SUNDYNE 高速壓縮機油系統溫度異常原因分析

謝 敏，潘 賁

（上海石油天然氣有限公司，上海 200041）

0 引言

SUNDYNE 高速壓縮機是美國勝達因公司（Sundstrand International Corporation）最先設計開發的一種多用途離心壓縮機，它具有高轉速、高效率、可靠性高和適應性廣等工藝特點，因此在石油、化工等行業得到了廣泛的應用。該類型壓縮機的重要組成部件有葉輪、多套機械密封、靜環座、動環、軸套、推力軸承等，而該壓縮機的最大特點是有一個增速箱，葉輪轉速最高可達到（33 000～500 00）r/min。

1 高速壓縮機故障

上海石油天然氣有限公司下屬天然氣處理廠的SUNDYNE高速壓縮機自一/二期天然氣凈化裝置切換后，突然出現齒輪箱潤滑油溫度高引起的連鎖停車，嚴重影響整個分子篩脫水系統的正常運行。故障壓縮機型號為LMC-311P，設備位號為CM-1257B，物料為天然氣，主要為分子篩再生氣進行加壓。

1.1 高速壓縮機所屬工藝流程

從分子篩脫水工藝流程（圖1）中可以看到，從壓縮機C-1269 來的天然氣，經再生氣壓縮機CM-1257A/B（一備一用）加壓后進入再生氣加熱器HE1277 加熱，通過分子篩干燥塔PV-1251/PV-1252 底部進入分子篩床層后，加熱分子篩床層已除去吸附的水分，夾帶著水分的再生氣經PV-1251/PV-1252 頂部離開分子篩干燥塔。

圖1 分子篩脫水工藝流程

1.2 高速壓縮機CM-1257B 的主要技術參數（表1）

表1 高速壓縮機CM-1257B 的主要技術參數

2 故障原因分析

高速壓縮機運行約30 min 后，出現潤滑油溫度未穩定在正常溫度區間，持續升高的異常現象。故障發生在潤滑油油路系統中，因此需要對高速壓縮機的整個潤滑油油路系統進行深入分析。

高速壓縮機潤滑油路運行流程如圖2 所示，潤滑油泵PM-1258B 將潤滑油自高速壓縮機齒輪箱儲油槽抽出，沿內部通道通過潤滑油換熱器AC-1259B、溫控閥TCV-1257B 和過濾器F-1257B 后，進入外部安裝的集合管，再返回至齒輪箱，通過各軸承（低速軸軸承、中速軸軸承、高速軸軸承）后，經排放口返回至儲油槽中。

圖2 高速壓縮機CM-1257B 潤滑油運行流程

通過對SUNDYNE 高速壓縮機的潤滑油油路的分析，判斷引起壓縮機油溫高的原因可能有5 種。

2.1 溫度聯鎖（TSH-1257B）開關故障

壓縮機潤滑油進油溫度連鎖開關在長期的運行過程中會發生聯鎖關斷值飄移的可能性，換句話說就是在實際進油溫度遠遠沒有達到聯鎖關斷值時，引起溫度開關動作連鎖壓縮機停車。

2.2 潤滑油風冷器（AC-1259B）失效

壓縮機潤滑油冷卻器在長期的運行中，盤管、電機等部件出現故障，影響壓縮機潤滑油冷卻器的冷卻效果，最終導致潤滑油溫度不斷升高，引起溫度開關動作連鎖壓縮機停車。

2.3 三通溫控閥（TCV-1257B）故障

三通溫度閥內部故障，引起齒輪箱出來的潤滑油沒有進油冷器進行冷卻，直接回到齒輪箱，導致進油溫度不斷升高，最終引起溫度開關動作連鎖壓縮機停車。

2.4 潤滑油失效

一旦潤滑油失效，將直接引起潤滑油的黏度發生變化，而潤滑油油膜壓力的變化與潤滑油的黏度、表面滑動速度和油膜厚度及其變化相關聯。如果潤滑油出現變質現象，則改變了潤滑油自身的動力黏度，使油膜的承載能力降低，并破壞熱平衡，引起潤滑油溫度不斷升高，最終導致溫度開關動作并連鎖壓縮機停車[1]。

2.5 齒輪箱內部異常發熱

齒輪箱存在異常發熱的可能性：①齒輪箱內部產生的熱量增加，使潤滑油的溫度迅速升高；②內部散熱效果差，使潤滑油的溫度迅速上升。

（1）在壓縮機LMC-311P 的齒輪箱產生熱量的部位主要是軸承和齒輪。①當齒輪箱內的軸承出現安裝過緊、轉動不靈活或內外圈同時轉動、軸承保持器損壞等情況，都會引起軸承的發熱量增加。②齒輪嚙合側間隙過小或嚙合不正確會使摩擦熱增加，特別是在潤滑不良和缺少潤滑的情況下會使金屬齒輪產生直接干摩擦而大量發熱又不能正常散熱，促使齒輪箱內潤滑油溫度迅速升高，設備不能正常工作。嚴重時還會引起齒間膠合而不能轉動，造成齒輪箱整體報廢。③高速軸的軸徑與頸項軸承的軸瓦摩擦副表面的粗糙度過大，高速軸軸徑與軸瓦局部摩擦產生異常熱量，破壞軸承的熱平衡，造成軸承與高速軸的溫度不斷升高，最終引起潤滑油溫度迅速升高。

