大型離心機組潤滑系統(tǒng)抗晃電措施

1、提高大型離心式壓縮機組抗晃電能力措施劉震摘要：本文針對離心機組晃電停機典型案列分析，提出并實施大型機組抗晃電能力增強措施，對提高機組運行的可靠性、大型機組及裝置的安全穩(wěn)定運行起到了良好的作用，避免了長期以來大型機組因供電系統(tǒng)晃電停運，裝置停車或局部停車給生產(chǎn)造成巨大損失。關(guān)鍵詞：離心式壓縮機；抗晃電；措施大型離心式壓縮機廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，如富氣壓縮機、循環(huán)氫壓縮機；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)鍵作用，而其非計劃停機又可能會引起整個生產(chǎn)裝置的停產(chǎn)，會給企業(yè)成巨大的經(jīng)濟損失和安全隱患。因此在設(shè)備的設(shè)計、制造、儀表控制和日常管理監(jiān)控方

2、面都配備的相當(dāng)完備，非計劃停機的情況極為少見。據(jù)統(tǒng)計近五年某石化公司因為離心機組本身原因而造成的非計劃停機共6臺次（見表1）,除2013年5月28日加氫裂化循氫壓縮機因首級葉輪硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂停機這一次外，其余5次均為電壓波動而引起停機。所以提高大型離心機組的抗晃電能力至關(guān)重要。表1近五年離心壓縮機非計劃停機統(tǒng)計表廳P停機時間設(shè)備名稱停機原因12009.8.65:17焦化富氣壓縮機晃電，低油壓聯(lián)鎖停機22010.6.179:35焦化富氣壓縮機晃電，低油壓聯(lián)鎖停機32013.5.3015:13加氫裂化循氫壓縮機振動高42013.12.419:09加氫裂化循氫壓縮機晃電，低油壓聯(lián)鎖停機52013

3、.12.419:09焦化富氣壓縮機晃電，低油壓聯(lián)鎖停機62013.12.419:18重整循氫壓縮機晃電，低油壓聯(lián)鎖停機1 .問題分析1.1 現(xiàn)象分析：該公司目前使用的5臺大型離心式壓縮機組的潤滑油系統(tǒng)有2臺采用汽輪機+電機驅(qū)動模式，3臺采用雙電泵模式；5年間發(fā)生的5次晃電油壓低聯(lián)鎖均發(fā)生在3臺采用雙電泵模式的壓縮機上，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組的抗晃電能力。配置雙電泵的潤滑系統(tǒng)的工作原理為：潤滑油泵一開一備，當(dāng)主油泵故障停機時，輔油泵自動開啟切換。潤滑油油泵出口壓力0.8MPa,潤滑油經(jīng)過冷卻器、過濾器、自力式調(diào)壓閥等到達(dá)壓縮機潤滑油總管，總管潤滑油油壓為0

4、.25MPa。當(dāng)總管油壓降低到0.15MPa時，儀表報警聯(lián)鎖啟動輔油泵進(jìn)行補壓；當(dāng)總管油壓低于0.1MPa時，壓縮機三取二會聯(lián)鎖停機。（見表2）現(xiàn)在以焦化富氣壓縮機2009年8月6日和2010年6月17日兩次典型的由于晃電造成油壓低聯(lián)鎖停機的現(xiàn)象分析原因：表2油壓連鎖設(shè)置值項目數(shù)值（MPa油泵出口壓力0.8總管壓力0.24-0.26啟動值0.22低報值（輔助油泵啟動值）0.15低低報（連鎖停機值）0.1而當(dāng)一臺運轉(zhuǎn)的主油泵因晃電停運時，潤滑油油壓迅速下降到低報值（0.15MPa）以下，輔油泵聯(lián)鎖強行啟動，但由于油溫低或排氣等原因使?jié)櫥蜕龎郝蛪褐等詴谅?lián)鎖停機值（0.10MPa）以下，并

