大型機(jī)組油系統(tǒng)抗晃電能力提高措施

劉 震

（中國石油大港石化公司 天津）

大型離心式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，如富氣壓縮機(jī)、循環(huán)氫壓縮機(jī)，因其功率大、轉(zhuǎn)速高、流量大、壓力高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、監(jiān)控儀表多，往往承擔(dān)著一套裝置或多套裝置的關(guān)鍵功能，而其非計(jì)劃停機(jī)又可能會(huì)引起整個(gè)生產(chǎn)裝置停產(chǎn)，會(huì)給企業(yè)造成巨大損失。因此，在設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、儀表控制和日常管理監(jiān)控方面都配備得相當(dāng)完備，非計(jì)劃停機(jī)的情況極為少見。據(jù)公司近5年的統(tǒng)計(jì)，因?yàn)殡x心機(jī)組本身原因而造成的非計(jì)劃停機(jī)共6臺(tái)次，除加氫裂化循氫壓縮機(jī)因首級(jí)葉輪硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂停機(jī)1次外，其余5次均為電壓波動(dòng)而引起停機(jī)。所以提高大型離心機(jī)組的抗晃電能力至關(guān)重要。

一、問題分析

1.現(xiàn)象分析

公司目前使用的5臺(tái)大型離心式壓縮機(jī)組的潤滑油系統(tǒng)，有2臺(tái)采用汽輪機(jī)+電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，3臺(tái)采用雙電泵模式。5年間發(fā)生的5次晃電油壓低聯(lián)鎖，均發(fā)生在3臺(tái)采用雙電泵模式的壓縮機(jī)上，所以解決了雙電泵潤滑系統(tǒng)的晃電油壓低聯(lián)鎖問題，也就提高了離心機(jī)組的抗晃電能力。

2.雙電泵的潤滑系統(tǒng)工作原理

潤滑油泵1開1備，當(dāng)主油泵故障停機(jī)時(shí)，輔油泵自動(dòng)開啟切換。潤滑油泵出口壓力0.8 MPa，潤滑油經(jīng)過冷卻器、過濾器、自力式調(diào)壓閥等到達(dá)壓縮機(jī)潤滑油總管，總管潤滑油壓力0.25 MPa。當(dāng)總管油壓力降低到0.15 MPa時(shí)，儀表報(bào)警聯(lián)鎖啟動(dòng)輔油泵進(jìn)行補(bǔ)壓，當(dāng)總管油壓＜0.1 MPa時(shí)，壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。

3.晃電造成油壓低聯(lián)鎖停機(jī)的原因分析

當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)的主油泵因晃電停運(yùn)時(shí)，潤滑油壓迅速下降到低報(bào)值（0.15 MPa）以下，輔油泵聯(lián)鎖強(qiáng)行啟動(dòng)，但由于油溫低或排氣等原因使?jié)櫥蜕龎郝?，油壓值仍?huì)跌至聯(lián)鎖停機(jī)值（0.1 MPa）以下，并維持該數(shù)值2～3 s，這樣壓縮機(jī)就會(huì)因過低的油壓而聯(lián)鎖停機(jī)。

如圖1所示，比較兩次故障現(xiàn)象，相同點(diǎn)是主油泵停運(yùn)后，潤滑油壓力下降速度快，而且當(dāng)備用油泵啟動(dòng)后，油壓繼續(xù)下跌到0.1 MPa以下，并持續(xù)一段時(shí)間，隨后壓力再迅速上升，直至正常；不同點(diǎn)是第二次的停機(jī)輔助油泵啟動(dòng)快，低油壓持續(xù)時(shí)間短，這是因?yàn)楫?dāng)年大修主、輔油泵時(shí)，在保持儀表連鎖的基礎(chǔ)上增設(shè)了失電互鎖功能。

圖1 油壓變化狀況圖

4.聯(lián)鎖邏輯分析

輔油泵啟動(dòng)條件有兩個(gè)，一是潤滑油總管油壓正常保持在0.25 MPa，低于＜0.15 MPa時(shí)，低油壓信號(hào)（油壓變送器來）觸發(fā)聯(lián)鎖啟動(dòng)輔助油泵，當(dāng)潤滑油壓＜0.1 MPa時(shí)，油壓開關(guān)“三取二”動(dòng)作觸發(fā)聯(lián)鎖停機(jī)。二是當(dāng)主油泵無運(yùn)行信號(hào)后，延時(shí)2 s啟動(dòng)輔助油泵。如此組態(tài)的目的是為了增強(qiáng)抗信號(hào)干擾能力，避免頻繁啟停輔油泵。

5.原因總結(jié)

造成機(jī)組抗晃電能力差的主要原因?yàn)殡p電泵的潤滑油系統(tǒng)，當(dāng)由于電壓的波動(dòng)造成主油泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)而輔油泵啟動(dòng)不及時(shí)、上壓慢，同時(shí)潤滑油總管壓力下降快而最終導(dǎo)致潤滑油壓低聯(lián)鎖停機(jī)。此過程中，關(guān)鍵的時(shí)間段就是低于停機(jī)油壓和油壓上升到停機(jī)油壓這個(gè)過程，大約在3 s之內(nèi)。

