往復(fù)式壓縮機(jī)燒軸瓦原因分析及處理

莊偉國

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

在煉油生產(chǎn)過程中，氫氣壓縮機(jī)用于加氫和鉑重整等工藝。往復(fù)式循環(huán)氫壓縮機(jī)是加氫單元的重要設(shè)備，該壓縮機(jī)故障停運(yùn)將會導(dǎo)致整個(gè)裝置聯(lián)鎖停工。近期發(fā)生了一起往復(fù)式循環(huán)氫壓縮機(jī)K101A(型號為2D16-20/28-38，具體含義為2列，對置式，活塞推力16噸，排氣量20 m3/min，排氣壓力2.8～3.8 MPa)燒軸瓦的突發(fā)事故，嚴(yán)重威脅裝置的連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。往復(fù)式壓縮機(jī)易損件多，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障的前期征兆，是避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大化的關(guān)鍵。本文從現(xiàn)象入手、分析可能的原因，并提出預(yù)防往復(fù)式壓縮機(jī)燒軸瓦的技術(shù)措施。

1 燒軸瓦的過程和初步分析

上午10:30左右，動(dòng)設(shè)備維保人員發(fā)現(xiàn)K101A振動(dòng)與異音狀況偏大，通知外操到現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)K101A十字頭滑履視窗潤滑油冒煙，立即進(jìn)行了緊急切換備用壓縮機(jī)，11:02停壓縮機(jī)主電機(jī)。事后，通過調(diào)DCS畫面機(jī)組參數(shù)趨勢發(fā)現(xiàn)：首先機(jī)身振動(dòng)開始增大，從1.35 mm/s漲到3.35 mm/s(見圖1)；緊接著K101A潤滑油總管油壓從0.35 MP降至0.25 MPa(見圖1)，油壓曲線呈不斷下降趨勢；驅(qū)動(dòng)端主軸承溫度從50 ℃開始不斷上漲，最高漲到74 ℃(見圖2)。

K101A停機(jī)之后，進(jìn)行工藝隔離、檢修處理。壓縮機(jī)解體之后，檢查發(fā)現(xiàn)曲軸箱內(nèi)的潤滑油金屬顆粒含量較高，軸瓦的巴氏合金層部分出現(xiàn)局部脫落現(xiàn)象，其中壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端的曲軸軸承磨損比較嚴(yán)重，非驅(qū)動(dòng)端的曲軸軸承輕微磨損[1]。

圖1 機(jī)身振動(dòng)及潤滑油總管壓力變化趨勢

往復(fù)式壓縮機(jī)的潤滑分為飛濺潤滑和壓力潤滑(強(qiáng)制潤滑)兩種方式。K101A 采用稀油強(qiáng)制潤滑，氣缸和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的潤滑分別屬于兩個(gè)互相獨(dú)立的子系統(tǒng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過油泵壓力循環(huán)潤滑，氣缸及填料則通過注油器供油潤滑[2]。

圖2 主軸承溫度變化趨勢

圖3是K101A傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤滑油流程示意圖。每一個(gè)潤滑部位都是十分重要的，只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會出現(xiàn)事故。一旦潤滑油總管油壓偏低，到達(dá)軸承主軸瓦、連桿大頭瓦表面的潤滑油量就非常有限，也就不能有效形成油膜，造成軸承主軸瓦、連桿大頭瓦與軸頸表面的直接摩擦，潤滑油量不足，不能充分帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，所以就非常容易出現(xiàn)燒軸瓦的情況。

圖3 K101A傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤滑油流程示意圖

2 燒軸瓦原因的進(jìn)一步分析

由于燒軸瓦的具體原因還不清楚，繼續(xù)進(jìn)行探究。因此有必要對各種可能造成油壓降低的原因進(jìn)行排查[3]。避免因?yàn)橥瑯拥脑驅(qū)е率鹿试俅伟l(fā)生。

2.1 儀表系統(tǒng)排查

對照現(xiàn)場就地儀表指示和遠(yuǎn)傳儀表數(shù)值，兩者相差不大。故可以排除儀表故障方面的原因造成潤滑油總管供油油壓降低的可能。

2.2 潤滑油路系統(tǒng)檢查

一般情況下，造成機(jī)組潤滑油總管供油壓力降低的油路方面原因主要有：機(jī)身曲軸箱油池油位極低；油管路出現(xiàn)堵塞；法蘭、管線、安全閥發(fā)生泄漏。經(jīng)過現(xiàn)場檢查，油池油位、雙聯(lián)式油過濾器壓差均正常，管線、安全閥也沒有泄漏現(xiàn)象。

(1)檢查油池油位，油位在液位計(jì)的2/3高度處，油位正常。

(2)檢查雙聯(lián)油過濾器壓差，現(xiàn)場壓差表指示和遠(yuǎn)傳儀表均顯示為0.024 MPa，未超過報(bào)警值(0.1 MPa)。確定潤滑油油壓降低的主要原因不是由于油管路堵塞造成的。