5、名!持該數(shù)值2-3秒鐘，這樣壓縮機就會因過低的油壓而聯(lián)鎖停機。（見表3）表3兩次因晃電而造成停機DCS己錄的油壓一時間變化值:項目2009年8月6日5:17:55至U5:18:042010年6月17日9:35:33到9:35:39主油泵自停00油壓降至低報值以下（低于0.15）0(0.08)0(0.11)副油泵啟動1(0.08)0(0.11)油壓降至連鎖值以下（彳氐于0.1）0(0.08)1(0.06)油壓升至連鎖值以上（高于0.1）7(0.1)5(0.1)油壓升至低報值以上（高于0.15）9(0.26)6(0.245)油壓正常9(0.26)6(0.245)注：兩次都以晃電時間為起始時間，設(shè)為

6、0,單位：S。括號內(nèi)為當(dāng)時的油壓值（MPa）圖-1油壓變化狀況圖如圖-1所示，比較兩次故障現(xiàn)象，相同點為：主油泵停運后，潤滑油壓力下降速度快，而且當(dāng)備用油泵啟動后，油壓繼續(xù)下跌到0.1MPa以下，并持續(xù)一段時間，隨后壓力再迅速上升，直至正常；不同點為：6/17這次輔助油泵啟動快，低油壓持續(xù)時間短,這是因為2010年大修主、輔油泵在保持儀表連鎖的基礎(chǔ)上增設(shè)了失電互鎖功能。1.2 聯(lián)鎖邏輯分析輔油泵啟動條件有兩個：條件1：潤滑油總管油壓正常保持在0.25MPa左右，低于0.15MPa時，低油壓信號（油壓變送器來）觸發(fā)聯(lián)鎖啟動輔助油泵，當(dāng)潤滑油壓低于0.1MPa時，油壓開關(guān)”三取二”動作觸發(fā)聯(lián)鎖停機

7、。條件2:當(dāng)主油泵無運行型號后，延時2秒啟動輔助油泵。如此組態(tài)的目的是為了增強抗信號干擾能力，避免頻繁啟停輔油泵。1.3 原因總結(jié)綜上所述，造成機組抗晃電能力差的主要原因為雙電泵的潤滑油系統(tǒng)，當(dāng)由于電壓的波動造成主油泵停止運轉(zhuǎn)，而輔油泵啟動不及時，上壓慢；同時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，此過程中關(guān)鍵的時間段就是低于停機油壓和油壓上升到停機油壓這個過程，大約在3s之內(nèi)。2 .改進(jìn)措施針對以上分析出的聯(lián)鎖停機的原因，圍繞“黃金3S”提出了三方面的改進(jìn)措施，總結(jié)為：”兩個減少、兩個延長和一個改進(jìn)力2.1 減少輔助油泵的啟動時間這一條是關(guān)鍵，也是其他幾條的基礎(chǔ)，只有保證輔助油泵

8、在第一時間啟動，才能保證后續(xù)的油壓的穩(wěn)定。2.1.1 提高輔助油泵的聯(lián)鎖啟動油壓將0.15MPa的低油壓自啟提高到2.0MPa,這樣就把輔助油泵的自啟時間提前了，也就給油壓的上升爭取到了時間。按照圖-1所示的2010年6月的停機曲線，輔助油泵這樣就可以0.5S啟動。2.1.2 修改聯(lián)鎖”條件2當(dāng)主油泵無運行型號后，延時2秒啟動輔助油泵?！睂⒀訒r2s去除，這樣雖然會造成由于信號的干擾頻繁啟停輔油泵而加劇輔助油泵的損壞，但是相比主機這點犧牲是值得的，必要時可以儲備一臺輔油泵的泵頭，以便于及時更換。2.1.3 增加斷電自啟動條件輔助油泵的啟動，是在油壓降至低報值時才執(zhí)行，這是為了保證主油泵在正常運轉(zhuǎn)

