设备-1-压缩机气阀抗堵塞性能分析与结构改进

压缩机气阀抗堵塞性能分析与结构改进

潘树林1）、孙属恺1）、欧胜芳2）

1、广西大学化学化工学院

2、浙江浙欧气阀制造有限公司

摘 要：对各种常见往复式压缩机气阀的抗堵塞性能进行对比分析，结果表明环状阀较其它结构型式气阀有较好的抗堵塞性能。对传统压缩机环状阀结构及设计进行改进，得到新型往复式压缩机抗堵塞气阀。新气阀得到试用，结果表明气阀的堵塞清洗周期得到大幅度延长，气阀的经济性与可靠性得到较大幅度提升。目前，新气阀已得到推广。

关键词：往复式压缩机；抗堵塞气阀；应用

1 引言

一般情况下，进入压缩机的工作气体较干净，压缩机气阀选型及设计时，不需要考虑气阀的抗堵塞性能。但有时由于环境与工艺等原因，实际进入压缩机的工作气体中含有较多杂质。例如以煤为原料生产合成氨的工艺流程中，虽然原料气进入压缩机前需经过洗气、除尘、脱硫等设备，但在许多煤化工企业，进入压缩机原料气中常含有较多粉尘，同时还含有焦油、硫等杂质，原料气压缩机气阀因此频繁堵塞。气阀堵塞后，造成压缩机的容积流量下降，排气温度上升，能耗增加。气阀频繁堵塞还造成压缩机需要频繁停车以更换清洗气阀，检修工人的劳动强度也因此增大。对工作介质含较多杂质的压缩机，其气阀选型与设计时，必须考虑气阀的抗堵塞性能。

2 常见压缩机气阀抗堵塞性能分析

常见压缩机气阀有环状阀、气垫阀、网状阀、菌状阀及簧片阀等，下面对这些常见结构型式气阀抗堵塞性能进行逐一分析。

环状阀阀片各环独立，互不相连，阀片形状简单，加工制造方便，是我国往复式压缩机最为普遍采用的气阀结构型式。环状阀具有良好的气密性，当某一环流道堵塞时，其余各环仍然能继续工作，环状阀有较好的抗堵塞性能。

气垫阀的结构特点是升程限制器设有气垫腔，气垫腔的存在能降低阀片与阀座及升程限制器的撞击速度，提高阀片寿命。但由于气垫腔壁占据了一定的流道空间，使整个气阀的通流面积变小。此外，当压缩机工作介质含有较多的粉尘及焦油等杂质时，这些杂质进入气垫腔以及气垫腔壁与阀片配合间隙中，使升程变小，阀片易卡死，同时堵塞后的气垫阀升程限制器极难清洗，因此气垫阀的抗堵塞性能很差。

当压缩机工作介质含杂质较少时，网状阀与环状阀相比而言，具有较好的经济性及可靠性，因此网状阀是国际上大、中型往复式压缩机最为普遍采用的气阀结构型式。但网状阀的抗堵塞性能较差，其原因如下：一是网状阀片各环间由筋连成一体，筋的存在阻碍气体流动，工作介质中杂质易附在筋表面；二是网状阀片加工时平面度公差较大，气阀的气密性低于环状阀。网状阀各环连成一整体，当阀片局部被杂质垫住时，整个气阀泄漏严重，压缩机无法正常工作；三是网状阀片形状较环状阀片复杂，阀片工作过程应力复杂，易产生应力集中，为此，绝大多数网状阀有缓冲片，这样一来，工作介质中所含杂质

还容易聚集在阀片与缓冲片之间部位。

菌状阀有良好气密性，也有较好的抗堵塞性能，但菌状阀并不适合用作大型压缩机抗堵塞气阀。对于大型压缩机而言，最容易堵塞的是一级气阀。大型压缩机一级气阀安装直径大，此时如果采用菌状阀，为保证气阀有足够的阀隙通流面积，阀片、弹簧数量大，阀片、弹簧这些易损件过多会导致气阀整体可靠性下降。与此同时，阀片数过多，各阀片运动规律因加工及气流偏吹等原因开启、关闭步调很不一致，这使得气阀内气流紊乱，气阀易于堵塞。此外，工作介质中所含杂质会进入阀片内弹簧孔及阀片与升程限制器配合间隙中，堵塞后菌状阀因此较难清洗。

簧片阀包括条状阀、直流阀、舌簧阀等，一般用于中型、小型及微型高转速压缩机中。簧片阀阀片自身是一弹性体，阀片上一般不压弹簧，气阀气密性及抗堵塞性能较差。

通过上面分析可知，环状阀有较好的抗堵塞性能，易堵塞的大型往复式压缩机低压级气阀最合适采用环状阀。

图1 抗堵塞压缩机气阀升程限制器结构

3 抗堵塞压缩机气阀结构与设计

为提高传统环状阀的抗堵塞性能，气阀设计时，一般采用如下方法：一是气阀流道加宽，但与此同时，流道数要减少。气阀流道包括阀座、升程限制器及阀隙三个部分，阀座及升程限制器流道加宽较为容易，但考虑到升程直接影响阀片与阀座及升程限制器的撞击速度，为保证气阀的可靠性，环状阀升程的提高受到限制；二是阀座密封边两侧均开设倒角，以降低阀片与阀座接触面积，同时倒角还起导流作用，能明显提高气阀流量系数；三是阀座密封边加高。阀座密封边形成的环形凹槽是气阀内杂质易聚集的地方，把此处凹槽加深，扩大空间以容纳较多的杂质。

