往復(fù)式壓縮機(jī)曲軸箱冒煙原因與改進(jìn)

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(fù)式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于天然氣、石油、化工、冶金等能源和工業(yè)領(lǐng)域，是這些領(lǐng)域的核心設(shè)備之一，其運(yùn)行狀態(tài)不僅影響經(jīng)濟(jì)效益也涉及人身安全。其中完好的運(yùn)轉(zhuǎn)部件是保證往復(fù)式壓縮機(jī)長(zhǎng)久運(yùn)行的關(guān)鍵之一。由于運(yùn)轉(zhuǎn)部件如軸瓦或曲軸的損壞引起的停機(jī)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，本文對(duì)某單位4M25 往復(fù)式壓縮機(jī)接連2 次發(fā)生的曲軸箱冒煙事故進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)了大瓦、小瓦、主軸瓦、曲軸相繼損壞。據(jù)此從現(xiàn)象入手、分析可能的原因，并采取了有效解決措施預(yù)防再次出現(xiàn)軸瓦和曲軸損壞的故障。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)簡(jiǎn)介

該往復(fù)式壓縮機(jī)是將二氧化碳送往尿素的核心設(shè)備，工藝介質(zhì)成分為CO2。該機(jī)采用4M 形對(duì)稱(chēng)平衡式的結(jié)構(gòu)形式，4 列2 級(jí)壓縮，氣缸水冷、壓力循環(huán)潤(rùn)滑、電機(jī)拖動(dòng)，各列氣缸水平布置在曲軸兩側(cè)具備動(dòng)平衡性好的特點(diǎn)。

2 曲軸箱冒煙事故案例

該往復(fù)式壓縮機(jī)于2021 年3 月突發(fā)曲軸箱冒煙，振動(dòng)陡然從平時(shí)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(xiàn)象。于是決定拆檢壓縮機(jī)，由于該機(jī)關(guān)系到尿素能否正常生產(chǎn)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)決定只拆檢大瓦，拆檢后發(fā)現(xiàn)一段西側(cè)大瓦存在高溫下發(fā)黑和咬粒現(xiàn)象，見(jiàn)圖1，同側(cè)曲拐也有部分磨損，見(jiàn)圖2。但考慮到尿素生產(chǎn)太緊張，于是更換一段西側(cè)大瓦和打磨曲軸后，連夜回裝，再開(kāi)機(jī)，運(yùn)行不到0.5 h，振動(dòng)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(duì)該機(jī)進(jìn)行徹底檢修，外送曲軸修復(fù)，消除隱患。再次拆檢發(fā)現(xiàn)，油濾上金屬顆粒較多，見(jiàn)圖3，一二段西側(cè)大瓦均有不同程度磨損，二段西側(cè)小瓦也出現(xiàn)磨損，見(jiàn)圖4，主軸瓦出現(xiàn)部分合金脫落。

圖1 一段西側(cè)大瓦

圖2 一段西側(cè)大瓦對(duì)應(yīng)曲拐處

圖3 油濾芯

圖4 二段西側(cè)小瓦

3 原因分析

3.1 曲軸箱水平度差導(dǎo)致的故障

曲軸箱水平度差會(huì)導(dǎo)致軸瓦對(duì)中不好，會(huì)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(fā)生改變，相當(dāng)于重新分配載荷，產(chǎn)生額外的力或力矩，嚴(yán)重的會(huì)使轉(zhuǎn)子碰摩或超載。查閱該機(jī)過(guò)去檢修情況可知，其發(fā)生大瓦損壞情況較少，且運(yùn)行多年。如果是曲軸箱水平度的問(wèn)題，那么在開(kāi)車(chē)期間就該發(fā)生多起軸瓦被燒事件，顯示不是此問(wèn)題。所以不是曲軸箱水平度差導(dǎo)致的故障。

