压缩机（气举）止回阀的改进.docx

压缩机（气举）止回阀的改进压缩机（气举）止回阀的改进分析现用摆臂式止回阀在多年的使用中暴露出的关闭不严、阀板脱落、密封损坏等问题，针对气举压缩机气流脉动的特点，应用压缩机气阀原理，对气举压缩机使用的摆臂式止回阀进行了改进，大大提高了设备运行的安全性。止回阀是一种安装于管路系统中的在突发性回流发生时能够自动关闭的阀。气举压缩机按压力等级的不同分为中压、高、超高压等，排出压力 1052MPa，主要用于石油、石化行业的气举采油、高压注气等工程。由于气举压缩机压缩介质是天然气，并且气体被压缩做功会产生高温，高温高压下天然气易燃易爆的倾向更加明显。压缩机止回阀一旦出现问题，造成系统气体回流，不但严重损坏气阀及密封元件，还会造成压缩机超压，发生爆炸等事故，后果不堪设想。由此可见，止回阀在气举压缩机中是关键装置，是重要的安全保障设施。我们使用的气举压缩机是对称平衡型往复式压缩机，有 SW64，RDSA，HOS，VIP 等几种型号，四级压缩，压缩介质是石油伴 生气，设计一级进气压力 0.22MPa，四级排气压力 12MPa，单台机组排气量2010430104Nm3。压缩机组原设计的止回阀是摆臂式结构。摆臂式止回阀的工作原理是：在气流产生的压差力大于密封元件的重量时打开，在力小于密封元件的重量时关闭。从图 1 可以看出，该型止回阀是用一个大阀板作为密封元件，阀板的一端由铰链固定，另一端自由运动。阀板以铰链为中心上下摆动来完成止回阀的开和关。摆臂式止回阀在压缩机现场多年的使用中暴露了不少问题，描述如下：使用一定时期后，普遍存在因密封不严导致天然气泄漏的情况；因铰链销无法润滑，磨损严重，有断裂倾向；密封容易损坏，造成顶盖泄漏；2002 年 2 只止回阀的阀板固定螺母松脱，出现阀板脱落事故，由于处理及时，未造成大的安全事故，但摆臂打坏了阀座，造成止回阀损坏，还冲击损坏了压缩机三、四级气阀。图 1 摆臂式止回阀针对摆臂式止回阀在现场使用中出现的问题，我们经过深入分析认为，从关闭位置到开启位置，止回阀阀板必须以管路的名义直径为半径旋转 90 度角。阀板的自由端速度可达几十米每秒，这样就可能导致阀座与阀板之间严重的冲击而发生失效。并且阀板从一开启位置回落到关闭位置这段时间内，回流现象较易发生。在脉动气流的作用下，止回阀将会较高频率地开闭，一段周期后，将使铰链销加速磨损以致断裂，一旦断裂就会对管线、设备造成很大的破坏，严重时还会出现安全事故。止回阀较高频率的开闭还造成阀板固定螺母松动，导致阀板脱落。另外，由于内部无润滑条件，使用中铰链的销和孔之间的间隙容易生锈被卡住，导致阀板移动不灵活而失效，必须对其进行经常性地维护，而这种维护又会造成密封件的损坏。由上以分析可知，摆臂式止回阀存在一些结构上的缺点：密封装置比较重且大；阀的关闭靠密封装置的重力和气体回流，冲击强烈；密封元件由铰链、导槽或其它可移动的连接方式导向，其连接处易生锈被卡住；铰链销由于无润滑作用，容易磨损而失效。为了解决止回阀存在问题，我们与 Hoerbiger 公司技术合作，针对气举压缩机气流脉动的特点，应用压缩机气阀原理，对气举压缩机使用的摆臂式止回阀进行了改进。新阀由两部分组成：阀芯与壳林。阀芯与压缩机气阀结构类似，它置于两半壳体之间，外圈法兰由 16 条螺栓联接，如图 2 所示。具有结构紧凑、针对脉动气流工作的特点。图 2 改进后的止回阀1 降低了密封元件的升程止回阀的升程由放置于阀片和缓冲片之间、上面或下面位置的升程垫片的厚度决定，总的升程一般不超过 10mm。由于脉动气流需要止回阀有较高的开与关频率，所以，如此小的升程更适合脉动气流工况下工作，并且小的升程还可以降低阀片与阀座间的冲击速度，延长阀的使用寿命。2 减小了运动部件的质量新阀选择了 2mm 厚的钢阀片作为密封元件，其重量是摆臂式止回阀阀板重量的 1/100。轻的运动部件和较小的冲击速度使阀产生的噪音非常低，维护工作量也很小。3 安装方式灵活由于新阀的阀芯是压缩机气阀类型，不是传统意义上的阀板结构，止回阀的开启和关闭不是由运动部件的重量决定，而且其运动片是无摩擦导向的，故其可以安装于水平、垂直、倾斜等任意位置。4 双缓冲原理的应用延长了阀组件的使用寿命4.1 公式 1：F/m(加速度外力/质量)，图 3 显示了公式 1 的缓冲原理，即改变作用在运动部件上的弹簧力。在阀片刚开启时，仅仅由关闭弹簧提供弹簧力，弹簧力的增加是线性的。如果利用缓冲弹簧直接作用在缓冲片上，将作用在缓冲片上的弹簧力传递给阀片，就能增加作用在阀片和缓冲片上的弹簧力，这样也必将相应降低阀片的加速度。4.2 由公式 2：m11m12+m21 可知，一质量为 m1 的物体以1的速度撞击质量为 m2 的静止物体，撞击结果是两物体以相同速度2运动（假设 m1 和 m2 在同