壓縮機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的布置及配管設(shè)計(jì)要點(diǎn)及優(yōu)化

陳 雷 惠生工程(中國(guó))有限公司 上海 201203

壓縮機(jī)是用來(lái)壓縮和輸送氣體的機(jī)械設(shè)備。按照被處理介質(zhì)的火災(zāi)危險(xiǎn)性類(lèi)別的不同，可以分為可燃性氣體壓縮機(jī)和不可燃?xì)怏w壓縮機(jī)。按照工作原理的不同，可分為往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式、離心式、軸流式和噴射式壓縮機(jī)。石油化工企業(yè)常用的壓縮機(jī)包括離心式壓縮機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)。旋轉(zhuǎn)式中的螺桿式壓縮機(jī)沒(méi)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)零部件，不存在不平衡慣性力，對(duì)于設(shè)備基礎(chǔ)的要求較低，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)或在室外移動(dòng)施工中使用。基于這些特點(diǎn)，螺桿式壓縮機(jī)得到廣泛應(yīng)用[1]。

大型壓縮機(jī)及驅(qū)動(dòng)機(jī)一般使用動(dòng)壓軸承，依靠軸頸自身旋轉(zhuǎn)，通過(guò)軸瓦上的小孔把潤(rùn)滑油帶入軸和軸瓦之間，形成油楔，并受到擠壓建立起油膜壓力以承受載荷，循環(huán)流動(dòng)的油膜交換帶走軸承產(chǎn)生的熱量和磨損顆粒[2]。對(duì)于壓縮機(jī)系統(tǒng)，潤(rùn)滑油對(duì)于運(yùn)動(dòng)部件起潤(rùn)滑冷卻的作用，高位油箱更在緊急停電時(shí)保護(hù)旋轉(zhuǎn)部件，因此，潤(rùn)滑油系統(tǒng)在壓縮機(jī)的運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程中起著重要作用。

1 潤(rùn)滑油系統(tǒng)的流程簡(jiǎn)述

潤(rùn)滑油系統(tǒng)的主要功能是為壓縮機(jī)的軸承和驅(qū)動(dòng)端提供干凈的、冷卻后的潤(rùn)滑油[3]。潤(rùn)滑油系統(tǒng)一般包括潤(rùn)滑油站、高位油箱、三閥組、視鏡等廠(chǎng)家成套供貨撬塊。

潤(rùn)滑油箱中的潤(rùn)滑油經(jīng)潤(rùn)滑油泵加壓、潤(rùn)滑油冷卻器冷卻、潤(rùn)滑油過(guò)濾器過(guò)濾后，一部分進(jìn)入壓縮機(jī)及其驅(qū)動(dòng)端潤(rùn)滑冷卻運(yùn)動(dòng)部件，潤(rùn)滑油從壓縮機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器排出匯總后自流進(jìn)入潤(rùn)滑油箱；另一部分經(jīng)過(guò)三閥組進(jìn)入高位油箱，高位油箱達(dá)到一定液位，經(jīng)管口、視鏡溢流回到潤(rùn)滑油箱。緊急狀態(tài)下，高位油箱潤(rùn)滑油經(jīng)三閥組中的止回閥進(jìn)入壓縮機(jī)及其驅(qū)動(dòng)端的潤(rùn)滑油管路。三閥組所在潤(rùn)滑油管線(xiàn)為雙向流。具體流程見(jiàn)圖1。

圖1 潤(rùn)滑油系統(tǒng)典型流程簡(jiǎn)圖

2 潤(rùn)滑油站的布置和配管設(shè)計(jì)要點(diǎn)

潤(rùn)滑油站一般由廠(chǎng)家成套供貨，包括：潤(rùn)滑油油箱、潤(rùn)滑油冷卻器、潤(rùn)滑油泵及過(guò)濾器等設(shè)備，以及與之相連的管道、閥門(mén)等。潤(rùn)滑油站在布置時(shí)需要考慮以下幾點(diǎn)：

