分析現(xiàn)用擺臂式止回閥在多年的使用中暴露出的關(guān)閉不嚴(yán)、閥板脫落、密封損壞等問題，針對氣舉壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)的特點(diǎn)，應(yīng)用壓縮機(jī)氣閥原理，對氣舉壓縮機(jī)使用的擺臂式止回閥進(jìn)行了改進(jìn)，大大提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性。
止回閥是一種安裝于管路系統(tǒng)中的在突發(fā)性回流發(fā)生時(shí)能夠自動(dòng)關(guān)閉的閥。氣舉壓縮機(jī)按壓力等級的不同分為中壓、高、超高壓等，排出壓力10～52MPa，主要用于石油、石化行業(yè)的氣舉采油、高壓注氣等工程。由于氣舉壓縮機(jī)壓縮介質(zhì)是天然氣，并且氣體被壓縮做功會(huì)產(chǎn)生高溫，高溫高壓下天然氣易燃易爆的傾向更加明顯。壓縮機(jī)止回閥一旦出現(xiàn)問題，造成系統(tǒng)氣體回流，不但嚴(yán)重?fù)p壞氣閥及密封元件，還會(huì)造成壓縮機(jī)超壓，發(fā)生爆炸等事故，后果不堪設(shè)想。由此可見，止回閥在氣舉壓縮機(jī)中是關(guān)鍵裝置，是重要的安全保障設(shè)施。
我們使用的氣舉壓縮機(jī)是對稱平衡型往復(fù)式壓縮機(jī)，有SW64，RDSA，HOS，VIP等幾種型號，四級壓縮，壓縮介質(zhì)是石油伴 生氣，設(shè)計(jì)一級進(jìn)氣壓力0.22MPa，四級排氣壓力12MPa，單臺(tái)機(jī)組排氣量20×104~30×104Nm3。
壓縮機(jī)組原設(shè)計(jì)的止回閥是擺臂式結(jié)構(gòu)。擺臂式止回閥的工作原理是：在氣流產(chǎn)生的壓差力大于密封元件的重量時(shí)打開，在力小于密封元件的重量時(shí)關(guān)閉。從圖1可以看出，該型止回閥是用一個(gè)大閥板作為密封元件，閥板的一端由鉸鏈固定，另一端自由運(yùn)動(dòng)。閥板以鉸鏈為中心上下擺動(dòng)來完成止回閥的開和關(guān)。
擺臂式止回閥在壓縮機(jī)現(xiàn)場多年的使用中暴露了不少問題，描述如下：使用一定時(shí)期后，普遍存在因密封不嚴(yán)導(dǎo)致天然氣泄漏的情況；因鉸鏈銷無法潤滑，磨損嚴(yán)重，有斷裂傾向；密封容易損壞，造成頂蓋泄漏；2002年2只止回閥的閥板固定螺母松脫，出現(xiàn)閥板脫落事故，由于處理及時(shí)，未造成大的安全事故，但擺臂打壞了閥座，造成止回閥損壞，還沖擊損壞了壓縮機(jī)三、四級氣閥。
圖1 擺臂式止回閥
針對擺臂式止回閥在現(xiàn)場使用中出現(xiàn)的問題，我們經(jīng)過深入分析認(rèn)為，從關(guān)閉位置到開啟位置，止回閥閥板必須以管路的名義直徑為半徑旋轉(zhuǎn)90度角。閥板的自由端速度可達(dá)幾十米每秒，這樣就可能導(dǎo)致閥座與閥板之間嚴(yán)重的沖擊而發(fā)生失效。并且閥板從一開啟位置回落到關(guān)閉位置這段時(shí)間內(nèi)，回流現(xiàn)象較易發(fā)生。在脈動(dòng)氣流的作用下，止回閥將會(huì)較高頻率地開閉，一段周期后，將使鉸鏈銷加速磨損以致斷裂，一旦斷裂就會(huì)對管線、設(shè)備造成很大的破壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)安全事故。止回閥較高頻率的開閉還造成閥板固定螺母松動(dòng)，導(dǎo)致閥板脫落。另外，由于內(nèi)部無潤滑條件，使用中鉸鏈的銷和孔之間的間隙容易生銹被卡住，導(dǎo)致閥板移動(dòng)不靈活而失效，必須對其進(jìn)行經(jīng)常性地維護(hù)，而這種維護(hù)又會(huì)造成密封件的損壞。
由上以分析可知，擺臂式止回閥存在一些結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)：密封裝置比較重且大；閥的關(guān)閉靠密封裝置的重力和氣體回流，沖擊強(qiáng)烈；密封元件由鉸鏈、導(dǎo)槽或其它可移動(dòng)的連接方式導(dǎo)向，其連接處易生銹被卡住；鉸鏈銷由于無潤滑作用，容易磨損而失效。
