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(jī)機(jī)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(huán)。潤滑油是否升溫達(dá)到設(shè)計(jì)要求，關(guān)系到機(jī)組能否正常穩(wěn)定運(yùn)行。油溫太低會造成潤滑油黏度太高進(jìn)而局部潤滑不良，油溫太高會造成潤滑油黏度太低進(jìn)而機(jī)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(guān)重要的作用。

1 電加熱棒損壞事故案例

2020 年12 月8 日，現(xiàn)場工藝人員準(zhǔn)備某壓縮機(jī)開車前的油箱升溫工作，半小時后發(fā)現(xiàn)油箱上方呼吸器有冒煙，現(xiàn)場氣味較大，且隨著時間加長有煙氣越來越多的現(xiàn)象。設(shè)備人員在油箱回油處拆開上方壓蓋，檢查發(fā)現(xiàn)潤滑油有沸騰現(xiàn)象，油箱回油口可見潤滑油沸騰現(xiàn)象如圖1 所示。基本判斷為電加熱棒損壞導(dǎo)致油溫局部過熱。準(zhǔn)備開此壓縮機(jī)的備機(jī)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(lián)系廠家對油箱潤滑油予以徹底更換并對2 處電加熱棒進(jìn)行拆檢，均拆檢發(fā)現(xiàn)護(hù)套上結(jié)焦嚴(yán)重，護(hù)套結(jié)焦如圖2 所示，護(hù)套內(nèi)的加熱管干燒變色，其中一個加熱管已出現(xiàn)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(hù)套結(jié)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(yù)定溫度的所需功率和維持環(huán)境溫度和油箱預(yù)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(jù)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(jì)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(shè)計(jì)的功率小導(dǎo)致油箱局部過熱的原因。

（2）由于工廠用電的電壓并不穩(wěn)定，一般比額定電壓略高，這就讓單電加熱棒功率有可能達(dá)到2200 kW。以2200 kW 計(jì)算，經(jīng)測量加熱元件有效長度為380 mm，該金屬管直徑為20 mm?？傮w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(biāo)準(zhǔn)[2]表1 中的建議值0.007 W/mm2。所以加熱元件功率導(dǎo)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(chǎn)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(jī)械工業(yè)部潤滑油表面負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)

（3）溫控開關(guān)本是起到監(jiān)測到環(huán)境溫度低于設(shè)定值時閉合，高于設(shè)定值時自動斷開電路的作用。而在實(shí)際中發(fā)生低于設(shè)定值并未加熱的溫度，高于設(shè)定值也并未停止加熱的可能。后拆下電加熱棒單獨(dú)在廠家作試驗(yàn)，明明設(shè)定值是35 ℃停止加熱，的確存在持續(xù)加熱到上百攝氏度的現(xiàn)象。由于持續(xù)加熱，進(jìn)而加熱管干燒，護(hù)套上粘有油高溫分解的焦?fàn)钗?，油箱出現(xiàn)局部過熱沸騰冒泡也就不足為怪。

綜上所述，溫控開關(guān)損壞也是導(dǎo)致電加熱棒損壞的原因之一。所以有必要對電加熱棒結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)。

3 針對該加熱棒的改進(jìn)方案

（1）通過合理的設(shè)計(jì)使加熱元件的功率密度進(jìn)一步降低。改進(jìn)加熱元件的設(shè)計(jì)主要思路是將原有電加熱棒的結(jié)構(gòu)（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(jìn)結(jié)構(gòu)后加熱棒如圖6 所示。經(jīng)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?？蓪⒓訜岚粲稍鹊挠行чL度380 mm 加長到700 mm，并且直徑由原先的20 mm 更變?yōu)?0 mm。這樣，加熱元件的功率密度進(jìn)一步降低。而且原先是由一個護(hù)套內(nèi)部有3 根小加熱棒改造為3 個護(hù)套內(nèi)各有1 根加熱棒，這樣可以保證如果一根加熱棒出現(xiàn)短路或其他異?？梢栽诓桓鼡Q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(jìn)結(jié)構(gòu)前加熱棒

圖6 改進(jìn)結(jié)構(gòu)后加熱棒

（2）溫控開關(guān)進(jìn)一步升級。溫控開關(guān)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(zhǔn)確，壽命長，穩(wěn)定可靠，開停溫差小，控溫調(diào)節(jié)范圍大的特點(diǎn)。在廠家試驗(yàn)，將0.5 m3潤滑油加熱，加熱1 天后，第二天實(shí)測溫度與設(shè)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(guān)并沒有損壞，具備在低于設(shè)定溫度下自動加熱和高于設(shè)定溫度下停止加熱的性能。

4 結(jié)束語

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