大型离心机组润滑系统抗晃电措施

1、提高大型离心式压缩机组抗晃电能力措施刘震摘要：本文针对离心机组晃电停机典型案列分析，提出并实施大型机组抗晃电能力增强措施，对提高机组运行的可靠性、大型机组及装置的安全稳定运行起到了良好的作用，避免了长期以来大型机组因供电系统晃电停运，装置停车或局部停车给生产造成巨大损失。关键词：离心式压缩机；抗晃电；措施大型离心式压缩机广泛应用于石油化工行业，如富气压缩机、循环氢压缩机；其功率大、转速高、流量大、压力高、结构复杂、监控仪表多，往往承担着一套装置或多套装置的关键作用，而其非计划停机又可能会引起整个生产装置的停产，会给企业成巨大的经济损失和安全隐患。因此在设备的设计、制造、仪表控制和日常管理监控方

2、面都配备的相当完备，非计划停机的情况极为少见。据统计近五年某石化公司因为离心机组本身原因而造成的非计划停机共6台次（见表1）,除2013年5月28日加氢裂化循氢压缩机因首级叶轮硫化氢应力腐蚀开裂停机这一次外，其余5次均为电压波动而引起停机。所以提高大型离心机组的抗晃电能力至关重要。表1近五年离心压缩机非计划停机统计表厅P停机时间设备名称停机原因12009.8.65:17焦化富气压缩机晃电，低油压联锁停机22010.6.179:35焦化富气压缩机晃电，低油压联锁停机32013.5.3015:13加氢裂化循氢压缩机振动高42013.12.419:09加氢裂化循氢压缩机晃电，低油压联锁停机52013

3、.12.419:09焦化富气压缩机晃电，低油压联锁停机62013.12.419:18重整循氢压缩机晃电，低油压联锁停机1 .问题分析1.1 现象分析：该公司目前使用的5台大型离心式压缩机组的润滑油系统有2台采用汽轮机+电机驱动模式，3台采用双电泵模式；5年间发生的5次晃电油压低联锁均发生在3台采用双电泵模式的压缩机上，所以解决了双电泵润滑系统的晃电油压低联锁问题也就提高了离心机组的抗晃电能力。配置双电泵的润滑系统的工作原理为：润滑油泵一开一备，当主油泵故障停机时，辅油泵自动开启切换。润滑油油泵出口压力0.8MPa,润滑油经过冷却器、过滤器、自力式调压阀等到达压缩机润滑油总管，总管润滑油油压为0

4、.25MPa。当总管油压降低到0.15MPa时，仪表报警联锁启动辅油泵进行补压；当总管油压低于0.1MPa时，压缩机三取二会联锁停机。（见表2）现在以焦化富气压缩机2009年8月6日和2010年6月17日两次典型的由于晃电造成油压低联锁停机的现象分析原因：表2油压连锁设置值项目数值（MPa油泵出口压力0.8总管压力0.24-0.26启动值0.22低报值（辅助油泵启动值）0.15低低报（连锁停机值）0.1而当一台运转的主油泵因晃电停运时，润滑油油压迅速下降到低报值（0.15MPa）以下，辅油泵联锁强行启动，但由于油温低或排气等原因使润滑油升压慢，油压值仍会跌至联锁停机值（0.10MPa）以下，并

5、名!持该数值2-3秒钟，这样压缩机就会因过低的油压而联锁停机。（见表3）表3两次因晃电而造成停机DCS己录的油压一时间变化值:项目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油压降至低报值以下（低于0.15）0(0.08)0(0.11)副油泵启动1(0.08)0(0.11)油压降至连锁值以下（彳氐于0.1）0(0.08)1(0.06)油压升至连锁值以上（高于0.1）7(0.1)5(0.1)油压升至低报值以上（高于0.15）9(0.26)6(0.245)油压正常9(0.26)6(0.245)注：两次都以晃电时间为起始时间，设为

6、0,单位：S。括号内为当时的油压值（MPa）图-1油压变化状况图如图-1所示，比较两次故障现象，相同点为：主油泵停运后，润滑油压力下降速度快，而且当备用油泵启动后，油压继续下跌到0.1MPa以下，并持续一段时间，随后压力再迅速上升，直至正常；不同点为：6/17这次辅助油泵启动快，低油压持续时间短,这是因为2010年大修主、辅油泵在保持仪表连锁的基础上增设了失电互锁功能。1.2 联锁逻辑分析辅油泵启动条件有两个：条件1：润滑油总管油压正常保持在0.25MPa左右，低于0.15MPa时，低油压信号（油压变送器来）触发联锁启动辅助油泵，当润滑油压低于0.1MPa时，油压开关”三取二”动作触发联锁停机