為了解決止回閥存在問題，我們與Hoerbiger公司技術(shù)合作，針對氣舉壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)的特點(diǎn)，應(yīng)用壓縮機(jī)氣閥原理，對氣舉壓縮機(jī)使用的擺臂式止回閥進(jìn)行了改進(jìn)。新閥由兩部分組成：閥芯與殼林。閥芯與壓縮機(jī)氣閥結(jié)構(gòu)類似，它置于兩半殼體之間，外圈法蘭由16條螺栓聯(lián)接，如圖2所示。具有結(jié)構(gòu)緊湊、針對脈動(dòng)氣流工作的特點(diǎn)。
圖2 改進(jìn)后的止回閥
1 降低了密封元件的升程
止回閥的升程由放置于閥片和緩沖片之間、上面或下面位置的升程墊片的厚度決定，總的升程一般不超過10mm。由于脈動(dòng)氣流需要止回閥有較高的開與關(guān)頻率，所以，如此小的升程更適合脈動(dòng)氣流工況下工作，并且小的升程還可以降低閥片與閥座間的沖擊速度，延長閥的使用壽命。
2 減小了運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量
新閥選擇了2mm厚的鋼閥片作為密封元件，其重量是擺臂式止回閥閥板重量的1/100。輕的運(yùn)動(dòng)部件和較小的沖擊速度使閥產(chǎn)生的噪音非常低，維護(hù)工作量也很小。
3 安裝方式靈活
由于新閥的閥芯是壓縮機(jī)氣閥類型，不是傳統(tǒng)意義上的閥板結(jié)構(gòu)，止回閥的開啟和關(guān)閉不是由運(yùn)動(dòng)部件的重量決定，而且其運(yùn)動(dòng)片是無摩擦導(dǎo)向的，故其可以安裝于水平、垂直、傾斜等任意位置。
4 雙緩沖原理的應(yīng)用延長了閥組件的使用壽命
4.1公式1：α＝F/m(加速度＝外力/質(zhì)量)，圖3顯示了公式1的緩沖原理，即改變作用在運(yùn)動(dòng)部件上的彈簧力。在閥片剛開啟時(shí)，僅僅由關(guān)閉彈簧提供彈簧力，彈簧力的增加是線性的。如果利用緩沖彈簧直接作用在緩沖片上，將作用在緩沖片上的彈簧力傳遞給閥片，就能增加作用在閥片和緩沖片上的彈簧力，這樣也必將相應(yīng)降低閥片的加速度。
4.2由公式2：m1υ1＝m1υ2+m2υ1可知，一質(zhì)量為m1的物體以υ1的速度撞擊質(zhì)量為m2的靜止物體，撞擊結(jié)果是兩物體以相同速度υ2運(yùn)動(dòng)（假設(shè)m1和m2在同一數(shù)量級），則υ2<υ1，即運(yùn)動(dòng)速度被降低了。如圖4所示。
圖3 彈簧工作示意圖
圖4 閥片工作示意圖
1 使用要求
止回閥安裝前要把管線內(nèi)的壓力放空，吹掃干凈，管線內(nèi)不能存有較大的顆粒雜質(zhì)或液滴。
2 檢查和清洗
根據(jù)使用工況的不同，應(yīng)按要求的時(shí)間間隔進(jìn)行拆洗。潔凈的工藝氣：每隔8000到24000小時(shí)一次；有一定雜質(zhì)的工藝氣：每隔6000到12000小時(shí)一次；有較多雜質(zhì)的工藝氣：每隔1000到2000小時(shí)一次。
3 閥的維護(hù)
止回閥的易損件——閥片和彈簧應(yīng)定期更換，閥座也要定期修整。潔凈的工藝氣：每隔16000到24000小時(shí)一次；有一定雜質(zhì)的工藝氣：每隔6000到12000小時(shí)一次；有較多雜質(zhì)的工藝氣；每隔2000小時(shí)一次。
通過對氣舉壓縮機(jī)止回閥的改進(jìn)，解決了原來擺臂式止回閥存在的關(guān)閉不嚴(yán)、閥板脫落、密封損壞等問題。新閥的設(shè)計(jì)理念先進(jìn)、技術(shù)含量高、使用壽命長，應(yīng)用于現(xiàn)場后，大大提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性，減少了事故維護(hù)費(fèi)用。 （王明禮 周和平 周漢林 趙 軍）