(1)布置潤(rùn)滑油站時(shí)根據(jù)廠(chǎng)家資料預(yù)留檢修部件的檢修空間,包括：① 潤(rùn)滑油冷卻器的抽芯空間。若循環(huán)冷卻水管線(xiàn)占用冷卻器的抽芯空間，需增加拆卸法蘭，或借助循環(huán)水切斷閥預(yù)留可拆卸管段；② 潤(rùn)滑油箱電加熱器的抽芯空間。由于潤(rùn)滑油在低溫粘度較大，潤(rùn)滑油箱中一般設(shè)置恒溫電加熱器。電加熱器分垂直安裝和臥式安裝兩種方式，在布置時(shí)需要根據(jù)廠(chǎng)家資料預(yù)留檢修空間，圖2中電加熱器為臥式安裝方式；③ 潤(rùn)滑油過(guò)濾器的抽芯空間。

(2)潤(rùn)滑油站一般獨(dú)立布置在壓縮機(jī)旁邊地面上。對(duì)架空布置的壓縮機(jī)，如果壓縮機(jī)基礎(chǔ)下的空間足夠容納潤(rùn)滑油站，也可將潤(rùn)滑油站放置于壓縮機(jī)基礎(chǔ)下方。對(duì)多級(jí)透平壓縮機(jī),其配套的潤(rùn)滑油站比較大，很多南方項(xiàng)目將油站放在壓縮機(jī)附近的室外，這樣既可以減小壓縮廠(chǎng)房面積，節(jié)約投資；又可以為室內(nèi)爭(zhēng)取更多的配管空間；且由于一般油站區(qū)域比較臟，移到室外還可以更好保證壓縮廠(chǎng)房室內(nèi)地面的清潔。當(dāng)然這種布置方式也要受限于建設(shè)地點(diǎn)，應(yīng)因地制宜，根據(jù)不同的情況做不同的設(shè)計(jì)。鑒于潤(rùn)滑油有一定黏度，且潤(rùn)滑油回油管道為重力流管道，在布置潤(rùn)滑油站時(shí)應(yīng)考慮靠近壓縮機(jī)回油總管，使?jié)櫥突赜凸艿垒^短。

(3)潤(rùn)滑油和封油管道均采用不銹鋼材質(zhì)。對(duì)于該部分管道采用分段酸洗方案時(shí)，注意增加拆卸法蘭。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)酸洗的管道系統(tǒng)，則可以不增加拆卸法蘭。

(4)為使回油能流回潤(rùn)滑油箱，回油主管沿流動(dòng)方向應(yīng)有4%～5%的坡度坡向油箱，管道不出現(xiàn)低點(diǎn)存油。

(5)壓縮機(jī)供油主管與回油主管的末端應(yīng)加法蘭蓋，以便清掃。

(6)應(yīng)注意審查廠(chǎng)家資料，注意潤(rùn)滑油站的管口方位和壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油接口是否協(xié)調(diào)，若不協(xié)調(diào)可要求廠(chǎng)家做適當(dāng)調(diào)整。若潤(rùn)滑油站與壓縮機(jī)無(wú)法配合，可考慮調(diào)整布置。

(7)在審查潤(rùn)滑油站廠(chǎng)家資料時(shí)應(yīng)注意檢查潤(rùn)滑油站內(nèi)部檢修操作是否方便，潤(rùn)滑油箱上部可能設(shè)置排煙風(fēng)機(jī)、電加熱器等，應(yīng)審查廠(chǎng)家資料是否設(shè)置爬梯。

(8)壓縮機(jī)及其驅(qū)動(dòng)端的潤(rùn)滑油回油總管一般放置在壓縮機(jī)操作平臺(tái)下方，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意將回油分支管穿越平臺(tái)時(shí)避開(kāi)鋼結(jié)構(gòu)的主梁和次梁，避免現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)返工。為避免碰撞，建議在工程設(shè)計(jì)中，將回油總管和回油分支管按廠(chǎng)家圖紙尺寸建模，可以比較直觀地檢查、避免碰撞。

