壓縮機組油箱故障原因分析及改進方案

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

壓縮機機組油箱的加熱往往采用電加熱棒加熱的方式，給潤滑油升溫后再通過油泵打循環。潤滑油是否升溫達到設計要求，關系到機組能否正常穩定運行。油溫太低會造成潤滑油黏度太高進而局部潤滑不良，油溫太高會造成潤滑油黏度太低進而機組軸承承載不夠損壞軸承。因此油箱中的電加熱棒起到至關重要的作用。

1 電加熱棒損壞事故案例

2020 年12 月8 日，現場工藝人員準備某壓縮機開車前的油箱升溫工作，半小時后發現油箱上方呼吸器有冒煙，現場氣味較大，且隨著時間加長有煙氣越來越多的現象。設備人員在油箱回油處拆開上方壓蓋，檢查發現潤滑油有沸騰現象，油箱回油口可見潤滑油沸騰現象如圖1 所示。基本判斷為電加熱棒損壞導致油溫局部過熱。準備開此壓縮機的備機時，電加熱棒升溫3 h 后，突然跳閘，后測電加熱棒電阻值無窮大，聯系廠家對油箱潤滑油予以徹底更換并對2 處電加熱棒進行拆檢，均拆檢發現護套上結焦嚴重，護套結焦如圖2 所示，護套內的加熱管干燒變色，其中一個加熱管已出現斷裂，斷裂的加熱管如圖3 所示。

圖1 油箱回油口可見潤滑油沸騰

圖2 護套結焦

圖3 斷裂加熱管

2 電加熱棒損壞原因分析

（1）此電加熱棒是防爆型電加熱器，電加熱棒功率為2 kW，由3 支管星型連接而成。油箱共2 根電加熱棒，共4 kW。油箱的功率涵蓋從最低溫度到預定溫度的所需功率和維持環境溫度和油箱預定溫度間散熱平衡所需功率，其中升溫的所需功率占90%以上功率。依據式（1）[1]升溫功率可知，加熱8 h 所需的熱量為：

式中 C——油的比熱，可取C=1900 J/kg×℃

ρ——油的密度，ρ=900 kg/m3

V——油箱待加熱油液的體積，取V=0.728×80%=0.58 m3

T2-T1——溫差=35-（-25）=60 ℃

t——加熱時間，t=3600 s

取熱效率為0.8，則電加熱器所選功率為2066/0.8=2582 W。

理論計算的電加熱器功率即便加上散熱功率也明顯小于廠家給出的電加熱棒總功率，總功率共4 kW，所以可以判斷并不是廠家設計的功率小導致油箱局部過熱的原因。

（2）由于工廠用電的電壓并不穩定，一般比額定電壓略高，這就讓單電加熱棒功率有可能達到2200 kW。以2200 kW 計算，經測量加熱元件有效長度為380 mm，該金屬管直徑為20 mm。總體有效表面積為3.14×20×380=23 864 mm2。

加熱元件的表面功率密度為（2200/3）/23864=0.0307 W/mm2。

顯然超過標準[2]表1 中的建議值0.007 W/mm2。所以加熱元件功率導致電加熱棒壽命短的主要原因。也就是說，加熱管干燒是由于同等時間里產生的熱量大于釋放的熱量，所以加熱元件功率密度越低越好。

表1 機械工業部潤滑油表面負荷標準

（3）溫控開關本是起到監測到環境溫度低于設定值時閉合，高于設定值時自動斷開電路的作用。而在實際中發生低于設定值并未加熱的溫度，高于設定值也并未停止加熱的可能。后拆下電加熱棒單獨在廠家作試驗，明明設定值是35 ℃停止加熱，的確存在持續加熱到上百攝氏度的現象。由于持續加熱，進而加熱管干燒，護套上粘有油高溫分解的焦狀物，油箱出現局部過熱沸騰冒泡也就不足為怪。

綜上所述，溫控開關損壞也是導致電加熱棒損壞的原因之一。所以有必要對電加熱棒結構重新設計。

3 針對該加熱棒的改進方案

（1）通過合理的設計使加熱元件的功率密度進一步降低。改進加熱元件的設計主要思路是將原有電加熱棒的結構（圖5）增加其有效加熱表面積，從而減少功率密度。具體考慮安裝空間的充分利用，即在有限空間里最大限度延長加熱棒長度，同時增大直徑，改進結構后加熱棒如圖6 所示。經測量，油箱長寬高分別為1300 mm×800 mm×700 mm，加熱棒的長度只要比油箱的寬度方向少即可。可將加熱棒由原先的有效長度380 mm 加長到700 mm，并且直徑由原先的20 mm 更變為40 mm。這樣，加熱元件的功率密度進一步降低。而且原先是由一個護套內部有3 根小加熱棒改造為3 個護套內各有1 根加熱棒，這樣可以保證如果一根加熱棒出現短路或其他異常可以在不更換潤滑油的前提下快速只更換其中一根加熱管，減少工作量，延長加熱棒壽命。

圖5 改進結構前加熱棒

圖6 改進結構后加熱棒

（2）溫控開關進一步升級。溫控開關由原先的溫控更改為韓國某品牌溫控，采用液脹式溫控器，具有控溫準確，壽命長，穩定可靠，開停溫差小，控溫調節范圍大的特點。在廠家試驗，將0.5 m3潤滑油加熱，加熱1 天后，第二天實測溫度與設定溫度35 ℃誤差很小，并未跳閘。拆檢新加熱棒，加熱管并沒有干燒變色，可以判斷溫控開關并沒有損壞，具備在低于設定溫度下自動加熱和高于設定溫度下停止加熱的性能。

4 結束語

電加熱棒在油箱中具有至關重要的作用，保證潤滑油在合適的溫度有最佳的黏度。但實際工況復雜多變都會導致電加熱器出現各種故障，甚至損壞潤滑油。對某往復機組油箱電加熱棒損壞問題進行了分析，并制定了相應的改進措施，最終解決了油箱冒煙和無法控溫的問題，不僅節約了維修成本，而且延長了電加熱器的有效運行時間，為處理電加熱器問題提供了借鑒和參照。