9、時，系統(tǒng)油壓產(chǎn)生輕微波動時（大于低報值）而不致誤啟動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時，就沒有必要非等到油壓下降至低報值，才允許啟動輔助油泵，也就是說只要主泵停，輔泵就必須立即啟動運行。因此，在保留原儀表聯(lián)鎖外還應(yīng)增設(shè)主油泵斷電，備用泵立即自啟動的條件，與油壓下降啟動備用泵條件共同存在，相互獨立。兩次停機曲線的比較上明顯可以看出起到了一定作用，提前了1S。2.1.4 雙油泵運行。在現(xiàn)場不具備停車改造的情況下，啟雙油泵運行是既簡單又行之有效的方法。因為按照美國石油學(xué)會標(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

10、油系統(tǒng)”章節(jié)中指出“潤滑油站管路及其附件應(yīng)滿足兩臺油泵同時工作時的壓力等級；回油系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計為能適應(yīng)兩臺油泵全流量輸出時的工況，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)是能承受雙油泵運行的。2.2 減少油的泄壓點，降低潤滑總管的油壓下降速度，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)各個潤滑點，也就是用油點，包括壓縮機兩側(cè)軸瓦，減速機高低速軸軸瓦和電機兩側(cè)軸瓦，這是正常的用油，不可避免；(2)高位油箱的上油孔板，它是為了保證機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組軸心線不小于5m的高度上，所以對油壓的維持起到一定積極作用，不需

11、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內(nèi)漏，另一方面它的關(guān)閉需要一定的時間，這樣就造成了潤滑油從此處回流至郵箱。改進(jìn)方法是在控制閥后，進(jìn)入各個潤滑點之前的油總管上安裝一個止回閥，一旦主油泵停止運轉(zhuǎn)，輔助油泵也未及時啟動供油，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。2.3 延長潤滑油的穩(wěn)壓時間，增設(shè)蓄能器在保證各潤滑點用油的情況下，要實現(xiàn)潤滑油總管壓力的穩(wěn)定就必須設(shè)置一個油補償裝置，參照控制油系統(tǒng)建議在潤滑油總管上增設(shè)一個蓄能器。2.3.1 第一個問

12、題：蓄能器種類的選擇膠囊式蓄能器，工作原理以波義耳定律(PVn=K常數(shù))為基礎(chǔ)，通過壓縮氣體完成能量轉(zhuǎn)化，使用時首先向蓄能器充入預(yù)定壓力的氣體。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過蓄能器內(nèi)部壓力時，油液壓縮氣體，將油液中的壓力轉(zhuǎn)化為氣體內(nèi)能；當(dāng)系統(tǒng)壓力低于蓄能器內(nèi)部壓力時改進(jìn)，蓄能器中的油在高壓氣體的作用下流向外部系統(tǒng)，釋放能量。2.3.2 第二個問題：預(yù)充壓力多大充氣壓力過大，就會造成皮囊過硬，成為了一個剛性球，起不到蓄能的作用，不能補償油壓；充氣壓力過低，不能保證系統(tǒng)高于停機壓力。蓄能器的充氣(氮氣)壓力為系統(tǒng)停機壓力的0.9倍，因此我們確定氣囊充氮壓力R為0.09Mpa。2.3.3 第三個問題：選用多大容積的

13、蓄能器首先按照美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API614中1.8.2的要求：“在備用泵加速期間或電動機驅(qū)動泵至少4S期間，系統(tǒng)供給壓力應(yīng)保持在停機開關(guān)設(shè)定值之上”o也就是說主泵跳車后輔泵啟動期間，應(yīng)設(shè)置蓄能器的使之保證4s內(nèi)潤滑油的壓力高于停機值?？紤]到實際管路與標(biāo)準(zhǔn)中存在的差異，我們?nèi)?s為輔油泵的潤滑油補壓時間。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)正常運行5s的介質(zhì)損耗量，故蓄能器所提供的介質(zhì)總量(即蓄能器的有效工作容積)應(yīng)為：Vx=KMQxt式中：W-蓄能器的排油容積；(L)Q潤滑油管路正常運行時的流通量;(L/s)t油泵聯(lián)鎖動作延遲時間;(s)K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，通常取1.2;油泵輸油量26