(9)潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)軸承熱量交換及齒輪嚙合后升溫至65℃左右[2]，產(chǎn)生潤(rùn)滑油煙。一般潤(rùn)滑油箱中設(shè)置隔板和脫氣盤(pán)分離油煙，并通過(guò)排煙風(fēng)機(jī)排至壓縮機(jī)廠(chǎng)房頂部2.2m以上放空(壓縮機(jī)露天布置時(shí)，應(yīng)高于操作平臺(tái)2.2m以上)；應(yīng)注意放空口水平放置且45°斜切避免雨水落入，并設(shè)置防鳥(niǎo)網(wǎng)。

某項(xiàng)目潤(rùn)滑油站的布置圖見(jiàn)圖2，其中潤(rùn)滑油冷卻器為獨(dú)立基礎(chǔ)。也有相當(dāng)多的機(jī)組，潤(rùn)滑油冷卻器與油站的其他部分布置在一個(gè)撬塊內(nèi)。

圖2 潤(rùn)滑油站典型布置圖

3 高位油箱布置和配管設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)于離心式壓縮機(jī)，在突然斷電后，壓縮機(jī)由于慣性的作用不能立即停下，由于潤(rùn)滑油泵停止工作，由高位油箱利用高度差提供動(dòng)力為壓縮機(jī)供油以保證潤(rùn)滑、冷卻的作用。

3.1 高位油箱的安裝高度

一般停車(chē)高位油箱應(yīng)設(shè)置合適的高度，如果高度過(guò)高，可能導(dǎo)致靜壓頭大于停車(chē)設(shè)定值，導(dǎo)致延遲停車(chē)，高位油箱供油不足；而高度過(guò)低，靜壓頭無(wú)法滿(mǎn)足轉(zhuǎn)子停機(jī)惰轉(zhuǎn)時(shí)軸瓦潤(rùn)滑所需[2]。制造廠(chǎng)一般會(huì)規(guī)定高位油箱的安裝高度，若制造廠(chǎng)沒(méi)有規(guī)定，可以按以下原則確定：高位油箱入口法蘭(事故狀態(tài)下為出口)距壓縮機(jī)軸中心線(xiàn)的垂直距離應(yīng)不小于6m[4]。

3.2 高位油箱的安裝位置

高位油箱宜位于機(jī)組的上方，一般可以設(shè)置在室外，寒冷地區(qū)可以設(shè)置在室內(nèi)，但不應(yīng)影響行車(chē)的運(yùn)行。

關(guān)于高位油箱的布置，《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》5.3.1條第三款規(guī)定：“可燃?xì)怏w壓縮機(jī)的上方不得布置甲、乙和丙類(lèi)工藝設(shè)備，但自用的高位潤(rùn)滑油箱不受此限”[5]。”而HG/T20673-2005中第4.7.3條規(guī)定:“高位油槽應(yīng)盡量布置在室外鋼支架上，不得布置在廠(chǎng)房的屋架部位”。從對(duì)應(yīng)的條文解釋可以看出，之所以這樣規(guī)定是因?yàn)槲菁艿哪突饦O限較小，屋架持續(xù)高溫會(huì)失穩(wěn)下落，造成更大的次生災(zāi)害，所以規(guī)定應(yīng)設(shè)置在室外鋼框架上。

有觀點(diǎn)認(rèn)為對(duì)于可燃?xì)怏w壓縮機(jī)，高位油箱應(yīng)位于室外，對(duì)于非可燃?xì)怏w壓縮機(jī)，則可放置在室內(nèi)[6]。筆者認(rèn)為，隨著項(xiàng)目的大型化，壓縮機(jī)組也越來(lái)越大，一般都需要設(shè)置行車(chē)，高位油箱放置在屋內(nèi)，也影響行車(chē)的運(yùn)行；同時(shí)潤(rùn)滑油的火災(zāi)危險(xiǎn)性類(lèi)別為丙類(lèi)，雖自身很難起火，但是有被引燃的風(fēng)險(xiǎn)。為了減少火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、方便行車(chē)運(yùn)行，建議將高位油箱布置在室外構(gòu)架上。在北方寒冷地區(qū)，高位油箱布置在廠(chǎng)房外挑平臺(tái)時(shí)可將高位油箱局部封閉。