二、改進(jìn)措施

1.減少輔助油泵的啟動(dòng)時(shí)間

這一條是關(guān)鍵也是其他幾條的基礎(chǔ)，只有保證輔助油泵在第一時(shí)間啟動(dòng)，才能保證后續(xù)的油壓的穩(wěn)定。

（1）提高輔助油泵的聯(lián)鎖啟動(dòng)油壓。將0.15 MPa的低油壓自啟提高到2 MPa，把輔助油泵的自啟時(shí)間提前也就給油壓的上升爭取了時(shí)間。按照圖1所示的2010年6月的停機(jī)曲線，輔助油泵就可以0.5 s啟動(dòng)。

（2）修改“主油泵無運(yùn)行信號(hào)后，延時(shí)2 s啟動(dòng)輔助油泵”的聯(lián)鎖條件。將延時(shí)2 s去除，雖然會(huì)造成由于信號(hào)的干擾頻繁啟停輔油泵而加劇輔助油泵的損壞，但是相比主機(jī)是值得的，必要時(shí)可以儲(chǔ)備一臺(tái)輔油泵的泵頭，以便及時(shí)更換。

（3）增加斷電自啟動(dòng)條件。輔助油泵的啟動(dòng)，是在油壓降至低報(bào)值時(shí)才執(zhí)行，這是為了保證主油泵在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)油壓產(chǎn)生輕微波動(dòng)時(shí)（大于低報(bào)值）而不致誤啟動(dòng)輔助油泵而起到一定的預(yù)防作用。

但若是晃電、停電或其他故障引起主油泵跳閘斷定停運(yùn)時(shí)，就沒有必要非等到油壓下降至低報(bào)值，才允許啟動(dòng)輔助油泵，也就是說只要主泵停，輔泵就必須立即啟動(dòng)運(yùn)行。因此，在保留原儀表聯(lián)鎖外還應(yīng)增設(shè)主油泵斷電，備用泵立即自啟動(dòng)的條件，與油壓下降啟動(dòng)備用泵條件共同存在、相互獨(dú)立。從兩次停機(jī)曲線的比較上明顯可以看出起到了一定作用，提前了1 s。

（4）雙油泵運(yùn)行。在現(xiàn)場不具備停車改造的情況下，啟雙油泵運(yùn)行是既簡單又行之有效的方法。因?yàn)榘凑彰绹蛯W(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API614《石油、化工和氣體工業(yè)用潤滑、軸密封和控制油系統(tǒng)及輔助設(shè)備》的“特殊用途油系統(tǒng)”章節(jié)中指出“潤滑油站管路及其附件應(yīng)滿足兩臺(tái)油泵同時(shí)工作時(shí)的壓力等級(jí)；回油系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為能適應(yīng)兩臺(tái)油泵全流量輸出時(shí)的工況，并且底座內(nèi)的回油管應(yīng)保證回油液面不超過管徑的一半”。所以潤滑油系統(tǒng)是能承受雙油泵運(yùn)行的。

2.減少泄壓點(diǎn)增設(shè)總管止回閥

潤滑油總管有可能引起泄壓的地方共3處：①各個(gè)潤滑點(diǎn)也就是用油點(diǎn)，包括壓縮機(jī)兩側(cè)軸瓦，減速機(jī)高低速軸瓦和電機(jī)兩側(cè)軸瓦，這是正常用油，不可避免；②高位油箱的上油孔板，是為了保證機(jī)組惰走過程中對潤滑油的需求，不能去掉；另外高位油箱一般都布置在機(jī)組軸心線≥5 m的高度上，所以對油壓的維持起到一定積極作用，不需要改變。③總管上的調(diào)節(jié)閥，負(fù)責(zé)限制總管的壓力，安裝在過濾器之后的總管上，自力式控制閥一方面會(huì)內(nèi)漏，另一方面它的關(guān)閉需要一定的時(shí)間，這樣就造成潤滑油從此處回流至油箱。

改進(jìn)方法是在控制閥后，進(jìn)入各個(gè)潤滑點(diǎn)之前的油總管上安裝一個(gè)止回閥，一旦主油泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，輔助油泵也未及時(shí)啟動(dòng)供油，則止回閥立即關(guān)死，使高位油箱的潤滑油必去經(jīng)過軸承回油管線，再返回油箱，防止高位油箱的潤滑油走短路，降低了潤滑油總管的油壓下降速度。

3.延長潤滑油穩(wěn)壓時(shí)間增設(shè)蓄能器

在保證各潤滑點(diǎn)用油的情況下，要實(shí)現(xiàn)潤滑油總管壓力的穩(wěn)定就必須設(shè)置一個(gè)油補(bǔ)償裝置，參照控制油系統(tǒng)建議在潤滑油總管上增設(shè)一個(gè)蓄能器。