3.2 潤(rùn)滑油進(jìn)雜質(zhì)質(zhì)量差或壓力低造成的故障

中控監(jiān)測(cè)到油泵壓力降到2×9.8 N 左右，潤(rùn)滑的黏度也隨之降低。大瓦和曲拐發(fā)生摩擦，造成溫度升高，軸瓦和曲軸表面發(fā)生損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使曲軸和軸瓦膠合咬合抱死，甚至曲軸斷裂，所以潤(rùn)滑油壓力低是造成故障的原因之一。該潤(rùn)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(zhǎng)時(shí)間未曾更換新油造成氧化失效，進(jìn)而潤(rùn)滑油油膜保持的剛度不夠造成大瓦與曲拐之間產(chǎn)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(shí)更換潤(rùn)滑油，金屬顆粒伴隨油路進(jìn)一步堵塞其他潤(rùn)滑點(diǎn)，造成小瓦和大瓦損壞是有可能的。所以潤(rùn)滑油質(zhì)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(rùn)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(dǎo)致振動(dòng)加大，油溫升高。大頭瓦和主軸之間間隙變大，會(huì)造成早期壓縮機(jī)起動(dòng)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油膜難以建立進(jìn)而大頭瓦和主軸發(fā)生摩擦，再次損壞。在曲軸箱第一次冒煙后，只是簡(jiǎn)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(dǎo)致第二次冒煙故障的原因之一。

4 解決措施

根據(jù)已出現(xiàn)的問(wèn)題，采用更換備件并重新測(cè)量間隙的辦法解決。曲軸損傷則需要外送進(jìn)行低溫鍍鐵修復(fù)。具體解決措施：

（1）更換所有大瓦、主軸瓦，所有數(shù)據(jù)都要符合間隙要求。在更換主軸瓦時(shí)，采用紅丹粉法，仔細(xì)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(yīng)小于90°且接觸面積不應(yīng)小于該接觸弧面的70%。

（2）更換潤(rùn)滑油及濾芯。曲軸箱底部金屬顆粒要用面一點(diǎn)一點(diǎn)粘出。管道中的油路在開(kāi)車(chē)前，要先外部循環(huán)過(guò)濾一下，再通入軸瓦等摩擦點(diǎn)，這樣可避免由金屬顆粒造成的軸瓦損壞。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，曲軸的配合標(biāo)準(zhǔn)值為Φ240 mm（-0.11～0.142 mm），而外修廠家測(cè)量值見(jiàn)表1。

由表1 和圖5 得知，各位號(hào)測(cè)點(diǎn)大多數(shù)不符合設(shè)計(jì)值，但相差較少的可以通過(guò)刮瓦來(lái)彌補(bǔ)間隙配合，相差較大的橢圓度則需要電鍍?？紤]到工期問(wèn)題，本次維修有問(wèn)題的曲拐（3 點(diǎn)）和3、4點(diǎn)的主軸徑（橢圓度超差70 mm）。由于損壞的曲柺與3、4 點(diǎn)主軸在一側(cè)，電鍍時(shí)可一同電鍍修復(fù)，只是增加2～3 h 的磨床時(shí)間，整體進(jìn)度不會(huì)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(fù)的曲軸放入其中，通入交流和直流電進(jìn)行電鍍，獲得內(nèi)應(yīng)力小，可與曲軸牢固結(jié)合的鍍層，然后送到磨床上進(jìn)行加工到合格尺寸[2]。低溫鍍鐵的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：①在鍍液中溫度不超過(guò)40 ℃，無(wú)熱應(yīng)力變形；②結(jié)合力強(qiáng)，可達(dá)到300 MPa 以上；③硬度高，最高可達(dá)到60 HRC。

表1 廠家測(cè)徑向跳動(dòng)值 mm

圖5 主軸測(cè)點(diǎn)位號(hào)

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)曲軸修復(fù)和更換相應(yīng)軸瓦后，4M25 試運(yùn)行后一切正常，曲軸箱沒(méi)有再冒煙，機(jī)身振值0.8 mm/s 左右，符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。本次檢修有很多教訓(xùn)，主要是第一次曲軸箱冒煙后，只考慮到保生產(chǎn)搶修，未及時(shí)更換新潤(rùn)滑油造成第二次冒煙。第二次檢修才徹底解決機(jī)組存在的問(wèn)題。此次的警示就是一旦設(shè)備有異常之處，如出現(xiàn)冒煙，一定要第一時(shí)間停機(jī)，工藝人員不能為了保生產(chǎn)而將設(shè)備放一邊，才能避免更大的問(wèn)題。在日常巡檢中，一定要認(rèn)真查看溫度、振動(dòng)等各項(xiàng)觀測(cè)點(diǎn)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)及時(shí)判斷出各種問(wèn)題，才能保證設(shè)備長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。