需要指出的是，對(duì)于有高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備的壓縮機(jī)如離心式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)，當(dāng)潤(rùn)滑油站的潤(rùn)滑油泵為一用一備時(shí)，需要高位油箱；當(dāng)潤(rùn)滑油站主油泵為安裝在主機(jī)齒輪箱或主軸上(軸頭泵)或設(shè)置獨(dú)立備用電源的事故油泵時(shí)，可以代替高位油箱[2]；對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)則不需要高位油箱。

3.3 三閥組和視鏡的位置關(guān)系

在具體的工程設(shè)計(jì)中，三閥組和視鏡一般由壓縮機(jī)廠(chǎng)家成套供貨。在配管時(shí)，除應(yīng)注意三閥組的安裝方向之外，還應(yīng)注意三閥組和視鏡靠近布置，保證在操作三閥組時(shí)可以看到視鏡中潤(rùn)滑油的情況。

4 優(yōu)化改進(jìn)的方向

某項(xiàng)目中，兩臺(tái)可燃?xì)怏w壓縮機(jī)聯(lián)合布置:0米層和6米層，見(jiàn)圖3。

圖3 某項(xiàng)目?jī)膳_(tái)可燃?xì)怏w壓縮機(jī)聯(lián)合布置圖

根據(jù)前文論述的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，分析圖3的布置圖，發(fā)現(xiàn)存在兩個(gè)問(wèn)題：① C-1201壓縮機(jī)1段回油管道和2段回油管道在壓縮機(jī)北側(cè)，而C-1201潤(rùn)滑油站布置在壓縮機(jī)基礎(chǔ)南側(cè)。潤(rùn)滑油站距離回油總管較遠(yuǎn)，造成回油管道較長(zhǎng)；② 由于裝置總平面布置的關(guān)系，C-1501壓縮機(jī)潤(rùn)滑油站空間不足，一半布置在框架內(nèi)，一半布置在框架外。

基于以上兩個(gè)問(wèn)題，又由于C-1201為兩端式螺桿壓縮機(jī)，曾經(jīng)與廠(chǎng)家協(xié)商更改潤(rùn)滑油回油總管的方位，而廠(chǎng)家未同意。因此提出以下兩個(gè)優(yōu)化方向：

(1)鑒于總平面布置上的空間不足，建議兩臺(tái)壓縮機(jī)共用一臺(tái)潤(rùn)滑油站。由于兩臺(tái)壓縮機(jī)為不同的廠(chǎng)家供貨，若兩臺(tái)壓縮機(jī)共用一套潤(rùn)滑油站，會(huì)增加額外的工藝設(shè)計(jì)工作和分工界面，但是可以節(jié)省占地，也可節(jié)省潤(rùn)滑油站的設(shè)備投資。潤(rùn)滑油站合并之后，其尺寸可能增大，可相應(yīng)增加CD跨的尺寸。

(2)將兩臺(tái)壓縮機(jī)的位置互換，可同時(shí)使C-1201與C-1501壓縮機(jī)回油總管與潤(rùn)滑油站較近。

通過(guò)以上兩條優(yōu)化，雖然相應(yīng)地增加了潤(rùn)滑油站的工藝設(shè)計(jì)工作以及不同廠(chǎng)家之間的界面管理工作，但是節(jié)約了占地，也節(jié)省了設(shè)備和管道投資。優(yōu)化后聯(lián)合布置圖見(jiàn)圖4。

圖4 某項(xiàng)目?jī)膳_(tái)可燃?xì)怏w壓縮機(jī)聯(lián)合布置圖(優(yōu)化后)

5 結(jié)語(yǔ)

潤(rùn)滑油系統(tǒng)是壓縮機(jī)的主要輔助系統(tǒng)，其更好的布置和配管設(shè)計(jì)，對(duì)壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和維護(hù)起到非常重要的作用。希望聯(lián)合布置公用潤(rùn)滑油站的優(yōu)化方案能在工程設(shè)計(jì)中得到實(shí)踐。