往复式压缩机曲轴箱冒烟原因与改进

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

往复式压缩机广泛应用于天然气、石油、化工、冶金等能源和工业领域，是这些领域的核心设备之一，其运行状态不仅影响经济效益也涉及人身安全。其中完好的运转部件是保证往复式压缩机长久运行的关键之一。由于运转部件如轴瓦或曲轴的损坏引起的停机现象时有发生，本文对某单位4M25 往复式压缩机接连2 次发生的曲轴箱冒烟事故进行了分析，发现了大瓦、小瓦、主轴瓦、曲轴相继损坏。据此从现象入手、分析可能的原因，并采取了有效解决措施预防再次出现轴瓦和曲轴损坏的故障。

1 往复式压缩机简介

该往复式压缩机是将二氧化碳送往尿素的核心设备，工艺介质成分为CO2。该机采用4M 形对称平衡式的结构形式，4 列2 级压缩，气缸水冷、压力循环润滑、电机拖动，各列气缸水平布置在曲轴两侧具备动平衡性好的特点。

2 曲轴箱冒烟事故案例

该往复式压缩机于2021 年3 月突发曲轴箱冒烟，振动陡然从平时的1.2 mm/s 升到4.3 mm/s，油压也降低，中控显示主轴瓦温度正常。怀疑大瓦与曲轴之间存在高温磨损现象。于是决定拆检压缩机，由于该机关系到尿素能否正常生产，结合经验决定只拆检大瓦，拆检后发现一段西侧大瓦存在高温下发黑和咬粒现象，见图1，同侧曲拐也有部分磨损，见图2。但考虑到尿素生产太紧张，于是更换一段西侧大瓦和打磨曲轴后，连夜回装，再开机，运行不到0.5 h，振动再次从1.3 mm/s 涨到4.5 mm/s，曲轴箱再次冒烟。于是决定对该机进行彻底检修，外送曲轴修复，消除隐患。再次拆检发现，油滤上金属颗粒较多，见图3，一二段西侧大瓦均有不同程度磨损，二段西侧小瓦也出现磨损，见图4，主轴瓦出现部分合金脱落。

图1 一段西侧大瓦

图2 一段西侧大瓦对应曲拐处

图3 油滤芯

图4 二段西侧小瓦

3 原因分析

3.1 曲轴箱水平度差导致的故障

曲轴箱水平度差会导致轴瓦对中不好，会使轴瓦在水平和垂直方向上具备不同的刚度和阻尼，使轴承的工作条件发生改变，相当于重新分配载荷，产生额外的力或力矩，严重的会使转子碰摩或超载。查阅该机过去检修情况可知，其发生大瓦损坏情况较少，且运行多年。如果是曲轴箱水平度的问题，那么在开车期间就该发生多起轴瓦被烧事件，显示不是此问题。所以不是曲轴箱水平度差导致的故障。

3.2 润滑油进杂质质量差或压力低造成的故障

中控监测到油泵压力降到2×9.8 N 左右，润滑的黏度也随之降低。大瓦和曲拐发生摩擦，造成温度升高，轴瓦和曲轴表面发生损坏，严重时会使曲轴和轴瓦胶合咬合抱死，甚至曲轴断裂，所以润滑油压力低是造成故障的原因之一。该润滑油颜色变黑，有可能是在高温下氧化失效造成[1]，也有可能是长时间未曾更换新油造成氧化失效，进而润滑油油膜保持的刚度不够造成大瓦与曲拐之间产生摩擦。该油滤芯显示上面金属颗粒较多，在第一次曲轴箱冒烟后，未及时更换润滑油，金属颗粒伴随油路进一步堵塞其他润滑点，造成小瓦和大瓦损坏是有可能的。所以润滑油质量差有可能是造成曲轴箱冒烟的原因之一。

3.3 大头瓦和主轴间隙大造成的故障

大头瓦和主轴之间间隙变大，有可能造成润滑油膜的形成不够良好，造成曲轴和大头瓦早期磨损和破坏，导致振动加大，油温升高。大头瓦和主轴之间间隙变大，会造成早期压缩机起动或低速运转时，油膜难以建立进而大头瓦和主轴发生摩擦，再次损坏。在曲轴箱第一次冒烟后，只是简单的打磨了曲轴并更换了新的大瓦，所以间隙变大是可能导致第二次冒烟故障的原因之一。

4 解决措施

根据已出现的问题，采用更换备件并重新测量间隙的办法解决。曲轴损伤则需要外送进行低温镀铁修复。具体解决措施：

（1）更换所有大瓦、主轴瓦，所有数据都要符合间隙要求。在更换主轴瓦时，采用红丹粉法，仔细查看接触面积。轴瓦和瓦窝的接触面积不得小于70%，下瓦和轴径的接触面积夹角不应小于90°且接触面积不应小于该接触弧面的70%。

（2）更换润滑油及滤芯。曲轴箱底部金属颗粒要用面一点一点粘出。管道中的油路在开车前，要先外部循环过滤一下，再通入轴瓦等摩擦点，这样可避免由金属颗粒造成的轴瓦损坏。

（3）根据设计要求，曲轴的配合标准值为Φ240 mm（-0.11～0.142 mm），而外修厂家测量值见表1。

由表1 和图5 得知，各位号测点大多数不符合设计值，但相差较少的可以通过刮瓦来弥补间隙配合，相差较大的椭圆度则需要电镀。考虑到工期问题，本次维修有问题的曲拐（3 点）和3、4点的主轴径（椭圆度超差70 mm）。由于损坏的曲柺与3、4 点主轴在一侧，电镀时可一同电镀修复，只是增加2～3 h 的磨床时间，整体进度不会增加多少。低温镀铁是以氯化亚铁的水溶液作为电镀液，将需要修复的曲轴放入其中，通入交流和直流电进行电镀，获得内应力小，可与曲轴牢固结合的镀层，然后送到磨床上进行加工到合格尺寸[2]。低温镀铁的优势体现在：①在镀液中温度不超过40 ℃，无热应力变形；②结合力强，可达到300 MPa 以上；③硬度高，最高可达到60 HRC。

表1 厂家测径向跳动值 mm

图5 主轴测点位号

5 结语

经过曲轴修复和更换相应轴瓦后，4M25 试运行后一切正常，曲轴箱没有再冒烟，机身振值0.8 mm/s 左右，符合相应标准。本次检修有很多教训，主要是第一次曲轴箱冒烟后，只考虑到保生产抢修，未及时更换新润滑油造成第二次冒烟。第二次检修才彻底解决机组存在的问题。此次的警示就是一旦设备有异常之处，如出现冒烟，一定要第一时间停机，工艺人员不能为了保生产而将设备放一边，才能避免更大的问题。在日常巡检中，一定要认真查看温度、振动等各项观测点，根据这些数据及时判断出各种问题，才能保证设备长周期安全稳定运行。