韩红亮
陕西延长石油(集团)有限责任公司延安石油化工厂 陕西 延安 727406
在化工装置生产工序中,增压回收作为较为关键的环节,是化工装置连续平稳运行的重要条件。对压缩机进行有效的运维管理,有效减少压缩机发生故障问题,增加压缩设备的运行周期,使其处于安全、高性能、强稳定的工况状态,成为设备管理的侧重方向。在压缩机中功能较为集中的零部件是气阀,同样是故障问题高频出现的零部件,对其进行故障分析与性能维护,具有较高的研究价值。
往复式压缩机气阀最常见的结构为环形阀。在各种气阀中,环形阀具有较大的优点,这是环形阀被广泛使用的主要原因之一。据相关调查能够得知,国内许多化工企业往复式压缩机采用环形阀有两个主要原因。一是环形阀结构比较简单,应用后能够相应的简化后续维护维修工作;二是环形阀稳定性较高,可以较好的满足往复式压缩机运行需求。
往复式压缩机的工作原理是通过改变气缸体积变化来控制阀门。完整的工作周期包括四个基本过程:扩展、接纳、压缩和疏散。
(1)充气时,气缸体积随活塞运动而增大,气缸内压力减小,气缸内外压力差增大。
(2)当缸内外压力差足以克服弹簧强度时,进气阀阀片离开阀座,直至阀片接触升限时,进气阀完全打开,缸开始吸收空气。
(3)活塞接近死点位置时,气流推力降低,进气阀阀阀片从升降限降到阀座。活塞开始向后移动,圆柱体中的压力增大,压缩过程开始。
(4)当排气阀筒与腔压力差超过弹簧强度时,排气阀阀片离开阀座,直至阀片接触升降极限时,阀完全打开,缸开始排出空气。压缩机运行时,气阀板将与气阀座和升降限制器碰撞,高压缸内的阀将被高温气体腐蚀。在阀片长期冲击、气体腐蚀和高温的影响下,气阀容易发生泄漏或疲劳断裂等问题。
长输管线表面含有多种类型的杂质,比如焊渣、颗粒等如图1所示。与此同时,长输管线在长时间运行情况下,由于输气管线产生的腐蚀作用,引起管输介质生成多种类型的杂质。气体在输入气阀时,分离器给出的分离效果不理想,无法有效分割各类杂质。多种类型的杂质输入压缩设备,对气阀阀片形成了冲击作用,引起阀片发生坑蚀现象,甚至发生阀片结构断裂问题,增加了气阀表面的磨损程度,形成气阀质量损坏问题。
图1 管线表面杂质
(1)气阀组装操作时,对螺栓进行拧紧处理,存在力矩不规范问题。如果拧紧力矩较小,将会引发气阀发生泄漏事件。如果拧紧力矩较大,会发生力矩大于螺栓允许应力的情况,造成螺栓发生形变、断裂等问题,降低了气阀的寿命周期。
(2)气阀装设位置不合理。在气阀装设时,保持气压阀罩、气阀两者处于紧密状态。阀盖拧紧后,依据力矩规范进行螺柱与螺母的紧固处理,确保阀盖处于压紧状态。拧紧力不足时,会引起气阀压紧效果不佳,此时气阀会在阀窝空间内发生窜动现象,造成漏气、阀盖紧固性不足等问题,甚至会引起阀盖发生断裂问题。如果拧紧力较大,将会在较大载荷作用下,引起气阀、压圈等零部件发生质量损坏问题。
2.3.1 阀片
阀片故障问题,是在压缩机启动期间,对阀片形成的磨损,同时存在设备自身性能不足因素。如果阀片发生性能损坏时,并未获得有效的更换处理,将会增加阀片腐蚀程度。
2.3.2 弹簧
在设计规划气阀结构时,需要加强弹簧磨损问题考量,选择更具耐磨性的材料,减少磨损问题如图2所示。在实践弹簧使用时,引起弹簧磨损的主要原因有:阀门作用,弹簧材质特点。
图2 气阀弹簧
2.3.3 漏气
漏气问题会形成压缩机运行成本,降低气体输送的有效性。漏气故障的主要成因是:在气阀阀座、压缩设备整体密封效果欠佳的情况下,阀片与弹簧质量受到了损坏,会增加压缩机漏气的发生次数。
(1)对压缩机进行气阀结构设计时,需要合理掌握气阀运行工况特点、周边运行情况、参数校准方式,为后期性能检测给出依据,确保气阀结构设计合理、材质选择正确,有效复核气阀性能,使其符合现场参数要求,针对不合理问题给予有效修正处理,依据新资料给予有效设计。
(2)有效处理介质。介质在输入前期,需要保持介质的高度纯净、较稳定状态,以减少介质带来的性能干扰。比如维持供气压力的平稳性,减少介质波动问题;装设使用具有较强分离性的装置,分离器、过滤器等;阶段周期内依据介质差压情况,进行过滤器滤芯的清洁与更换处理,及时完成污秽排除,减少杂质,提升介质工作性能。
在装配前期合理开展清洁工作,有效清洁阀座、阀盖等位置。在进行配件性能检测时,有效检查阀座密封性,查看阀片、缓冲片等性能情况。如果存在密封性欠佳问题,需要及时进行研磨处理,或者采取零部件更换措施。在更换阀片时,需要对缓冲片与弹簧进行协同更换处理。在装载弹簧、阀片等部件时,需要进行阀片试用,采取若干次按压方式,测定阀片使用的灵活性。在测定使用时,应排查运行卡组与位置偏差问题。在紧固气阀操作中,严格依据扭矩操作规范,加强阀座、阀盖紧固性,减少相对转动问题,合理防控阀片与缓冲片发生位置偏差问题。在组装完成后,开展气密性检测,测定气阀使用性能的达标性。