采用上述方法后，环状阀的抗堵塞性能明显提升，但在实践中，当压缩介质含粉尘、焦油等杂质较

多时，这些杂质易粘附在升程限制器表面。粘附在升程限制器与环状阀片接触环形表面上的杂质会使气阀的升程迅速下降。粘附在升程限制器环与环之间未设导向凸台的连接筋表面的杂质，则会堵住部分阀隙流道。为进一步提高传统环状阀的抗堵塞性能，需要对其做进一步的结构改进。

改进后的新型抗堵塞压缩机气阀采用图1结构升程限制器。与传统压缩机环状阀不同的是，图1升程限制器在与环状阀片接触的环形表面上开有环形凹槽1，在不设导向凸台的连接筋表面开有弧形凹槽2。环形凹槽有足够的空间能容纳进入升程限制器与阀片之间区域的杂质，使气阀的升程不会迅速下降。同时还由于阀片与升程限制器的接触面积大幅减小，当阀片开始关闭时，受到润滑油的粘滞力也大幅下降，有利于气阀及时关闭。弧形凹槽周向贯通各连接筋表面，径向宽度与升程限制器流道宽度一致。弧形凹槽有足够的空间能容纳进入该区间的杂质，不至于堵塞，同时弧形凹槽还可以作为流道，流过连接筋对应部位阀隙的气流先流入弧形凹槽，再进入升程限制器流道。实验表明，弧形凹槽的开设能提高气阀的流量系数与有效通流面积。升程限制器开凹槽特别是在连接筋表面开弧形凹槽后，应力会上升，这需要进行强度分析。但由于低压级压缩机气阀升程限制器所受气体压差很小，通过分析发现，一般开设凹槽后的升程限制器应力仍然较小。

4 抗堵塞压缩机气阀应用

H22Ⅲ-165/320氮氢气压缩机是为单机年产20kt合成氨设计的四列对称平衡型压缩机，是目前国内许多中型合成氨装置中氮氢气压缩机的主要机型之一。H22Ⅲ-165/320氮氢气压缩机生产企业随机配备的气阀是双连阀片环状阀。通过前面分析可知，双连阀片环状阀的抗堵塞性能应介于普通单环阀片环状阀与网状阀之间。H22Ⅲ-165/320氮氢气压缩机一级气阀改造为前面的新型抗堵塞气阀后，在河池化工股份有限公司试验，在进气压力不变的情况下，压缩机一级的出口压力（表压）由原来的0.22MPa提高到0.24MPa，压缩机容积流量提高6%以上，气阀的清洗周期延长3倍以上。目前，通过行业交流与试用，H22Ⅲ-165/320氮氢气压缩机抗堵塞气阀已得到了广泛应用。

6M40-305/314氮氢气压缩机为近年来国产6列6级对称平衡型压缩机，单机合成氨年生产能力约为40kt。6M40-305/314氮氢气压缩机生产企业随机配备的一级气阀是普通单环阀片环状阀。改造为前面的新型抗堵塞气阀后，在湖南天润化工发展股份有限公司试验，在进气压力不变的情况下，压缩机一级的出口压力（表压）平均由0.2285MPa提高到0.2495MPa，一级排气温度却由平均165.84℃下降为154.68℃。压缩机一级气阀的清洗次数由原来一个月平均8次下降到一个月平均1.5次，压缩机一级气阀报废数量由原来一个月平均9.75件下降到一个月平均0.5件。6M40-305/314氮氢气压缩机抗堵塞气阀也得到了推广。

目前，新型抗堵塞压缩机气阀已用于6M25-180/314、6M25-160/314B、6M50-340/314、S6M50-340/314、M-225/314等多种型号氮氢气压缩机一级气阀改造，并已取得良好试验效果，正在推广中。

5 结语

对各种常见压缩机气阀抗堵塞性能的对比分析结果表明，环状阀较其它结构型式气阀有较好的抗堵塞性能，易堵塞的大型往复式压缩机低压级气阀最合适采用环状阀。

对传统压缩机环状阀结构及设计进行改进，得到新型抗堵塞压缩机气阀。新型气阀升程限制器在与环状阀片接触的环形表面上开有环形凹槽，在不设导向凸台的连接筋表面开有弧形凹槽。通过结构分析、试验及应用可以得出，新结构气阀相对传统环状阀，气阀的堵塞清洗周期得到大幅度延长，气阀的经济性与可靠性得到较大幅度提升。压缩机抗堵塞气阀具有良好的应用前景。