山西兰花煤化工有限责任公司18万t/a合成氨、30万t/a尿素装置原料气压缩机采用沈阳鼓风机厂生产的6M50-453/35-BX的往复式压缩机。该机型为六列四级电驱压缩机,一段缸为3个,并行排列在与主轴平行的一条轴线上,二、三、四段各一缸排列在另一轴线上。2004年4月开始试车,同年8月达产。在试车过程中2#机运行正常,各项工艺指标均正常。
原因分析
1.连杆螺栓是压缩机最重要的部件之一,尽管它外形很小,但要承受很大的交变载荷,由于连杆螺栓受力复杂,因此螺栓上的螺纹一般采用高强度的细压螺纹,螺纹底部不允许有尖角,螺纹杆部粗糙度不低于0.8。该连杆螺栓材质为35CrMoA,断面呈拉伸撕裂,有明显的塑性变形而且断裂截面如葫芦状,明显变细,经X射线和磁粉探伤,发现断裂面的晶向受剪切力产生疲劳,而且通过探伤发现该螺栓在制造时有明显的应力集中缺陷。
2.由于该机组设计为三段进口回收脱碳工序高闪槽来的高闪气(回收高闪气主要是节能项目),高闪气的压力远大于三段工艺进气压力而压缩机的一段进气压力又达不到设计指标0.002 MPa,只有0.0008 MPa左右,压缩机的一段进气压力主要靠气柜的配重块产生的重力来提供。2#机的进气压力相比其他机又低200 Pa(经事故后查压力低的原因是2#机一段进口大阀阀板变形,开启度只能达85%左右),系统调节时经常用2#机调节气量打回路,而该机组三段未设计回路从而造成供气、输气不平衡,出现间断的喘振现象。机组在长期不平衡的状态下导致事故的发生。
3.该机组驱动电机为防爆无炭刷励磁电机,在原始开车初期经常出现励磁失步电流高、主机连锁跳车的问题。此前机组每次跳车后都组织检修工仔细检查各运动部件和连接部位(十字头、连杆及连杆螺栓),均未检查出异常问题。此次跳车后由于值班检修工和操作工只检查了十字头体,未检查连杆螺栓部分。
4.在5:15时2#机三段连接部位声音异常后,未及时做停车处理,导致了事故的升级扩大化。
5.该机组三段缸在安装时偏离径向中心线117μm,造成连杆憋劲,致使曲轴中心线与三段缸机身滑道中心线不垂直,连杆处于歪斜状态。连杆螺栓安装时要求务必保证螺栓头部底面与螺栓轴线相垂直。当三段缸偏离径向中心线后连杆大头瓦由面受力转变为点受力,连杆螺栓承受的剪切力增大,疲劳加剧,事故发生。
修复过程
1.对主轴轴向中心线进行了对中找正,采用声电法找正,钢丝挠度选用48.2,直径0.35 mm。重锤重量选用12.34 kg。
2.使用冷焊堆接并经人工磨圆抛光后进行表面热处理。
3.更换连杆、大头瓦、小头瓦、十字头体、十字头销。
4.折断的滑道材料为球墨铸铁,先进行48 h的加温,温升速度控制在5~8 ℃/h,温度达290 ℃左右后快速第1次焊接,然后保温加热12 h,温升控制在12~15 ℃/h左右,加热至440 ℃进行第2次强固焊接,焊接后降温72 h后(降温速度保持在20 ℃左右)经人工抛光处理,并使用十字头做往复磨合焊接面同时消除应力集中。
5.由于在事故发生时主轴三段曲拐处受到微变形,决定在第3点和第4点主轴瓦采用单边加厚30丝的巴氏合金加厚瓦,三段大头瓦采用铝合金瓦。扭紧连杆螺栓时用扭力备增扳手拧紧,扭矩不得超过120 MPa,螺栓拧紧伸长量按螺栓长度≤0.03~0.04/100 mm。修复后试车72 h后检查无问题,投入运行至今运行良好。
为了避免此类事故的再次发生,我公司加强各运转部件的检查和测量,从数据中发现问题;电气车间配合励磁机厂家调整了启动励磁电流,由原来的180 A调至220 A;车间对操作工进行相关培训,特别是对异常情况下的操作实施简化动态管理。通过各项措施的实施,该机组运行至今再未出现过异常事故,真正实现了长周期、安全、稳定、满负荷的运行。