(3)現(xiàn)場通過采用目測和紅外測溫儀的方法檢查整個(gè)潤滑油路系統(tǒng)。法蘭無泄漏現(xiàn)象；管線正常，無砂眼；安全閥的出口溫度正常，說明安全閥沒有內(nèi)漏現(xiàn)象。排除泄漏造成潤滑油油壓降低的可能。

2.3 檢測油池潤滑油品質(zhì)

現(xiàn)場從機(jī)身油池取潤滑油樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，外觀上潤滑油已被燒黑，從化驗(yàn)分析結(jié)果來看，潤滑油并未帶水，排除潤滑油帶水造成油壓降低的可能。

2.4 機(jī)械故障排查

機(jī)械故障造成油壓降低的原因主要有：

(1)機(jī)組油站油泵故障。該往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)組油泵為齒輪泵，現(xiàn)場油泵出口壓力、軸承溫度和振動(dòng)、響聲等無明顯異常。排除油泵故障的可能。

(2)潤滑油油溫過高。油溫過高會導(dǎo)致潤滑油的粘度降低，從而導(dǎo)致潤滑油油壓降低。機(jī)身油池溫度計(jì)指示和供油總管遠(yuǎn)傳溫度上顯示為37 ℃，現(xiàn)場使用紅外線測溫儀進(jìn)行溫度檢測，曲軸箱溫度為35 ℃，排除油溫高造成機(jī)組油壓降低的可能。

(3)曲軸軸瓦嚴(yán)重磨損。曲軸軸瓦間隙過大會導(dǎo)致潤滑油從軸瓦間隙中流走，造成機(jī)組潤滑油供油總管壓力下降，進(jìn)而直接影響到軸瓦的潤滑狀況，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)燒瓦現(xiàn)象，燒熔狀態(tài)的巴氏合金粘附在曲軸上導(dǎo)致軸瓦的磨損速度加快[4]。軸瓦的磨損是一個(gè)長期的過程。

軸瓦最先被磨損的是0.5 mm厚度的巴氏合金減磨層。在對其零部件的拆檢過程中發(fā)現(xiàn)：其他未發(fā)生燒瓦的連桿大頭瓦內(nèi)表面澆注的巴氏合金也已經(jīng)發(fā)生局部脫落，發(fā)生燒瓦的大頭瓦內(nèi)表面巴氏合金消失殆盡，軸瓦合金脫落將導(dǎo)致曲軸軸頸和軸瓦配合間隙增大、機(jī)組潤滑油壓力下降和出現(xiàn)異響[5]。

軸瓦的鋼背與曲軸頸表面直接摩擦，曲軸軸頸表面局部發(fā)藍(lán)，表明產(chǎn)生過局部高溫，曲軸頸表面再受到潤滑油的冷卻作用，其相當(dāng)于“淬火”過程，使曲軸頸表面極易產(chǎn)生裂紋而導(dǎo)致曲軸報(bào)廢，并直接影響到壓縮機(jī)的安全運(yùn)行。詳見圖4。

圖4 燒壞的軸瓦

3 處理軸瓦損壞問題的策略

3.1 處理措施

(1)更換曲軸軸承、中間曲軸軸承、大頭瓦等磨損嚴(yán)重的零部件，重點(diǎn)控制安裝間隙，同時(shí)對曲軸軸頸進(jìn)行重點(diǎn)修磨，清理、吹掃油孔和機(jī)身油箱底部過濾器。

(2)排查十字頭的磨損情況，修磨滑痕、清理劃道，確認(rèn)十字頭銷安裝正常。

(3)排查隔離室的磨損情況，更換刮油環(huán)、擋油環(huán)、導(dǎo)向軸承套、填料函等零部件，并裝配合格。

(4)排查并清理活塞、氣缸、氣閥等關(guān)鍵零部件，調(diào)整內(nèi)外止點(diǎn)，使余隙合格，確認(rèn)活塞桿連接壓力體正常裝配。

(5)確認(rèn)機(jī)組潤滑油系統(tǒng)以及軸封正常。

3.2 改進(jìn)措施

(1)對于連桿大頭瓦的制造質(zhì)量，與其生產(chǎn)廠家聯(lián)系，改進(jìn)澆注工藝，提高巴氏合金與鋼背的結(jié)合力，要求確保供貨質(zhì)量，同時(shí)注意保證機(jī)組的安裝質(zhì)量。

(2)對于潤滑油質(zhì)量問題：定期分析油質(zhì)，酌情更換，確保潤滑油質(zhì)量達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)。

(3)加強(qiáng)對潤滑油總管油壓油溫，油壓，機(jī)身振動(dòng)，軸承溫度的監(jiān)測。

(4)增加機(jī)組振動(dòng)高聯(lián)鎖停機(jī)。

4 結(jié) 論

往復(fù)式壓縮機(jī)易損件多，故障出現(xiàn)后要及時(shí)、準(zhǔn)確的做出判斷和處理，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，避免類似事故的發(fā)生。及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理軸瓦失效問題是確保壓縮機(jī)機(jī)組以及裝置連續(xù)、安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，為裝置的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。