BX45-80/453型氢氮压缩机是黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公司18万t/a合成氨、30万t/a尿素装置的关键设备之一,是从德国进口的原装压缩机,为4缸、4列、4M型对动平衡式3级压缩机。该压缩机额定工况如下:排气量3200 m3/h;转速333 r/min;各级吸气压2.4/7.4/15.5 MPa(G);活塞行程400 mm;活塞杆直径一级140 mm 、二、三级均为150 mm;各级进气温度40 ℃,各级排气压7.4/15.5/31.55 MPa(G) ,各级缸径310/227/150 mm;压缩机电机功率4300 kW。
BX45-80/453型氢氮压缩机在运行时低压段有异常响声,停车检查发现连杆大轴瓦烧毁,拆开十字头销发现小头瓦断裂,更换各部部件后开车,运行一段时间后又出现这种情况。停车检查各部件连接尺寸,发现连杆小头瓦孔径严重超差,椭圆度为0.15 mm。因重新加工1个连杆需要3个月,为了节省时间和降低费用,提出对连杆小头瓦孔径和小头瓦进行改造。
改造前仔细分析了引起连杆大轴瓦烧毁、小头瓦断裂的原因。压缩机的连杆是由小头瓦、大轴瓦、连杆螺栓等组成,连杆小头瓦整体装在连杆小头孔内,与孔径的过盈是0.03~0.04 mm,连杆小头孔内径为225 mm,小头瓦内径为200 mm、外径为(225+0.04) mm。
连杆大轴瓦由两瓣组成,用连杆螺栓装在连杆大头孔内,与孔的过盈是0.01~0.02 mm;连杆大头孔由两瓣组成,用连杆螺栓连接,其中连杆大头孔内径为340 mm,大轴瓦内径为320 mm、外径为(340 +0.02) mm。连杆内有为连杆大轴瓦供油的孔。连杆运转时润滑油先进入十字头孔,由十字头孔注入小轴瓦,再由小轴瓦通过连杆内的孔注入到大轴瓦内,最后从大轴瓦流到曲轴箱内。在检查各部分间隙时发现,连杆小头内径椭圆度为0.15 mm,这就导致在装配时小头瓦就会和连杆小头孔有0.075 mm的间隙。压缩机在运转时十字头销轴不断冲击小头瓦,由于有0.075 mm的间隙量,小头瓦在压缩机的冲击力下就会产生塑性变形、小头瓦断裂,从而造成小头瓦与十字头销轴间隙变大,润滑油在小头瓦内泄压,大轴瓦供不上润滑油而被烧毁。
从以上分析,可判断造成此事故的主要原因是连杆小头内径椭圆度超差。如果把连杆小头孔径加工到规定的公差范围内(225.5 mm上偏差+0,下偏差-0.01 mm),就可能解决该问题。于是以新加工的连杆小头孔径为基准,重新制作1个外径为(225.5+0.05)mm、内径为200 mm、材质为ZcuSnloPbl的小头瓦,并把新制作的小头瓦用液氮冷却后装入连杆小头孔内。这样既节约了时间,又节省了费用(重新制作1个连杆的费用一般在12万元左右,修复连杆小头孔径和制作小头瓦的费用是3.8万元)。把改造后的连杆装入压缩机内,调节各部间隙到规定范围,试车压缩机运转正常。
连杆小头孔和小头瓦的改造方案是在原设计基础上进行的改造。连杆小头孔和小头瓦改造完成后,装入BX45-80/453型氢氮气压缩机进行试车。改造后的运行效果良好:压缩机开车运行120 h后停机,解体检查连杆小头瓦、大轴瓦,均无损伤。改造后的连杆小头孔和小头瓦运行7个月后检查,没有发现轴瓦有问题,说明此次改造是成功的,大大延长了压缩机的运转周期。