循環氫壓縮機組油壓異常脈動原因分析

章珉輝 任新廣 苗海濱

（中國石油天然氣股份有限公司大港石化分公司 天津）

一、事件背景

公司年處理能力60萬噸的連續重整裝置，是公司質量升級改造項目中的在建裝置之一，裝置中的循環氫壓縮機（0154-K-201）正處于安裝后的試運階段。作為裝置中的關鍵設備，循氫壓縮機的試運情況，直接影響整個裝置的建設進度及今后的正常生產運行。

2014年8月，連續重整裝置中的循環氫壓縮機組（0154-K-201）安裝后的油運工作已完成。將油路系統內的油放凈，并加注了機組正式用油（46#汽輪機油）。操作人員按照預先制定的機組試車方案進行單機試車前的準備工作。在啟動油泵投用油路系統時，油泵出口壓力出現了1.2～1.65 MPa的大幅脈動。因穩定的潤滑和控制油壓是機組試車的必要前提條件，故終止了本次單機試車，查找故障原因。

二、油路系統原理介紹

循環氫壓縮機組由沈鼓生產的BCL707型離心式壓縮機和杭汽生產的NK32/37/16型汽輪機2部分組成。2臺設備的潤滑以及汽輪機調速系統需要的控制用油均由同一個油站提供。機組油路系統如圖1所示，油箱內的潤滑油通過潤滑油泵增壓后依次進入油冷器、油過濾器后分為潤滑油路和控制油路兩支，分別提供2臺設備的潤滑用油和汽輪機調速所需的控制用油。2路潤滑油經各用油點后匯集至回油總管，流入油箱，完成一次油路循環。

機組油路系統中，配有PCV2504、PCV2507、PCV2509等3個壓力調節閥。PCV2504為FISHER公司生產的帶指揮器且閥前取壓的自力式調壓閥，型號63EG-98HM，位于油泵出口至油冷器入口的并聯管路中，通過將多余油液排回油箱的方式調節、穩定泵出口油壓；PCV2507為FISHER公司生產的帶指揮器、閥后取壓的自力式調節閥，型號為92W，位于油過濾器后的潤滑油路上，主要用于調節、穩定潤滑油總管壓力。PCV2509為FISHER公司生產的帶指揮器且閥后取壓的自力式調節閥，型號92W，位于油過濾器后的控制油路上，主要用于調節、穩定控制油壓力。

三、自力式調節閥原理介紹

1.98HM型指揮器工作原理

如圖2所示，控制管路將欲調節油引至閥膜下方，欲調節油油壓P控作用在面積為S膜的閥膜上產生了力F控，F控與控制彈簧產生的彈簧力F彈相互作用，當F控＞F彈時閥芯打開，當F控＜F彈時閥芯關閉。彈簧力F彈可以通過調節98HM彈簧上部頂絲調節，從而實現98HM指揮器的控制功能。

2.63EG-98HM自力式調節閥工作原理

如圖3所示，63EG-98HM自力式調節閥主要由63EG型主閥和98HM型指揮器組成。98HM型指揮器的控制管路與63EG型主閥的上游管路相連；98HM型指揮器的入口與63EG型主閥閥塞上腔相通；98HM型指揮器的出口與63EG型主閥的下游管路相連；63EG型主閥入口管路通過限流孔板與閥塞上腔相連。63EG型主閥閥塞上腔油壓在閥塞上產生的負載力F負載和主閥內彈簧產生的彈簧力F主彈共同與主閥入口油壓在閥塞上產生的力F入相互作用，控制著63EG型主閥閥塞的開閉。

圖1 機組油系統示意圖

63EG型主閥的入口油壓增大，使98HM型指揮器的控制管路內的油壓也隨之增大，當F控＞F彈，98HM型指揮器的閥芯打開，將主閥閥塞上腔壓力釋放至主閥出口管路，直至F主彈+F負載＜F入時，主閥閥塞打開，從而降低入口管路壓力；當入口管路壓力下降至F控＜F彈時，98HM型指揮器的閥芯關閉，63EG主閥入口管路通過限流孔板向主閥閥芯上腔內補壓，直至F主彈+F負載＞F入主閥閥塞關閉。以上步驟不斷循環反復。最終實現了通過調節98HM型指揮器彈簧上部頂絲對上游管路的定壓、穩壓功能。

