往復式壓縮機曲軸箱冒煙原因與改進

呂杰明

（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東德州 253000）

0 引言

往復式壓縮機廣泛應用于天然氣、石油、化工、冶金等能源和工業領域，是這些領域的核心設備之一，其運行狀態不僅影響經濟效益也涉及人身安全。其中完好的運轉部件是保證往復式壓縮機長久運行的關鍵之一。由于運轉部件如軸瓦或曲軸的損壞引起的停機現象時有發生，本文對某單位4M25 往復式壓縮機接連2 次發生的曲軸箱冒煙事故進行了分析，發現了大瓦、小瓦、主軸瓦、曲軸相繼損壞。據此從現象入手、分析可能的原因，并采取了有效解決措施預防再次出現軸瓦和曲軸損壞的故障。

1 往復式壓縮機簡介

該往復式壓縮機是將二氧化碳送往尿素的核心設備，工藝介質成分為CO2。該機采用4M 形對稱平衡式的結構形式，4 列2 級壓縮，氣缸水冷、壓力循環潤滑、電機拖動，各列氣缸水平布置在曲軸兩側具備動平衡性好的特點。

2 曲軸箱冒煙事故案例

該往復式壓縮機于2021 年3 月突發曲軸箱冒煙，振動陡然從平時的1.2 mm/s 升到4.3 mm/s，油壓也降低，中控顯示主軸瓦溫度正常。懷疑大瓦與曲軸之間存在高溫磨損現象。于是決定拆檢壓縮機，由于該機關系到尿素能否正常生產，結合經驗決定只拆檢大瓦，拆檢后發現一段西側大瓦存在高溫下發黑和咬粒現象，見圖1，同側曲拐也有部分磨損，見圖2。但考慮到尿素生產太緊張，于是更換一段西側大瓦和打磨曲軸后，連夜回裝，再開機，運行不到0.5 h，振動再次從1.3 mm/s 漲到4.5 mm/s，曲軸箱再次冒煙。于是決定對該機進行徹底檢修，外送曲軸修復，消除隱患。再次拆檢發現，油濾上金屬顆粒較多，見圖3，一二段西側大瓦均有不同程度磨損，二段西側小瓦也出現磨損，見圖4，主軸瓦出現部分合金脫落。

圖1 一段西側大瓦

圖2 一段西側大瓦對應曲拐處

圖3 油濾芯

圖4 二段西側小瓦

3 原因分析

3.1 曲軸箱水平度差導致的故障

曲軸箱水平度差會導致軸瓦對中不好，會使軸瓦在水平和垂直方向上具備不同的剛度和阻尼，使軸承的工作條件發生改變，相當于重新分配載荷，產生額外的力或力矩，嚴重的會使轉子碰摩或超載。查閱該機過去檢修情況可知，其發生大瓦損壞情況較少，且運行多年。如果是曲軸箱水平度的問題，那么在開車期間就該發生多起軸瓦被燒事件，顯示不是此問題。所以不是曲軸箱水平度差導致的故障。

3.2 潤滑油進雜質質量差或壓力低造成的故障

中控監測到油泵壓力降到2×9.8 N 左右，潤滑的黏度也隨之降低。大瓦和曲拐發生摩擦，造成溫度升高，軸瓦和曲軸表面發生損壞，嚴重時會使曲軸和軸瓦膠合咬合抱死，甚至曲軸斷裂，所以潤滑油壓力低是造成故障的原因之一。該潤滑油顏色變黑，有可能是在高溫下氧化失效造成[1]，也有可能是長時間未曾更換新油造成氧化失效，進而潤滑油油膜保持的剛度不夠造成大瓦與曲拐之間產生摩擦。該油濾芯顯示上面金屬顆粒較多，在第一次曲軸箱冒煙后，未及時更換潤滑油，金屬顆粒伴隨油路進一步堵塞其他潤滑點，造成小瓦和大瓦損壞是有可能的。所以潤滑油質量差有可能是造成曲軸箱冒煙的原因之一。

3.3 大頭瓦和主軸間隙大造成的故障

大頭瓦和主軸之間間隙變大，有可能造成潤滑油膜的形成不夠良好，造成曲軸和大頭瓦早期磨損和破壞，導致振動加大，油溫升高。大頭瓦和主軸之間間隙變大，會造成早期壓縮機起動或低速運轉時，油膜難以建立進而大頭瓦和主軸發生摩擦，再次損壞。在曲軸箱第一次冒煙后，只是簡單的打磨了曲軸并更換了新的大瓦，所以間隙變大是可能導致第二次冒煙故障的原因之一。

4 解決措施

根據已出現的問題，采用更換備件并重新測量間隙的辦法解決。曲軸損傷則需要外送進行低溫鍍鐵修復。具體解決措施：

（1）更換所有大瓦、主軸瓦，所有數據都要符合間隙要求。在更換主軸瓦時，采用紅丹粉法，仔細查看接觸面積。軸瓦和瓦窩的接觸面積不得小于70%，下瓦和軸徑的接觸面積夾角不應小于90°且接觸面積不應小于該接觸弧面的70%。

（2）更換潤滑油及濾芯。曲軸箱底部金屬顆粒要用面一點一點粘出。管道中的油路在開車前，要先外部循環過濾一下，再通入軸瓦等摩擦點，這樣可避免由金屬顆粒造成的軸瓦損壞。

（3）根據設計要求，曲軸的配合標準值為Φ240 mm（-0.11～0.142 mm），而外修廠家測量值見表1。

由表1 和圖5 得知，各位號測點大多數不符合設計值，但相差較少的可以通過刮瓦來彌補間隙配合，相差較大的橢圓度則需要電鍍。考慮到工期問題，本次維修有問題的曲拐（3 點）和3、4點的主軸徑（橢圓度超差70 mm）。由于損壞的曲柺與3、4 點主軸在一側，電鍍時可一同電鍍修復，只是增加2～3 h 的磨床時間，整體進度不會增加多少。低溫鍍鐵是以氯化亞鐵的水溶液作為電鍍液，將需要修復的曲軸放入其中，通入交流和直流電進行電鍍，獲得內應力小，可與曲軸牢固結合的鍍層，然后送到磨床上進行加工到合格尺寸[2]。低溫鍍鐵的優勢體現在：①在鍍液中溫度不超過40 ℃，無熱應力變形；②結合力強，可達到300 MPa 以上；③硬度高，最高可達到60 HRC。

表1 廠家測徑向跳動值 mm

圖5 主軸測點位號

5 結語

經過曲軸修復和更換相應軸瓦后，4M25 試運行后一切正常，曲軸箱沒有再冒煙，機身振值0.8 mm/s 左右，符合相應標準。本次檢修有很多教訓，主要是第一次曲軸箱冒煙后，只考慮到保生產搶修，未及時更換新潤滑油造成第二次冒煙。第二次檢修才徹底解決機組存在的問題。此次的警示就是一旦設備有異常之處，如出現冒煙，一定要第一時間停機，工藝人員不能為了保生產而將設備放一邊，才能避免更大的問題。在日常巡檢中，一定要認真查看溫度、振動等各項觀測點，根據這些數據及時判斷出各種問題，才能保證設備長周期安全穩定運行。