選擇膠囊式蓄能器，確定氣囊充氮壓力為0.09 MPa。按照美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) API 614中1.8.2的要求：“在備用泵加速期間或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵至少4 s期間，系統(tǒng)供給壓力應(yīng)保持在停機(jī)開關(guān)設(shè)定值之上”，即主泵跳車后輔泵啟動(dòng)期間，應(yīng)設(shè)置蓄能器使之保證4 s內(nèi)潤滑油的壓力高于停機(jī)值?？紤]到實(shí)際管路與標(biāo)準(zhǔn)中存在的差異，取5 s為輔油泵的潤滑油補(bǔ)壓時(shí)間。在此期間,潤滑油管路損耗的介質(zhì)總量,應(yīng)該等于系統(tǒng)正常運(yùn)行5 s的介質(zhì)損耗量,故蓄能器所提供的介質(zhì)總量，即蓄能器的排油容積應(yīng)為26 L，最終蓄能器有效容積確定為57 L（計(jì)算過程略）。

根據(jù)計(jì)算的蓄能器有效容積，選擇配置總?cè)莘e60 L的蓄能器?？紤]到蓄能器在將存油全部釋放后重新充油過程中對系統(tǒng)油量需求過大，可能會(huì)造成供油總管壓力的瞬時(shí)波動(dòng)。選用DN25的管作為蓄能器充油管，以確保在不妨礙油系統(tǒng)正常工作的前提下，將透平油緩慢地補(bǔ)充到蓄能器組中。同時(shí)為了使蓄能器迅速補(bǔ)壓，選用DN50的無縫管作為供油管道，為了便于安裝，將其設(shè)置在潤滑油總管末端的法蘭盲板處。

4.延長油壓低聯(lián)鎖停機(jī)啟動(dòng)時(shí)間3 s

（1）邏輯修改方案（以重整循環(huán)氫壓縮機(jī)為例）。TOF功能塊參數(shù)見表1。

表1 TOF功能塊參數(shù)

（2）延時(shí)關(guān)功能塊描述。延時(shí)關(guān)功能塊輸入輸出信號(hào)線見圖2。由于系統(tǒng)采用1信號(hào)正常，0信號(hào)聯(lián)鎖所以選用延時(shí)關(guān)功能塊。（TOF）輸入信號(hào)（IN）是機(jī)組潤滑油壓力3取2的觸發(fā)信號(hào)，輸出信號(hào)（Q）是聯(lián)鎖動(dòng)作信號(hào)。當(dāng)潤滑油壓力3取2信號(hào)（IN）由1變?yōu)?信號(hào)時(shí),經(jīng)過一個(gè)延時(shí)時(shí)間3 s（PT）后,聯(lián)鎖信號(hào)（Q）由1變?yōu)?。當(dāng)潤滑油壓力3取2信號(hào)（IN）由0變?yōu)?時(shí)，聯(lián)鎖信號(hào)（Q）直接由 0變?yōu)?沒有延時(shí)。當(dāng)潤滑油壓力3取2信號(hào)（IN）由1變?yōu)?0信號(hào)時(shí)，在延時(shí)時(shí)間3 s（PT）內(nèi), 潤 滑油壓力3取2信號(hào)（IN）由0恢復(fù)到1時(shí)，輸出Q不變保持1信號(hào)。在任何時(shí)間潤滑油壓力3取2信號(hào)（IN）變?yōu)?信號(hào)時(shí),延時(shí)時(shí)間3 s（PT）復(fù)位,輸出Q變?yōu)?信號(hào)。

圖2 延時(shí)關(guān)功能塊輸入輸出信號(hào)線

5.改進(jìn)輔助油泵聯(lián)鎖啟動(dòng)的聯(lián)校內(nèi)容

習(xí)慣做法是每次啟動(dòng)前的聯(lián)校時(shí)，只要看到潤滑油壓低報(bào)警和輔助油泵能夠自動(dòng)啟動(dòng)就認(rèn)為聯(lián)鎖正常。應(yīng)該把機(jī)組的聯(lián)鎖停車信號(hào)納入輔助油泵自啟校驗(yàn)來。只有在當(dāng)觸發(fā)低油壓聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)之前，輔助油泵已啟動(dòng)并使油壓恢復(fù)正常，才能認(rèn)為聯(lián)鎖正常。

6.實(shí)施效果

目前3臺(tái)雙電泵的壓縮機(jī)組全部實(shí)施了聯(lián)鎖延時(shí)3 s，取消了延遲2 s啟動(dòng)輔油泵和電機(jī)低電壓自啟動(dòng)，其中焦化富氣壓縮機(jī)還實(shí)施雙泵運(yùn)轉(zhuǎn)。自2013年1月最后一臺(tái)改進(jìn)后，3臺(tái)機(jī)組未再發(fā)生晃電停機(jī)情況。由此可見，制定切實(shí)可行的抗晃電措施以增強(qiáng)生產(chǎn)裝置的抗晃電能力非常重要，可以有效地防止多起晃電事故，避免停車。