四、原因分析

根據上述油路系統，63EG-98HM自力式調節閥工作原理等相關內容，初步判斷油泵出口壓力波動可能有2個原因。

（1）油路系統設計執行API 614-2008中“每臺油泵應滿足供給設備要求的正常流量加上正常流量的20%或40 L/min（取其中的較大者）”的相關規定。當位號PCV2504的63EG-98HM型自力式調節閥失效，油泵出口冗余油液無法排回油箱。依螺桿油泵自身特性，冗余流量會使泵出口背壓增加。當泵出口背壓增至油泵出口安全閥開啟壓力時，安全閥起跳、泄壓；當油壓降低至安全閥回座壓力后，安全閥又重新回座。如此反復，造成油泵出口壓力脈動。該原因引起的油壓波動范圍，近似于泵出口安全閥起跳壓力與回座壓力范圍區間。

（2）當63EG-98HM型自力式調節閥中，主閥塞上腔補油線的限流孔板孔徑過小，會使主閥閥塞上腔補壓過慢，延長主閥閥塞的關閉時間，從而使入口管路過度泄壓，造成油泵出口壓力的波動。該原因會使油壓在油路設定壓力及其下方范圍內脈動。

圖2 98HM型指揮器工作原理圖

五、本次故障中油泵出口壓力波動原因

（1）本次故障中，油泵出口壓力在 1.2～1.65MPa范圍內大幅脈動。油泵出口安全閥的起跳壓力和回座壓力分別為1.67 MPa和1.42 MPa。此故障現象與63EG-98HM型自力式調節閥失效產生的油壓脈動現象基本吻合。

圖3 63EG-98HM工作原理圖

（2）依據63EG-98HM型自力式調節閥的結構原理，不難發現98HM型指揮器的控制油管路是一條從主閥入口到指揮器閥膜下方的封閉管路。管線中的控制油在自力式調節閥正常投用過程中，基本靜止而不流動。環境溫度等因素易影響控制油的導壓能力，從而影響63EG-98HM型自力式調節閥的正常工作。

圖4 63EG-98HM型自力式調節閥

圖5 控制油管路U形氣袋

（3）《SH/T 3521-2007石油化工儀表工程施工技術規程》中規定：測量液體壓力時，取壓點應在工藝管道的下半部與工藝管道的水平中心線成0°～45°夾角的范圍內；管線布置應有利于氣體排出，管線高點應設置排氣口；不宜在管線中出現氣袋。通過對現場指揮器控制油管路進行檢查，我們發現其在入口的取壓點在管線的頂部；且有一個U形氣袋；管路中也并沒有設置排氣口（圖4，圖5）。控制油管路的這種配管方式很容易在管路高點U形氣袋處形成氣阻，致使主閥入口壓力無法傳至指揮器，從而導致63EG-98HM型自力式調節閥失效。

（4）啟動油泵前，油路系統進行過放凈“油運”用油，加注機組正式用油的操作。這一過程使得油管路中帶有大量空氣。加之控制油管路的上述設計缺陷，最終造成了本次故障。

六、結論

（1）98HM型指揮器的控制油管路為封閉管路，其中的控制油在管線內靜止不流動。機組油站使用的是L-TSA46汽輪機油，傾點為-7℃。當外界環境溫度過低時，該管路內的控制油容易凝固、喪失導壓能力，從而使自立式調節閥失效。因此，在使用63EG-98HM型自力式調節閥一定要注意控制油管路的保溫。

（2）自立式調節閥的導壓管，均應按照《SH/T 3521-2007石油化工儀表工程施工技術規程》進行安裝施工，避免因為導壓管布置不合理而造成管路氣阻，使自立式調節閥失效。

（3）機組油路系統在進行清理、置換等施工后，油管路中可能會夾帶有空氣。在投用油路系統前，應對自力式調壓閥的導壓管進行檢查、排氣。