(1)对气阀开展性能诊断时,主要是应用信号检测设备,测定压缩机的运行情况,判断其运行时形成的阀片冲击作用、漏气等现象,间接推断气阀可能存在的故障问题。
(2)在压缩机结构中加装故障检测设备,比如预警类、警报类等。借助预警装置,结合压缩机实际运行时气阀运转各项参数,比如热力值、气量、压力脉动的浮动情况,测定气阀故障问题。
现阶段国内石化企业在生产环节中使用的压缩机,极易发生阀片性能损坏问题如图3所示,引发气阀故障问题。对于阀片故障问题的预防方法是:阶段性进行阀片位置校核形式,以此回避气阀故障问题。压缩机在生产运行期间,主要是借助弹簧、阀片的实际运动,有效控制气体,阀片性能受损,对于整个压缩机运行的密闭性形成威胁。机械设备的运行时,是依据特定物理客观属性、运动特征等因素进行。
图3 阀片断裂
因此,在预防阀片性能损坏问题,需要在压缩机运行时,动态测定阀片工况,对其工况资料加以有效分析与测评,判断可能存在的故障问题。借助工况分析方式,以此合理减少气阀故障的发生次数,加强控制弹簧产生的前期压缩量。由图3可知,在气阀元件组成中,升级限制器的添加,用于控制阀片升程。弹簧是用于控制气体的关键元件。在阀片性能损坏时,对弹簧作用形成影响。因此,日常运维工作中,需要加强阀片位置核定,合理控制弹簧刚度、阀片升程各项参数。
在设计气阀结构时,旨在全面保障压缩机运行状态的平稳性,确保结构设计合理性,有效防控气阀故障问题。在压缩机启动运作时,阀片、弹簧两个组件,会在运动作用下,形成气体流动效果,转化成冲击力。在压缩机运行时,阀片与弹簧会在气体冲击条件下发生性能损坏,损坏问题发生次数较高。因此,在气阀结构设计时,设计人员对于阀片、弹簧两个组件,需要加强参数与标准设定。一般情况下,气阀结构最优性的设计方法,是回避气阀故障问题的主要路径,能够合理控制阀片运行的高度。高度控制方式,能够减轻气体冲击作用,控制气体对弹簧与阀片的作用强度。
在防控阀片磨损问题时,能够适当增加压缩设备的使用周期。然而,在阀片运行高度控制时,可能会引起气流阻力增加问题,此时压缩机无法有效控制气流阻力。因此,在阀片高度优化控制时,需要增加阀座通道设计,添加缓冲片,以此确保阀片运行能力,减少故障问题发生。
(1)提高设计能力。压缩机阀门的设计要在充分掌握阀门的使用条件、现场条件、参数要求和后续情况的前提下,合理安排阀门的结构和材料,及时纠正不合理的设计,并根据新数据进行重新设计。
(2)优化制造生产工艺,设定规范生产标准,确保压缩机运行性能。以气阀为起点,制定生产规范,使其性能达标。同时还需要加强各类元件原材料选用,减少腐蚀、松动、磨损等质量问题,从根本上防控气阀故障问题。
(3)保持介质进入前的纯度和稳定性,例如保持空气压力和减少波动;添加更好的分离器或过滤器,定期更换或清洁过滤器滤芯,或根据介质的差压负荷及时排放污水,去除液体和固体并发症,提高介质的纯度。
(4)定期预防性维护。设备在使用过程中必须严格按照维护规程进行维护。日常操作中,应仔细检查并详细记录压缩机参数。如果发现异常,则应及时报告和解决。
3.7.1 故障现象
某单位机组高频数发生不少于30次排气温度骤然升高的故障问题。以单次故障资料为例:控制单元排气位置的初始温度为100℃,在15min内骤然升高15℃,其余位置温度并无明显变化。设备运维人员在现场进行故障排查,经测定发现:有2组排气阀外观结构温度达到125℃,其余气阀温度无异常表现,并无活塞、运行部件损坏情况。
3.7.2 故障成因
此组故障气阀安装于2017年,安装后处于满负荷运行状态,排气故障发生次数较高。同时,在运行30天时发生活塞严重磨损问题。
(1)排气阀性能不足分析。在高温高压工况下,气流运输通道中发生结焦问题,结焦引起阀片启停操作受阻,加之边沿区存在严重撞击问题,形成气阀性能受阻,引起气温骤然升高的现象。
(2)工艺分析。氢气含量占比达到93%,在装置功能扩充后,油气分离效果欠佳,引起氢气混入压缩机内部,提升气阀排出位置的温度。
3.7.3 处理方法
(1)对压缩机入口位置进行性能修复处理,使其温度维持在30℃左右,减少输气管路发生凝液问题。此种处理方法,故障消除效果不理想。
(2)对机组缸头、缸座等位置进行结构优化,调整气缸间隙,合理控制机组运行时形成活塞压力的最大值,同时进行油路与管线设计,减少油路与氢气相混问题。此种处理方法,能够有效应对温度骤然升高故障问题。经实践发现:机组持续运行2个月,各项参数无异常表现,故障问题获得有效解决。
综上所述,往复式压缩机气阀出现故障时,对于压缩机整体运行形成了较大威胁。因此,在设备管理的日常工作中,工作人员需要从巡检、操作、运维、故障检测、故障消除等各环节中,加强工作部署与执行,确保压缩机处于平稳的运行工况,顺应安全生产需求,减少故障问题发生。经实践发现:规范性检修流程、标准的操作管理、阶段性的运维养护,能够有效延长气阀运行周期。