芳烴離心壓縮機(jī)油路存在問題及對策

黃立群，賴仁滿

（福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州 362800）

0 引言

某公司70 萬噸/年芳烴聯(lián)合裝置以直餾重石腦油、加氫裂化重石腦油以及乙烯裂解汽油為原料，生產(chǎn)對二甲苯和苯等芳烴產(chǎn)品，共包含有10 套聯(lián)系緊密的單元。聯(lián)合裝置有4 臺關(guān)鍵機(jī)組（表1），這些機(jī)組一旦異常停機(jī)，都將造成裝置停工，經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，確保機(jī)組安穩(wěn)長滿優(yōu)運行對公司效益至關(guān)重要。

表1 芳烴聯(lián)合裝置關(guān)鍵機(jī)組清單

2017 年公司220 kV 總變壓器故障引發(fā)全廠各級電力系統(tǒng)晃電，芳烴裝置中K201、K202 和K701 均發(fā)生運行主油泵停泵輔助油泵自啟事件，其中K701 在主輔油泵切換過程中發(fā)生機(jī)組停車。機(jī)組停車迫使裝置停工，除了中斷PX 產(chǎn)品產(chǎn)出外，還影響到公司的氫氣平衡，給公司造成重大經(jīng)濟(jì)損失。為避免再次發(fā)生主輔油泵自動切換時造成機(jī)組停車，需要盡快找到故障原因并加以解決。

1 機(jī)組停機(jī)故障原因分析

1.1 機(jī)組潤滑油系統(tǒng)介紹

芳烴機(jī)組均包含驅(qū)動透平和工作離心壓縮機(jī)，二者共用一套潤滑油系統(tǒng)，油站除了給各軸瓦供潤滑油外，還給透平機(jī)組提供蒸汽調(diào)節(jié)閥用的控制油。潤滑油系統(tǒng)中設(shè)有互為備用的潤滑油泵，備用泵在潤滑油系統(tǒng)油壓低時可以自啟，從而保證潤滑油持續(xù)供應(yīng)。油泵出口設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥控制總管壓力，一般為1.0 MPa，潤滑油經(jīng)過互為備用的油冷器冷卻和油過濾器過濾后，油分為兩路，其中一路作為透平控制油，壓力控制在0.8～1.0 MPa；另一路經(jīng)過調(diào)節(jié)閥減壓至0.25～0.30 MPa，供至透平和壓縮機(jī)各軸瓦。潤滑油部分還設(shè)有高位罐，作為兩臺潤滑油泵停運后機(jī)組轉(zhuǎn)子惰走期間的軸瓦潤滑，避免軸瓦損壞。潤滑油和控制油均設(shè)有蓄能器，平時吸收油系統(tǒng)的脈動，在油泵自動切換等油壓大范圍降低時作為輔助動力源提供用油，確保各路油壓一定時間的穩(wěn)定[1]。K701 機(jī)組油路系統(tǒng)如圖1 所示。

1.2 機(jī)組跳機(jī)原因分析

1.2.1 事件記錄分析

從K701 跳機(jī)期間的SOE 來看，從主油泵停止運行開始計時，1 s 控制油壓力低至0.6 MPa，觸發(fā)啟動輔助油泵的條件，1.1 s 系統(tǒng)收到輔助油泵運行信號。而在輔油泵啟動后往系統(tǒng)補(bǔ)油充壓，但潤滑油系統(tǒng)壓力持續(xù)下降，2 s 時收到速關(guān)閥關(guān)閉信號，2.4 s 潤滑油壓力低于0.1 MPa（三取二）觸發(fā)低油壓聯(lián)鎖信號，K701 停機(jī)時間記錄如圖2 所示。

從兩個機(jī)組的SOE 來看，機(jī)組潤滑油壓力低報警、聯(lián)鎖自啟輔助油泵工作正常，輔助潤滑油泵正常啟動，在啟動過程中，并沒有控制信號去關(guān)閉速關(guān)閥，但速關(guān)閥卻實際關(guān)閉。此外，輔助油泵啟動正常后，潤滑油壓力仍然持續(xù)降低直至出發(fā)潤滑油壓力低低聯(lián)鎖信號。檢查油路中的控制油蓄能器和潤滑油蓄能器，壓力正常，排除蓄能器本身故障因素。