（2）內部散熱不良。①由于齒輪箱內部油泵供油不穩定或者內部供油管線和噴油孔堵塞，從而造成潤滑油供油不穩定，引起供油壓力變小，進入軸承間隙的油量不穩定，最終破壞熱平衡。②潤滑油的進油溫度對油膜的影響很大，當潤滑油溫度升高時，潤滑油的黏度降低、分子間距增大、內聚力減小，最小油膜厚度也會隨之逐漸減薄。當油膜厚度減薄到極限時，相對運動的兩個工作表面的凸起點開始接觸，最終引起半干摩擦，從而引起軸承磨損和過熱。③在齒輪箱內過量添加潤滑油也會增加摩擦熱，從而導致齒輪箱內潤滑油溫度迅速升高，最終引起設備不能正常工作。

3 故障原因判斷

3.1 溫度聯鎖開關（TSH-1257B）

通過對現場溫度計及溫度開關進行專業校驗，校驗后發現溫度計指示正常，溫度聯鎖正常無故障，溫度聯鎖報警值是82 ℃，與設定值一樣，沒有出現聯鎖值的漂移偏差。所以排除溫度聯鎖開關故障引起壓縮機停車。

3.2 潤滑油風冷器（AC-1259B）

（1）風冷器風扇故障。現場試運轉CM-1257B 風冷器風扇24 h，運轉正常，排除電線短路、斷路、電機燒壞等引起的風扇不運轉。

（2）灰塵影響風冷器散熱效果。覆蓋在冷卻器盤管散熱片上的大量灰塵會影響風冷器的散熱，導致潤滑油冷卻不足。現場檢查CM-1257B 風冷器，發現散熱片很干凈。

（3）風冷器電機接線錯誤。風冷器電機的電源接線錯誤，引起電機反轉和風向相反，最終影響散熱。現場檢查風冷器電機轉向，轉向正常。

（4）風冷器冷卻效果降低。為了更直觀的反應風冷器的冷卻效果，現場運行潤滑油風冷器（AC-1259B），對進出口溫度進行測量。

通過對潤滑油風冷器的進出口溫度的測量發現（表2），冷卻效果明顯，基本排除風冷器失效引起壓縮機停車。

表2 風冷器AC-1259B 冷卻效果測試

3.3 三通溫控閥TCV-1257B

運用實驗法判斷三通溫控閥TCV-1257B 是否故障。現場拆除三通溫控閥TCV-1257B，用三通替代三通溫控閥TCV-1257B，關閉旁通閥，讓潤滑油全部進風冷器AC-1259B 進行冷卻，并在現場試運行壓縮機，仍出現潤滑油溫度不斷升高引起溫度開關動作連鎖壓縮機停車的故障。故排除溫控閥TCV-1257B故障引起壓縮機停車。

3.4 潤滑油

對故障壓縮機的潤滑油進行現場取樣并委托SGS 公司品質化驗。從SGS 出具的潤滑油檢測報告（圖3）中可以清楚的看到該油樣各項指標均在正常水平，排除潤滑油失效引起壓縮機停車。

圖3 潤滑油檢驗報告

3.5 齒輪箱

對設備齒輪箱進行拆檢過程中，發現齒輪箱加注的潤滑油在正常的刻度范圍之內，不存在潤滑油過量的問題；內部軸承磨損及安裝正常；所有的齒輪嚙合正常；內部油泵正常無故障；內部供油管線和噴油孔沒有堵塞的現象。在對高速軸的檢查過程中發現高速軸止推轉子側面有過熱跡象（圖4），由此判斷齒輪箱異常發熱的部位就是在頸項軸承與止推轉子之間的位置。

通過高速軸裝配圖和速軸、頸項軸承、止推墊片安裝位置（圖5）所示，可以清楚地看到高速軸發熱處的頸項軸承、止推墊片和止推轉子之間的安裝位置關系。

通過CM-1257B 頸項軸承（圖6），可以看到頸項軸承的軸瓦磨損在正常范圍之內，結合齒輪箱振動數據，排除頸項軸承軸瓦異常磨損引起的潤滑油溫度高。

圖4 高速壓縮機CM-1257B的高速軸

圖5 頸項軸承、止推墊片、止推轉子安裝位置

最終鎖定異常發熱的位置就是止推墊片與止推轉子之間。仔細檢查故障位置的止推墊片（圖7），發現止推墊片存在異常磨損，可能高速軸在高速運行下，止推轉子負荷過大，止推墊片與止推轉子之間油膜強度不夠，造成潤滑不良，最終引起潤滑油溫度持續上升。

圖7 高速壓縮機CM-1257B 原止推墊片

結合SUNDYNE 廠家技術人員的專業建議，對壓縮機CM -1257B 原止推墊片進行了更換。更換備件后（圖8），試運行壓縮機，齒輪箱油溫正常，設備運行正常，故障排除。

圖8 高速壓縮機CM-1257B新止推墊片

4 結束語

通過對高速壓縮機CM-1257B 潤滑油溫度異常過高的可能性的分析，找到了設備故障原因，及時更換了備件，最終解決了該機組齒輪箱潤滑油溫度異常的問題，為本企業經濟效益提高提供了保障，同時也希望為國內其他單位同類型機組類似的解決提供參考。