7、。条件2:当主油泵无运行型号后，延时2秒启动辅助油泵。如此组态的目的是为了增强抗信号干扰能力，避免频繁启停辅油泵。1.3 原因总结综上所述，造成机组抗晃电能力差的主要原因为双电泵的润滑油系统，当由于电压的波动造成主油泵停止运转，而辅油泵启动不及时，上压慢；同时润滑油总管压力下降快，而最终导致润滑油压低联锁停机，此过程中关键的时间段就是低于停机油压和油压上升到停机油压这个过程，大约在3s之内。2 .改进措施针对以上分析出的联锁停机的原因，围绕“黄金3S”提出了三方面的改进措施，总结为：”两个减少、两个延长和一个改进力2.1 减少辅助油泵的启动时间这一条是关键，也是其他几条的基础，只有保证辅助油泵

8、在第一时间启动，才能保证后续的油压的稳定。2.1.1 提高辅助油泵的联锁启动油压将0.15MPa的低油压自启提高到2.0MPa,这样就把辅助油泵的自启时间提前了，也就给油压的上升争取到了时间。按照图-1所示的2010年6月的停机曲线，辅助油泵这样就可以0.5S启动。2.1.2 修改联锁”条件2当主油泵无运行型号后，延时2秒启动辅助油泵。”将延时2s去除，这样虽然会造成由于信号的干扰频繁启停辅油泵而加剧辅助油泵的损坏，但是相比主机这点牺牲是值得的，必要时可以储备一台辅油泵的泵头，以便于及时更换。2.1.3 增加断电自启动条件辅助油泵的启动，是在油压降至低报值时才执行，这是为了保证主油泵在正常运转

9、时，系统油压产生轻微波动时（大于低报值）而不致误启动辅助油泵而起到一定的预防作用。但若是晃电、停电或其他故障引起主油泵跳闸断定停运时，就没有必要非等到油压下降至低报值，才允许启动辅助油泵，也就是说只要主泵停，辅泵就必须立即启动运行。因此，在保留原仪表联锁外还应增设主油泵断电，备用泵立即自启动的条件，与油压下降启动备用泵条件共同存在，相互独立。两次停机曲线的比较上明显可以看出起到了一定作用，提前了1S。2.1.4 双油泵运行。在现场不具备停车改造的情况下，启双油泵运行是既简单又行之有效的方法。因为按照美国石油学会标准API614石油、化工和气体工业用润滑、轴密封和控制油系统及辅助设备的“特殊用途

10、油系统”章节中指出“润滑油站管路及其附件应满足两台油泵同时工作时的压力等级；回油系统应设计为能适应两台油泵全流量输出时的工况，并且底座内的回油管应保证回油液面不超过管径的一半”。所以润滑油系统是能承受双油泵运行的。2.2 减少油的泄压点，降低润滑总管的油压下降速度，增设总管止回阀润滑油总管有可能引起泄压的地方共3处：(1)各个润滑点，也就是用油点，包括压缩机两侧轴瓦，减速机高低速轴轴瓦和电机两侧轴瓦，这是正常的用油，不可避免；(2)高位油箱的上油孔板，它是为了保证机组惰走过程中对润滑油的需求，不能去掉；另外高位油箱一般都布置在机组轴心线不小于5m的高度上，所以对油压的维持起到一定积极作用，不需

11、要改变。(3)总管上的调节阀，负责限制总管的压力，安装在过滤器之后的总管上，自力式控制阀一方面会内漏，另一方面它的关闭需要一定的时间，这样就造成了润滑油从此处回流至邮箱。改进方法是在控制阀后，进入各个润滑点之前的油总管上安装一个止回阀，一旦主油泵停止运转，辅助油泵也未及时启动供油，则止回阀立即关死，使高位油箱的润滑油必去经过轴承回油管线，再返回油箱，防止高位油箱的润滑油走短路，降低了润滑油总管的油压下降速度。2.3 延长润滑油的稳压时间，增设蓄能器在保证各润滑点用油的情况下，要实现润滑油总管压力的稳定就必须设置一个油补偿装置，参照控制油系统建议在润滑油总管上增设一个蓄能器。2.3.1 第一个问