1.2.2 速關(guān)閥關(guān)閉原因分析

在速關(guān)閥工作狀態(tài)下，彈簧被壓縮在活塞內(nèi)，活塞盤在速關(guān)油作用下緊貼活塞，確保速關(guān)油不泄漏而保持壓力。此時速關(guān)閥是否關(guān)閉，只與速關(guān)油壓力有關(guān)，當(dāng)速關(guān)油壓力不足，速關(guān)油在活塞盤上的作用力＜彈簧力時，活塞盤在彈簧力的作用下向左運動，活塞盤與活塞的接觸面打開，速關(guān)油快速通過接觸面從回油口泄壓回油箱，速關(guān)閥在彈簧力作用下快速關(guān)閉?？刂葡到y(tǒng)聯(lián)鎖跳機(jī)切斷蒸汽就是通過電磁閥控制對速關(guān)油泄壓，使速關(guān)油壓在活塞盤上產(chǎn)生的壓力＜彈簧力從而切斷蒸汽，速關(guān)閥油缸示意如圖3 所示。

在SOE 事件記錄中，速關(guān)閥關(guān)閉前控制系統(tǒng)未發(fā)出任何電磁閥動作信號，可以判斷速關(guān)閥關(guān)閉是由于控制油系統(tǒng)本身壓力不足所致。

1.2.3 切泵時油壓過低原因分析

主輔油泵切換時，主油泵停運，潤滑油總管壓力降低，總管壓控閥關(guān)閉回油，?？偣軌毫?。壓力持續(xù)下降，低于0.6 MPa 時觸發(fā)輔助油泵自啟功能，輔助油泵啟動后，開始向系統(tǒng)供油，直至壓力回到正常。油泵切換時油壓的降低通過蓄能器的補(bǔ)油來維持油壓，直至輔助油泵正常補(bǔ)油。合格的潤滑油系統(tǒng)可以保證速關(guān)閥的控制油壓力高于彈簧力而不關(guān)閉，潤滑油壓力不觸發(fā)低低聯(lián)鎖。

圖1 K701 機(jī)組油路系統(tǒng)

圖2 K701 停機(jī)時間記錄

圖3 速關(guān)閥油缸示意（工作狀態(tài)）

機(jī)組油壓在切換時不足，可能有3 個原因。①蓄能器失效，如皮瓤無壓力或破損；②蓄能器容量不足，維持油壓的時間達(dá)不到設(shè)計要求；③油泵流量不足，補(bǔ)油不及時。機(jī)組的潤滑油系統(tǒng)在設(shè)計就進(jìn)行了核算，但實際情況還是有少數(shù)機(jī)組會發(fā)生主輔油泵切換時油壓不足的問題，主要有5 種因素造成這種偏差。

（1）軸瓦進(jìn)油孔加工尺寸偏差?？讖郊庸て?，同等條件下油通量就大。

（2）軸瓦間隙偏差。軸瓦間隙標(biāo)準(zhǔn)是一個范圍，不同的軸瓦間隙值是不一樣的，有可能偏下限，也有可能偏上限。如果間隙偏上限，同等條件下用油量更大。

（3）軸瓦進(jìn)油壓力控制偏差，軸瓦進(jìn)油壓力廠家建議按0.1～0.15 MPa 控制。如果壓力調(diào)高，相應(yīng)的就增加用油量。

（4）油溫的影響。油溫越高，黏度越低，在流過相同的孔徑時阻力更小，相應(yīng)的也會增加用油量。

（5）轉(zhuǎn)速的影響。對于同一個轉(zhuǎn)子，對比靜態(tài)下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來時會在軸瓦上形成的油膜，有一定的吸力，也會增加用油量。

由于上述原因的存在，各軸瓦的實際用油量與設(shè)計用油量存在偏差，絕大部分情況下這種偏差都在油站用油量設(shè)計時的安全系數(shù)范圍內(nèi)，少數(shù)機(jī)組存在用油緊張，導(dǎo)致機(jī)組在工作狀態(tài)下主輔油泵切換時機(jī)組跳車[2-4]。由于測試時的機(jī)組條件與機(jī)組正常運行時的條件不同，這種用油緊張在測試時無法發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)子正常運行時又不會再進(jìn)行測試，這就為后續(xù)的跳車埋下隱患。機(jī)組測試時的條件與正常運行時的條件，主要存在以下不同：一是潤滑油溫度，測試時溫度較低，一般35～40 ℃，正常運轉(zhuǎn)時系統(tǒng)油溫更高，接近60 ℃；二是轉(zhuǎn)子的狀態(tài)，測試時轉(zhuǎn)子是靜止的，正常運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)。

