| 某炼油厂新氢压缩机执行机构成功改造
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核心提示：某炼油厂加氢裂化装置有四台新氢压缩机，原压缩机的卸荷执行机构为柱塞式反作用的卸荷执行机构,用户在使用过程中发现，压缩机负荷工作时，进气阀卸荷处经常出现泄漏，三级尤其严重，经常导致压缩机的气量不足，影响了用户的正常生产。为此,特委托HOERBIGER为其三级进气卸荷执行机构的改造。经过改造，这几台压缩机的泄漏问题得到解决，压缩机正常运行。
关 键 字：氢压缩机 执行机构 改造
一、概述
这四台新氢压缩机原装气阀为蘑菇头式的菌状阀，卸荷执行机构为柱塞式。这四台机三级压缩，一级、二级卸荷执行机构是安装在进气腔盲阀（进气腔中不装进气阀,仅为卸荷用）中，三级卸荷执行机构是安装在三级进气阀上，三级进气阀中间留有柱塞孔（如图一所示）。
原压缩机的卸荷执行机构的工作方式为反作用,即仪表风通气时,压缩机负荷运行;仪表风停气时,卸荷柱塞在弹簧力的作用下脱离进气阀，压缩机处于卸荷状态。
二、压缩机参数及使用情况
根据用户的反映，这几台机的气阀使用问题不是太大，主要是压缩机的气量比新装机时有明显降低，且排温升高，用户怀疑是伺服气缸的柱塞与气阀（或盲阀）的柱塞孔处有泄漏。
三、改造分析
原压缩机气量不足，主要是由于气缸中气体通过伺服气缸的柱塞密封面处产生泄漏,气缸中的压缩气体回流到进气腔中而导致的。产生泄漏的原因，与原柱塞式卸荷结构有关系。从图二可能看出，当装有柱塞式伺服气缸的压缩机负荷运行时，伺服气缸的柱塞在仪表风的作用下，顶在进气阀卸荷孔中的，依靠柱塞底端与水平成45 度的斜面紧贴在气阀中间卸荷孔上的斜面形成密封，从而阻止气缸中气体回流来保证压缩机负荷运行。由于密封面为面密封，当气阀中心孔的斜密封面圆度不能保证，或者安装过程中，柱塞与气阀的同轴度没有保证等原因时，很容易造成气体泄漏。且H2是一种分子量很低的介质，极易泄漏，在高压的情况下更加严重。
为了避免这种卸荷方式引起的泄漏，我们改造时改用了叉脚式卸荷形式。
叉脚式卸荷方式工作原理与原柱塞式卸荷稍有不同；当压缩机需要卸荷时，原柱塞通过外力（来自执行机构）脱离气阀的柱塞孔，使气缸中的回流气体通过气阀中间的柱塞孔回到进气腔中不参加压缩，从而达到卸荷的目的。而叉脚式卸荷，则也是通过外力（来自执行机构）来压下卸荷叉，使叉脚将进气阀的阀片顶开密封面，从而使气缸中气体通过进气阀的槽道回到进气腔中不参加压缩。
叉脚式卸荷方式与原柱塞式卸荷相比有以下优点：
1.压缩机负荷时，原卸荷方式需要柱塞始终顶在气阀（或盲阀）中间柱塞孔上；而叉脚式卸荷方式下，叉脚远离阀片，从而减少了一道泄漏途径。
2. 原柱塞式卸荷配套的进气阀中间需要留有柱塞孔，当压缩机负荷工作时，中间孔密封面以下的容积自然增加了压缩机的余隙容积，从而使用压缩机的吸气效率降低，减小了压缩机的排气量。而与叉脚式卸荷方式配套的进气阀为正常形式气阀（中间无孔），故气阀余隙容积相对原带中间孔的气阀要小，因而能提高压缩机的排气量。
3.由于气阀外径尺寸相同，原带中间孔柱塞阀实际流通面积在相同升程下比不带中间孔的要小很多，这样势必增大了阀损，增加了压缩机的功耗。因此，采用不带中间孔的气阀会增加气阀的流通面积，减小功耗，从而也能提高气阀的使用寿命。