12、题：蓄能器种类的选择胶囊式蓄能器，工作原理以波义耳定律(PVn=K常数)为基础，通过压缩气体完成能量转化，使用时首先向蓄能器充入预定压力的气体。当系统压力超过蓄能器内部压力时，油液压缩气体，将油液中的压力转化为气体内能；当系统压力低于蓄能器内部压力时改进，蓄能器中的油在高压气体的作用下流向外部系统，释放能量。2.3.2 第二个问题：预充压力多大充气压力过大，就会造成皮囊过硬，成为了一个刚性球，起不到蓄能的作用，不能补偿油压；充气压力过低，不能保证系统高于停机压力。蓄能器的充气(氮气)压力为系统停机压力的0.9倍，因此我们确定气囊充氮压力R为0.09Mpa。2.3.3 第三个问题：选用多大容积的

13、蓄能器首先按照美国石油学会标准API614中1.8.2的要求：“在备用泵加速期间或电动机驱动泵至少4S期间，系统供给压力应保持在停机开关设定值之上”o也就是说主泵跳车后辅泵启动期间，应设置蓄能器的使之保证4s内润滑油的压力高于停机值。考虑到实际管路与标准中存在的差异，我们取5s为辅油泵的润滑油补压时间。在此期间，润滑油管路损耗的介质总量，应该等于系统正常运行5s的介质损耗量，故蓄能器所提供的介质总量(即蓄能器的有效工作容积)应为：Vx=KMQxt式中：W-蓄能器的排油容积；(L)Q润滑油管路正常运行时的流通量;(L/s)t油泵联锁动作延迟时间;(s)K系统泄漏系数，通常取1.2;油泵输油量26

14、0L/min(以焦化富气压缩机用油计算),辅油泵的润滑油补压时间5s,代入上式计算得：Vx=26L。2.3.3.1 蓄能器容积的确定用于能量储存时的气囊蓄能器气体状态变化满足玻义耳定律：RMn=P3V/=常数(1)n为多变指数，等温过程时取，n=1,绝热过程时取，n=1.4。我们设定：状态一：气囊充气后压力为P。，容积为V);状态二：蓄能器充油至0.25MPa时，压力R,容积为V;状态三：蓄能器放油至辅油泵切换点压力0.2Mpa时，压力P2,容积为V2；状态四：蓄能器放油至停机点压力0.1Mpa时，压力P3,容积为V3;辅油泵联锁启动补压时间为从气囊压力0.2Mpa开始到下降到停机压力0.1M

15、pa,则Vx=V3-V2；(2)1V3=良1”根据公式(1)可得：1P31(3)由公式(2)和(3)得:(4)V0=(5)由公式（4）和（5）得:将数值代入上式计算得：V0=1P0nVxP3j1P2J(6)Vo=57L2.3.3.2蓄能器的安装根据我们计算的蓄能器有效容积，我们选择配置总容积60L的蓄能器。考虑到蓄可能会造成供油总管压以确保在不妨碍油系统能器在将存油全部释放后重新充油过程中对系统油量需求过大,力的瞬时波动。我们选用了DN25的细径管作为蓄能器充油管,正常工作的前提下，将透平油缓慢地补充到蓄能器组中。同时，为了使蓄能器迅速补压,我们选用DN50的无缝管作为供油管道。同时，为了便于

16、安装，将其设置在了润滑油总管末端的法兰盲板处。2.4 延长油压低联锁停机启动时间3S。2.4.1 逻辑修改方案（以重整循环氢压缩机为例）：InputParametersNameDataTypeDescriptionINBOOL信号输入PTTIME延时时间OutputParametersNameDataTypeDescriptionQBOOL信号输出图-2TOF功能块参数延时关功能块输入输出信号线:连铁劭作信号图-3延时关功能块输入输出信号线2.4.2 延时关功能块描述：由于系统采用1信号正常，0信号联锁所以选用延时关功能块。（TOF;输入信号（IN）是机组润滑油压力3取2的触发信号，输出信号（

17、Q）是联锁动作信号。当润滑油压力3取2信号（IN）由1变为0信号时，经过一个延时时间3s（PT）后,联锁信号（Q由1变为0。当润滑油压力3取2信号（IN）由0变为1时，联锁信号（Q）直接由0变为1没有延时。当润滑油压力3取2信号（IN）由1变为0信号时，在延时时间3S（PT）内，润滑油压力3取2信号（IN）由0恢复到1时，输出Q不变保持1信号。在任何时间润滑油压力3取2信号（IN）变为1信号时，延时时间3s（PT）复位，输出Q变为1信号。2.4.3 修改后增加延时块TOF图-4修改后逻辑图2.5 改进辅助油泵联锁启动的联校内容习惯的做法是每次启动前联校时只要看到润滑油压低报警和辅助油泵能够自动启动就认为联锁正常。应该把机组的联锁停车信号纳入辅助油泵自启校验来。只有在当触发低油压联锁停机信号之前，辅助油泵已启动并使油压恢复正常，才能认为联锁正常。3.实施效果目前三台