀来气量则为24000至26000 0m3/h，这种差异导致了出口压力差异，在夏季，每台压缩机的出口压力为3.3至3.5 MPa，冬天则相对更低，为2.8至3.2 MPa，损坏几率降低；④在往复压缩机的气阀中，只有柱弹簧和阀片是活动部件，会在活塞作用下通过气体压力不断重复伸缩及开关动作，大量运动使得其寿命缩短；⑤气阀属于单流阀，一旦内部构造损坏，气阀开度出现异常，开关不到位，就会引起气阀窜气、憋气，表现为出口压力升高，影响到往复式压缩机机组的整体耗能，使得其电量值升高。

3.复式压缩机气阀的保养及维修策略

针对气阀对于往复式压缩机能耗的影响，以及机组中气阀运行特点及损坏特征，针对JGD/4-3 型往复式压缩机气阀，可采取以下保养及维修策略：①在日常巡回检查中，合理应用气阀测温法、测振法，对比不同机组同一位置气阀在温度、振动上的差异，对比同一机组不同位置气阀在温度、振动上的差异，若发现参数异常情况，应该及时查找原因，更换构件，以免气阀故障引起停机；②在压缩机的各级修保中，以排气阀为重点检查对象，尤其是机组一、二、三级气缸正下方的两组排气阀，如果这些排气阀在一个保修期内未更换，到期限后应及时更换。更换下来的气阀，若经检查还存在未损坏的零件，可拆解下来再次利用，只将其中的易损件、疲劳件比如说柱弹簧、阀片等更换下来；③阀片在长期运转情况下，由于震动作用，容易破损，我们可以用耐高温、耐震的聚醚醚酮材质阀片，替换原耐高温材质阀片[4]。

4.结语

往复式压缩机是一种容积型压缩机，主要分为活塞式压缩机和隔膜式压缩机两种类型，具有热效率高、能耗低、造价低廉、系统构成简单等特点，被广泛应用于工业生产中，但同时，这一设备也并存着检修工作量大、维修费用高的特点，且其中主要构件气阀发生故障的几率尤其高[5]。气阀是一种自动阀是往复式压缩机的心脏，其结构和性能将直接决定往复式压缩机运行的平稳性和经济性。在每一台往复式压缩机上，都有着大量的气阀，为了便于气阀的管理，最好能够进行阀位编号，并且用字母A、B分别代表出气阀和排气阀，便于进行测温、测振及更换记录管理，降低气阀损坏几率，避免因为气阀故障造成的停机，从而降低往复式压缩机机组能耗，实现运行效益优化。

参考文献：

[1]宫俭纯，高帅，于祥春，赵海兰，曲晓梅.海洋石油平台电驱往复式天然气压缩机橇内控制系统[J].化工自动化及仪表，2018，45（10）：757-761.

[2]梁威，王振民，汪峰，谢辉，郭立刚.焦炉尾气制LNG装置原料气压缩机的经济性选型探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（18）：122-124.

[3]金华强，顾江萍，黄跃进，孙哲，沈希.排气压力脉动的全封闭往复式压缩机转速测量方法[J].中国机械工程，2018，29（17）：2060-2068.

[4]高德占.大型往復式压缩机状态监测与故障诊断技术在沁水煤层气田的应用[J].中国煤层气，2018，15（04）：26-29.

[5]温立宪，蒋海涛，吕海霞，李增增，刘佳，王浩，郝丽，杨琴.往复式压缩机出口天然气温度控制措施研究[J].石油化工应用，2018，37（06）：84-88.