14、0L/min(以焦化富氣壓縮機用油計算),輔油泵的潤滑油補壓時間5s,代入上式計算得：Vx=26L。2.3.3.1 蓄能器容積的確定用于能量儲存時的氣囊蓄能器氣體狀態(tài)變化滿足玻義耳定律：RMn=P3V/=常數(shù)(1)n為多變指數(shù)，等溫過程時取，n=1,絕熱過程時取，n=1.4。我們設(shè)定：狀態(tài)一：氣囊充氣后壓力為P。，容積為V);狀態(tài)二：蓄能器充油至0.25MPa時，壓力R,容積為V;狀態(tài)三：蓄能器放油至輔油泵切換點壓力0.2Mpa時，壓力P2,容積為V2；狀態(tài)四：蓄能器放油至停機點壓力0.1Mpa時，壓力P3,容積為V3;輔油泵聯(lián)鎖啟動補壓時間為從氣囊壓力0.2Mpa開始到下降到停機壓力0.1M

15、pa,則Vx=V3-V2；(2)1V3=良1”根據(jù)公式(1)可得：1P31(3)由公式(2)和(3)得:(4)V0=(5)由公式（4）和（5）得:將數(shù)值代入上式計算得：V0=1P0nVxP3j1P2J(6)Vo=57L2.3.3.2蓄能器的安裝根據(jù)我們計算的蓄能器有效容積，我們選擇配置總?cè)莘e60L的蓄能器?？紤]到蓄可能會造成供油總管壓以確保在不妨礙油系統(tǒng)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,力的瞬時波動。我們選用了DN25的細(xì)徑管作為蓄能器充油管,正常工作的前提下，將透平油緩慢地補充到蓄能器組中。同時，為了使蓄能器迅速補壓,我們選用DN50的無縫管作為供油管道。同時，為了便于

16、安裝，將其設(shè)置在了潤滑油總管末端的法蘭盲板處。2.4 延長油壓低聯(lián)鎖停機啟動時間3S。2.4.1 邏輯修改方案（以重整循環(huán)氫壓縮機為例）：InputParametersNameDataTypeDescriptionINBOOL信號輸入PTTIME延時時間OutputParametersNameDataTypeDescriptionQBOOL信號輸出圖-2TOF功能塊參數(shù)延時關(guān)功能塊輸入輸出信號線:連鐵劭作信號圖-3延時關(guān)功能塊輸入輸出信號線2.4.2 延時關(guān)功能塊描述：由于系統(tǒng)采用1信號正常，0信號聯(lián)鎖所以選用延時關(guān)功能塊。（TOF;輸入信號（IN）是機組潤滑油壓力3取2的觸發(fā)信號，輸出信號（

17、Q）是聯(lián)鎖動作信號。當(dāng)潤滑油壓力3取2信號（IN）由1變?yōu)?信號時，經(jīng)過一個延時時間3s（PT）后,聯(lián)鎖信號（Q由1變?yōu)?。當(dāng)潤滑油壓力3取2信號（IN）由0變?yōu)?時，聯(lián)鎖信號（Q）直接由0變?yōu)?沒有延時。當(dāng)潤滑油壓力3取2信號（IN）由1變?yōu)?信號時，在延時時間3S（PT）內(nèi)，潤滑油壓力3取2信號（IN）由0恢復(fù)到1時，輸出Q不變保持1信號。在任何時間潤滑油壓力3取2信號（IN）變?yōu)?信號時，延時時間3s（PT）復(fù)位，輸出Q變?yōu)?信號。2.4.3 修改后增加延時塊TOF圖-4修改后邏輯圖2.5 改進(jìn)輔助油泵聯(lián)鎖啟動的聯(lián)校內(nèi)容習(xí)慣的做法是每次啟動前聯(lián)校時只要看到潤滑油壓低報警和輔助油泵能夠自動啟動就認(rèn)為聯(lián)鎖正常。應(yīng)該把機組的聯(lián)鎖停車信號納入輔助油泵自啟校驗來。只有在當(dāng)觸發(fā)低油壓聯(lián)鎖停機信號之前，輔助油泵已啟動并使油壓恢復(fù)正常，才能認(rèn)為聯(lián)鎖正常。3.實施效果目前三臺