熊卫，陈杰
（四川泸天化股份有限公司，四川 泸州646300）
［摘 要］四川泸天化股份有限公司150 kt/a气头合成氨装置一段炉原料空气系统4HC/3型空压机（K102A、K102B）为四缸对称平衡型往复式压缩机，自1966年投运以来，机组总体运行平稳。2022年3月27日，K102A振值高报警、联锁未动作，现场紧急停车，启用备机K102B。拆检发现，K102A曲轴箱之1#主轴瓦南侧拉筋座断裂、2#主轴瓦两侧拉筋座有贯穿性裂纹、1#～3#曲轴箱轴承座底部洼涡有贯穿性裂纹、三段缸中体整体断裂、曲轴箱严重损坏，机组损坏程度接近报废。结合事故现象及拆检情况分析认为，机组长期运行中气阀阀杆丝牙出现滑丝松动致零部件掉入三段活塞与气缸之间的空隙而造成长时间“撞缸”及连续高振值运行但并未触发振值高联锁，是本次事故发生的主要原因。经检修（曲轴箱修复为本次检修工作的重点与难点）与优化改进（K102A、K102B联锁保护方式由“二选二”改为“一选一”，并修改联锁保护参数设置），2022年7月K102A完成修复，随后进行空载试验及带负荷运行试验，其工艺参数符合要求，修复工作取得成功，保障了合成氨装置的安全、稳定运行。
［关键词］往复式空压机；严重损坏；原因分析；曲轴箱拆装；曲轴箱修复；振动联锁保护改进；空压机试车；经验教训
［中图分类号］TH457 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）03-0045-03
0 引 言
四川泸天化股份有限公司（简称泸天化）合成车间150 kt/a气头合成氨装置于1966年建成投产（原始设计产能为100 kt/a，1989年通过扩产改造将合成氨产能提升至150 kt/a），其一段炉原料空气系统自1989年改造以来，一直主要由3台往复式空压机（K102A、K102B和K102D）联合运行供给原料空气，其中，K102A和K102B是20世纪60年代意大利新比隆（NUOVO PIGNONE）公司制造的，为有油润滑结构，采用非防爆同步电机驱动；K102D则是20世纪80年代末美国库伯公司制造的，为无油润滑结构，采用防爆电机驱动；据合成氨装置的不同生产模式，3台空压机主要以“K102A+K102D并联，K102B备用”的模式运行[1]。
泸天化150 kt/a合成氨装置一段炉原料空气系统4HC/3型往复式空压机（K102A、K102B）为四缸对称（一段东缸、一段西缸与二段缸、三段缸对称布置）平衡型往复式压缩机，自1966年投运以来，机组总体运行平稳。K102A、K102B主要设备参数：一段（含东缸/西缸）、二段、三段排气压力分别为2.5 kgf/cm2、7.5 kgf/cm2、20 kgf/cm2，一段（含东缸/西缸）、二段、三段排气温度分别为175 ℃、165 ℃、155 ℃；流量5 784 m3/h，转速428 r/min，轴功率875 kW，配套电机额定功率1 014 kW。
2022年3月27日，K102A振值高报警、联锁未动作，操作人员现场紧急停车，启用备机K102B。经拆检，K102A损坏程度接近报废，为重大设备损坏事故。对K102A事故原因进行分析，通过检修与优化改进，于2022年7月成功修复了K102A，保障了合成氨装置的安全、稳定运行。以下对有关情况作一介绍。
1 事故经过
