BOG 压缩机气阀故障分析

陈 猛

（中石油江苏液化天然气有限公司，江苏南通 226000）

0 引言

中石油江苏液化天然气有限公司采用3 台立式BOG 压缩机（瑞士布克哈德生产）作为BOG 回收的关键机组。工作介质为甲烷，吸入压力0.119 MPa，排气压力0.801 MPa。在长期运行中发现造成压缩机温度、压力、振动变化的主要原因是压缩机气阀出现问题。因此气阀维护工作显得尤为重要。

1 气阀

压缩机气阀主要有吸气阀、排气阀和余隙控制阀，其中吸气阀有普通吸气阀和可控吸气阀。排气阀和吸气阀负责活塞运动过程气体的排出和吸入，余隙控制阀通过降低或增加压缩机排量来保持压缩机进口的吸入压力恒定。可控吸入阀是压缩机在50%和100%的负载下工作，控制入口进气量。中石油江苏液化天然气有限公司压缩机的气阀形式为网状阀。

压缩机气阀基本结构有阀座、弹簧、阀片、缓冲片、间隔盘、中心螺栓等，图1 是布克哈德平板阀。可控气阀在气阀的基本结构上安装了指式卸荷器和执行机构。

图1 布克哈德平板阀

2 故障信号及诊断

2.1 温度信号

压缩机有多种温度信号，缸体、吸气腔和排气腔等引发的信号都属于温度信号。外界环境以及运行时间对压缩机阀体和缸体都有一定影响，而且阀体和缸体温度变化相对比较缓慢，因此不适合作为温度诊断信号。压缩机吸入腔和排气腔的温度在压缩机稳定运行情况下相对波动量小，对故障反应较为敏感而且容易安装温度监测设备。吸气侧温度升高可以判断吸气阀故障。排气侧温度升高的故障原因很多，有相应级的吸气阀、排气阀故障或下一级的吸气阀、排气阀故障。

2.2 压力信号

压缩机压力信号有吸气压力、排气压力、级间压力等，吸气压力、排气压力和级间压力等3 种压力信号也是诊断气阀故障的主要因素。排气压力升高可以判断下一级的吸气阀或排气阀故障；排气压力下降可以判断相应级的吸气阀或排气阀故障；级间压力出现明显波动，表明气阀阀盘损坏或堵塞。

2.3 振动和声音信号

通过振动和声音信号来判断压缩机气阀是否故障是最简单方便的方法。但是由于压缩机振动信号成分较为复杂，干扰因素较多，对此信号的监测要综合考虑。通过分析噪声信号可以检测压缩机气阀的运行状态及诊断气阀故障。

3 气阀故障现象及原因

压缩机运行过程中，级间压力出现明显波动，表明气阀出现故障。气阀常见故障有阀片断裂磨损、气阀弹簧断裂磨损、气阀密封性差等。造成这些故障的原因有工艺气体中含有杂质、气体脉动、阀门组装不正确、易损件本身材料问题。

3.1 阀片断裂磨损

（1）疲劳弯曲断裂。压缩机气阀阀片在工作过程中承受由气体压力引起的静载荷。在静载荷作用下，阀片会产生弯曲变形，由于气体在气缸中有序吸入与排出，造成气体本身脉动变化，在脉动循环静载荷的作用下，阀片易出现疲劳弯曲损坏。在压缩机正常运行下，阀片在动作过程中会产生撞击载荷，在高频次撞击载荷作用下，阀片很容易断裂破坏。

（2）阀片磨损。阀片在工作过程中，阀片和缓冲片都会和弹簧发生接触，造成阀片磨损（图2）。阀片与弹簧接触面会出现磨损痕迹，如果缓冲阀片安装位置发生偏移，也会和弹簧发生摩擦。气阀阀座上的圆柱销用于固定缓冲片，同时起到导向作用。缓冲片与圆柱销配合不好，也会造成缓冲片磨损。如果两者配合间隙变大，缓冲片轴向发生偏移就会导致弹簧与缓冲片之间摩擦。上述情况都会降低阀片强度，缩短使用寿命。

图2 磨损阀片

（3）阀片材料缺陷。在阀片生产过程中，阀片材料本身存在裂纹、应力集中等缺陷。在循环载荷作用下，阀片的疲劳极限就会下降，引起阀片断裂，降低阀片使用寿命。

3.2 弹簧断裂磨损

（1）疲劳断裂。在气阀进气与排气过程中，气阀弹簧一直在伸缩动作。在脉动循环载荷作用下，弹簧达到疲劳极限，造成气阀断裂。

（2）摩擦断裂。气阀在工作过程中，在气体脉动作用下，弹簧有规律伸缩，这样弹簧与弹簧座之间就会发生摩擦。气阀的开启关闭会带动缓冲片，当弹簧与缓冲片有接触时，两者就会产生运动摩擦。这两种情况都会造成弹簧钢丝直径受损（图3），使其本身强度下降，使用寿命降低。

（3）弹簧材料缺陷。由于气阀工作环境不同，对其材料有一定要求，如果弹簧材料使用不正确，就会加快弹簧断裂。同时弹簧在加工、热处理过程也存在缺陷，在气阀工作过程中，也很容易造成弹簧断裂。天然气主要成分是甲烷，不会对弹簧造成腐蚀，因此弹簧腐蚀断裂的可能性较小。

3.3 气阀漏气

图3 磨损断裂弹簧

图4 受损密封面

压缩机排气压力降低或吸气压力升高都有可能是压缩机气阀密封性差漏气所致。造成气阀漏气原因有很多，如阀座平面度及表面粗糙度达不到要求；阀座密封面被碰伤（图4）；气阀的密封阀片断裂或出现形变；密封面处出现异物；弹簧断裂或因弹簧高度不一致，导致弹簧弹力不够；可控气阀的控制气源压力低于设计值等。气阀的密封性关系到压缩机能否正常运行，一旦发现问题应及时修复。

3.4 可控吸气阀与余隙控制阀

可控吸气阀与余隙控制阀除了阀片、弹簧、阀座等常见故障外，还有其他原因造成可控气阀的失控。执行器供应源的压力太低；阀的指式卸荷器端部和阀盘之间间隙太大，或者压力销和压力套之间间隙太大；压力销不能自如活动。

4 结语

气阀既是压缩机的重要部件，也是易损件，只有加强对气阀监测和日常精心维护，才能保证气阀正常运行，延长使用寿命。