压缩机组油箱故障原因分析及改进方案

吕杰明

（山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东德州 253000）

0 引言

压缩机机组油箱的加热往往采用电加热棒加热的方式，给润滑油升温后再通过油泵打循环。润滑油是否升温达到设计要求，关系到机组能否正常稳定运行。油温太低会造成润滑油黏度太高进而局部润滑不良，油温太高会造成润滑油黏度太低进而机组轴承承载不够损坏轴承。因此油箱中的电加热棒起到至关重要的作用。

1 电加热棒损坏事故案例

2020 年12 月8 日，现场工艺人员准备某压缩机开车前的油箱升温工作，半小时后发现油箱上方呼吸器有冒烟，现场气味较大，且随着时间加长有烟气越来越多的现象。设备人员在油箱回油处拆开上方压盖，检查发现润滑油有沸腾现象，油箱回油口可见润滑油沸腾现象如图1 所示。基本判断为电加热棒损坏导致油温局部过热。准备开此压缩机的备机时，电加热棒升温3 h 后，突然跳闸，后测电加热棒电阻值无穷大，联系厂家对油箱润滑油予以彻底更换并对2 处电加热棒进行拆检，均拆检发现护套上结焦严重，护套结焦如图2 所示，护套内的加热管干烧变色，其中一个加热管已出现断裂，断裂的加热管如图3 所示。

图1 油箱回油口可见润滑油沸腾

图2 护套结焦

图3 断裂加热管

2 电加热棒损坏原因分析

（1）此电加热棒是防爆型电加热器，电加热棒功率为2 kW，由3 支管星型连接而成。油箱共2 根电加热棒，共4 kW。油箱的功率涵盖从最低温度到预定温度的所需功率和维持环境温度和油箱预定温度间散热平衡所需功率，其中升温的所需功率占90%以上功率。依据式（1）[1]升温功率可知，加热8 h 所需的热量为：

式中 C——油的比热，可取C=1900 J/kg×℃

ρ——油的密度，ρ=900 kg/m3

V——油箱待加热油液的体积，取V=0.728×80%=0.58 m3

T2-T1——温差=35-（-25）=60 ℃

t——加热时间，t=3600 s

取热效率为0.8，则电加热器所选功率为2066/0.8=2582 W。

理论计算的电加热器功率即便加上散热功率也明显小于厂家给出的电加热棒总功率，总功率共4 kW，所以可以判断并不是厂家设计的功率小导致油箱局部过热的原因。

（2）由于工厂用电的电压并不稳定，一般比额定电压略高，这就让单电加热棒功率有可能达到2200 kW。以2200 kW 计算，经测量加热元件有效长度为380 mm，该金属管直径为20 mm。总体有效表面积为3.14×20×380=23 864 mm2。

加热元件的表面功率密度为（2200/3）/23864=0.0307 W/mm2。

显然超过标准[2]表1 中的建议值0.007 W/mm2。所以加热元件功率导致电加热棒寿命短的主要原因。也就是说，加热管干烧是由于同等时间里产生的热量大于释放的热量，所以加热元件功率密度越低越好。

表1 机械工业部润滑油表面负荷标准

（3）温控开关本是起到监测到环境温度低于设定值时闭合，高于设定值时自动断开电路的作用。而在实际中发生低于设定值并未加热的温度，高于设定值也并未停止加热的可能。后拆下电加热棒单独在厂家作试验，明明设定值是35 ℃停止加热，的确存在持续加热到上百摄氏度的现象。由于持续加热，进而加热管干烧，护套上粘有油高温分解的焦状物，油箱出现局部过热沸腾冒泡也就不足为怪。

综上所述，温控开关损坏也是导致电加热棒损坏的原因之一。所以有必要对电加热棒结构重新设计。

3 针对该加热棒的改进方案

（1）通过合理的设计使加热元件的功率密度进一步降低。改进加热元件的设计主要思路是将原有电加热棒的结构（图5）增加其有效加热表面积，从而减少功率密度。具体考虑安装空间的充分利用，即在有限空间里最大限度延长加热棒长度，同时增大直径，改进结构后加热棒如图6 所示。经测量，油箱长宽高分别为1300 mm×800 mm×700 mm，加热棒的长度只要比油箱的宽度方向少即可。可将加热棒由原先的有效长度380 mm 加长到700 mm，并且直径由原先的20 mm 更变为40 mm。这样，加热元件的功率密度进一步降低。而且原先是由一个护套内部有3 根小加热棒改造为3 个护套内各有1 根加热棒，这样可以保证如果一根加热棒出现短路或其他异常可以在不更换润滑油的前提下快速只更换其中一根加热管，减少工作量，延长加热棒寿命。

图5 改进结构前加热棒

图6 改进结构后加热棒

（2）温控开关进一步升级。温控开关由原先的温控更改为韩国某品牌温控，采用液胀式温控器，具有控温准确，寿命长，稳定可靠，开停温差小，控温调节范围大的特点。在厂家试验，将0.5 m3润滑油加热，加热1 天后，第二天实测温度与设定温度35 ℃误差很小，并未跳闸。拆检新加热棒，加热管并没有干烧变色，可以判断温控开关并没有损坏，具备在低于设定温度下自动加热和高于设定温度下停止加热的性能。

4 结束语

电加热棒在油箱中具有至关重要的作用，保证润滑油在合适的温度有最佳的黏度。但实际工况复杂多变都会导致电加热器出现各种故障，甚至损坏润滑油。对某往复机组油箱电加热棒损坏问题进行了分析，并制定了相应的改进措施，最终解决了油箱冒烟和无法控温的问题，不仅节约了维修成本，而且延长了电加热器的有效运行时间，为处理电加热器问题提供了借鉴和参照。