2022年3月27日21：25：40，150 kt/a合成氨装置主控DCS系统显示空压机（K102A）突然出现异常振动[机身测量振值（VHCO-A1、VHCO-A2）正常值约4 mm/s、报警值为10 mm/s、联锁值为15 mm/s]；当日21：28其振值再次升高，最大值约8 mm/s，约10 s后振值开始波动；当日21：28：40，其振值大幅升高，VHCO-A1升至16.27 mm/s（超过联锁值）、VHCO-A2升至14.41 mm/s（未超过联锁值），机组振动联锁未动作（联锁方式为二选二），K102A持续30 s高振值运行；当日21：29：10，压缩岗位当班操作人员按手动按钮停运K102A，启运备机K102B。拆检发现，K102A曲轴箱之1#主轴瓦南侧拉筋座断裂、2#主轴瓦两侧拉筋座有贯穿性裂纹、1#～3#曲轴箱轴承座底部洼涡有贯穿性裂纹、三段缸中体整体损毁（断裂），曲轴箱严重损坏，机组损坏程度接近报废。
2 原因分析
4HC/3型空压机三段进气阀由贺尔碧格公司制造，其弹簧座与阀杆通过丝扣连接，并装配骑缝螺钉防松。分析认为，在空压机（K102A）的长期运行中，气阀阀杆丝牙出现滑丝松动的现象，导致弹簧座、缓冲片、升程限制器、阀片、弹簧等零部件同阀座分离，掉入三段活塞与气缸之间的空隙，与往复运动的活塞发生顶撞而造成“撞缸”，是本次事故发生的主要原因；由于无法承受长时间的反作用力（气体力+综合活塞力+惯性力），导致三段中体整体断裂、曲轴箱主轴瓦拉筋座断裂、轴承座立墙开裂等，即长时间“撞缸”运行是本次事故的次要原因。二者叠加，导致三段中体受到强大拉力而整体断裂、曲轴箱1#主轴瓦拉筋座断裂、1#～3#曲轴箱轴承座洼涡开裂等，造成重大设备损坏事故。
另外，本次事故发生时，K102A曲轴箱振值最先出现异常，由2 mm/s突升至3.8 mm/s左右，持续2 min；其后曲轴箱振值由3.8 mm/s突升至8.8 mm/s，DCS系统未报警提示，持续时间近30 min；而后，曲轴箱振值达14.41～16.27 mm/s，直至机组发生“撞缸”后现场手动紧急停车，期间DCS系统振动联锁保护一直未动作。简言之，空压机（K102A）联锁保护参数设置存在较大缺陷——曲轴箱振动报警值10 mm/s、联锁值15 mm/s，联锁保护方式为二选二/延时3 s，机组连续长时间高振值运行而未触发振值高联锁是本次事故的另一主要原因。
3 空压机曲轴箱的拆装与修复
由于空压机（K102A）曲轴箱损坏裂纹为重要受力部位且材质不易焊接，常规的手段根本无法修复。为保证150 kt/a合成氨装置高负荷连续运行，空压机必须有备机，泸天化决定整体拆除K102A，修复曲轴箱。于是，联系专业厂家一起制定了特殊的修复方案及回装措施。
3.1 空压机曲轴箱拆除及回装定位
修复工作的第一步首先需将曲轴箱整体拆除，送到沈鼓集团气体往复式压缩机公司修复，考虑到修复后的曲轴箱回装要恢复到拆除前的位置（实际标高、与电机前后左右的距离），以避免与驱动电机、管道的连接偏差过大而造成应力增大及运行中出现异常振动，在曲轴箱拆除前，利用各段中体的地脚螺栓分别安装了定位板，并进行了点焊固定，定位板端面到曲轴箱墙板的距离及定位板凹槽与安装在曲轴箱墙板上定位销的间隙、高度均进行了测量，作为回装定位依据。
3.2 空压机曲轴箱修复
1）由于K102A曲轴箱之1#主轴瓦南侧的拉筋座断裂及2#主轴瓦拉筋座存在贯穿性裂纹，已不能安装原来的加强筋板，因此在曲轴箱每个主轴承座的上方重新设计安装了用8颗M27穿墙螺杆紧固的4个加强筋板，并在筋板上开孔以便于安装主轴承测温探头，曲轴箱下部也加装了12颗M27穿墙螺杆，使曲轴箱机身形成整体牢固的框架结构。按原空压机工艺参数复核，原空压机的综合活塞力最大100 kN、气体力116 kN、惯性力144 kN，机身横梁修复改造后，曲轴箱箱体及横梁采用20颗M27穿墙螺栓拉紧，紧固后的曲轴箱能承受的最大活塞力为245 kN，完全可满足机组在交变载荷下的安全运行要求。
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