故改用叉脚式卸荷方式，除了要改卸荷叉外，还要对气阀及原卸荷执行机构（俗称伺服气缸）、压阀盖进行改造。
对于氢气压缩机的气阀的改造，本人曾在06年《压缩机通讯》中撰文描述过改造注意事项，不多赘述。这里主要介绍一下如何选用合适的卸荷执行机构。
首先，改造前要清楚压缩机原卸荷机构的作用方式，是正作用还反作用？所谓正作用是指，当仪表风进气时，压缩机是处于卸荷工作状态；反之，就称为反作用。分析这几台压缩机执行机构的工作方式，可能看出，当仪表风进气时，仪表风压力将柱塞顶在进气阀中间孔上，压缩机负荷工作状态，故为反作用方式。
其次，选定了反作用方式执行机构后，就要选定何种规格的执行机构才能满足卸荷要求。HOERBIGER有多种规格的执行机构或供选择，由于采用膜片来代替传统形式的活塞，所以也常称膜式气缸。按膜头直径，及作用形式、顶杆密封形式的不同分为如下多种型式。
MZ70.MZ100：是贺尔碧格老式膜式气缸产品代码，膜头直径分别为70mm和100mm。
其中，带有F***字样的为反作用式，后缀带有-B的为采用波纹管式密封的，可确保安全性及低污染；后缀带有-E的为经济型式的。
考虑介质为氢气，较危险，应选用最为安全的FYMZ-B型或FYMZ型，这两种型式的膜式气缸配有保护气接口及漏气回收接口，能有效防止气体的泄漏。
至于选择膜头直径，则需要结合气缸内压力，卸荷器的最小卸荷力，以及现场仪表风的压力才能确定。具体步骤如下：
I.计算出卸荷器所需的最小卸荷力Fmin（其包含了克服卸荷器回复弹簧力，和气缸中回流气体作用在阀片上的作用力），以及所能承受的最大卸荷力Fmax。
II.计算出进气腔中气体作用在膜式气缸顶杆上的作用力Fd(N)；
Fd=衐02*PS/4d0:膜式气缸顶杆的直径,cm;PS:卸荷缸中进气压力,Bar;
III.根据I和II计算的结果,来计算所需膜式气缸的最小卸荷力FMIN;
FMIN=Fmin+Fd
考虑还有一些运动副之间还存在摩擦阻力等因素的影响,一般按以下经验公式来计算膜式气缸的最小卸荷力;
FMIN=(Fmin+Fd+300)×1.25
IV.现场仪表风压力为4.5bar(a);
V.根据计算出来的FMIN值,来选择膜头直径;如本例中,计算出的三级气缸膜式气缸最小卸荷力FMIN=3468N,根据表一FYMZ200的压力曲线图可以看出,当仪表风压力在4.5bar(a)时,FYMZ200的最小卸荷力在3700N,大于FMIN,故可行。
VI.考虑卸荷器本身叉脚强度有限，其最大所能承受的卸荷力Fmax如果小于FYMZ200膜式气缸的最大卸荷力约6000N，则卸荷器本身将有被压陷的危险，故安全情况下Fmax应大于6000N，才可通过。此例中计算出卸荷器Fmax为9700N，故安全。
最后，要注意膜式气缸仪表风接口、保护气接口及漏气回收的接口规格要与现场匹配。
四、改造情况反馈
用户先改造了三级气阀及膜式气缸，并于2005年8月份装机运行至今仍在机运行，累计运行时间达13600小时以上。压缩机运行情况平稳，压缩机的排气量问题得到解决。目前，用户已陆续改造了二级气缸的卸荷执行机构及一级卸荷执行机构。
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