2 改進(jìn)措施

2.1 油路改進(jìn)措施

針對潤滑油管路油壓不足問題，在排除蓄能器本身故障因素外，有2 種方法可以采用。①重新核算蓄能器容量，根據(jù)核算情況增加蓄能器；②增加潤滑油泵的流量。采用哪種措施，要根據(jù)不同機(jī)組的具體情況來具體選擇。不少機(jī)組也存在主輔油泵切換時觸發(fā)潤滑油低低聯(lián)鎖，通過增加蓄能器來解決[2-4]，個別機(jī)組蓄能器需在原先2 個的基礎(chǔ)上再增加8 個[2]。

通過分析K201、K202、K501 和K701 四臺機(jī)組正常運行后的油路圖，發(fā)現(xiàn)K202 的潤滑油總管壓力壓控閥開度44.5%，K501 潤滑油總管壓力壓控閥開度51%，而K701 的潤滑油總管壓力壓控閥開度僅有3%。潤滑油總管壓力壓控閥開度的大小，規(guī)范上沒有明確要達(dá)到多少，但這個參數(shù)可以從側(cè)面反應(yīng)油泵流量的富裕量。油泵富裕量大，說明輔助油泵啟動后往系統(tǒng)補(bǔ)油能力大，可以快速將系統(tǒng)壓力補(bǔ)充。油泵富裕量小，輔泵啟動后往系統(tǒng)充壓時間會更長，導(dǎo)致系統(tǒng)抗干擾能力降低。因此，可以通過潤滑油總管壓力調(diào)節(jié)閥開度這個參數(shù)來判斷機(jī)組用油量是否存在緊張問題。

綜合考慮，采用增加潤滑油泵流量的措施。在不更換現(xiàn)有電纜的前提下提高電機(jī)功率來提高油泵流量。為節(jié)約成本，改造僅采購兩臺泵頭組件，利舊2 臺37 kW 電機(jī)。K701 的潤滑油泵改造前后油泵參數(shù)見表2。

表2 潤滑油泵改造前后參數(shù)

2.2 測試方法改進(jìn)

反思主輔油泵切換測試方法，發(fā)現(xiàn)之前在做主輔油泵切換測試時，是在速關(guān)閥關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行的，忽視了主輔油泵切換時對速關(guān)閥的影響。這種測試方法無法檢測到油壓降低是否會直接關(guān)閉速關(guān)閥。對于控制油和潤滑油共用一個油站的機(jī)組，在進(jìn)行潤滑油泵切換測試時，應(yīng)該把速關(guān)閥開啟，通過強(qiáng)制關(guān)閉運行油泵，測試輔油泵是否及時自啟、是否會導(dǎo)致速關(guān)閥關(guān)閉以及是否會觸發(fā)潤滑油壓低低聯(lián)鎖。

2.3 改進(jìn)效果

利用2018 年裝置停工大檢修的機(jī)會，將K701 的油泵進(jìn)行擴(kuò)容改造。改造后，K701 潤滑油總管壓控閥開度由3%提高到35%（圖1）。在速關(guān)閥開啟狀態(tài)下進(jìn)行主輔油泵切換測試，測試表明，油泵切換時油路總管油壓最低值由0.15 MPa 提高到0.35 MPa，潤滑油管路油壓最低由0.07 MPa 提高到0.14 MPa，速關(guān)閥沒有關(guān)閉，未觸發(fā)潤滑油壓力低低聯(lián)鎖，改造效果非常好。

3 結(jié)束語

（1）通過詳細(xì)分析機(jī)組跳車的事件記錄，找到機(jī)組跳車的原因是潤滑油系統(tǒng)在主輔油泵切換過程中油量不足。結(jié)合現(xiàn)有工況，采用提高油泵流量的方法解決油路缺陷。

（2）對于透平-壓縮機(jī)機(jī)組而言，潤滑油系統(tǒng)中潤滑油總管壓力調(diào)節(jié)閥開度可以作為機(jī)組油泵流量是否足夠富裕的參考，該閥開度在25%以上比較可靠。

（3）對于透平-壓縮機(jī)機(jī)組而言，主輔油泵切換測試時應(yīng)該將透平速關(guān)閥開啟，以便測試油泵切換不會導(dǎo)致速關(guān)閥直接關(guān)閉。