芳烴離心壓縮機油路存在問題及對策

黃立群，賴仁滿

（福建聯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，生產對二甲苯和苯等芳烴產品，共包含有10 套聯系緊密的單元。聯合裝置有4 臺關鍵機組（表1），這些機組一旦異常停機，都將造成裝置停工，經濟損失巨大。因此，確保機組安穩長滿優運行對公司效益至關重要。

表1 芳烴聯合裝置關鍵機組清單

2017 年公司220 kV 總變壓器故障引發全廠各級電力系統晃電，芳烴裝置中K201、K202 和K701 均發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生機組停車。機組停車迫使裝置停工，除了中斷PX 產品產出外，還影響到公司的氫氣平衡，給公司造成重大經濟損失。為避免再次發生主輔油泵自動切換時造成機組停車，需要盡快找到故障原因并加以解決。

1 機組停機故障原因分析

1.1 機組潤滑油系統介紹

芳烴機組均包含驅動透平和工作離心壓縮機，二者共用一套潤滑油系統，油站除了給各軸瓦供潤滑油外，還給透平機組提供蒸汽調節閥用的控制油。潤滑油系統中設有互為備用的潤滑油泵，備用泵在潤滑油系統油壓低時可以自啟，從而保證潤滑油持續供應。油泵出口設有壓力調節閥控制總管壓力，一般為1.0 MPa，潤滑油經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；另一路經過調節閥減壓至0.25～0.30 MPa，供至透平和壓縮機各軸瓦。潤滑油部分還設有高位罐，作為兩臺潤滑油泵停運后機組轉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有蓄能器，平時吸收油系統的脈動，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定[1]。K701 機組油路系統如圖1 所示。

1.2 機組跳機原因分析

1.2.1 事件記錄分析

從K701 跳機期間的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，觸發啟動輔助油泵的條件，1.1 s 系統收到輔助油泵運行信號。而在輔油泵啟動后往系統補油充壓，但潤滑油系統壓力持續下降，2 s 時收到速關閥關閉信號，2.4 s 潤滑油壓力低于0.1 MPa（三取二）觸發低油壓聯鎖信號，K701 停機時間記錄如圖2 所示。

從兩個機組的SOE 來看，機組潤滑油壓力低報警、聯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閉速關閥，但速關閥卻實際關閉。此外，輔助油泵啟動正常后，潤滑油壓力仍然持續降低直至出發潤滑油壓力低低聯鎖信號。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 速關閥關閉原因分析

在速關閥工作狀態下，彈簧被壓縮在活塞內，活塞盤在速關油作用下緊貼活塞，確保速關油不泄漏而保持壓力。此時速關閥是否關閉，只與速關油壓力有關，當速關油壓力不足，速關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，速關油快速通過接觸面從回油口泄壓回油箱，速關閥在彈簧力作用下快速關閉?？刂葡到y聯鎖跳機切斷蒸汽就是通過電磁閥控制對速關油泄壓，使速關油壓在活塞盤上產生的壓力＜彈簧力從而切斷蒸汽，速關閥油缸示意如圖3 所示。

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

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，總管壓控閥關閉回油，保總管壓力。壓力持續下降，低于0.6 MPa 時觸發輔助油泵自啟功能，輔助油泵啟動后，開始向系統供油，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油來維持油壓，直至輔助油泵正常補油。合格的潤滑油系統可以保證速關閥的控制油壓力高于彈簧力而不關閉，潤滑油壓力不觸發低低聯鎖。

圖1 K701 機組油路系統

圖2 K701 停機時間記錄

圖3 速關閥油缸示意（工作狀態）

機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，維持油壓的時間達不到設計要求；③油泵流量不足，補油不及時。機組的潤滑油系統在設計就進行了核算，但實際情況還是有少數機組會發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。軸瓦間隙標準是一個范圍，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）軸瓦進油壓力控制偏差，軸瓦進油壓力廠家建議按0.1～0.15 MPa 控制。如果壓力調高，相應的就增加用油量。

（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，相應的也會增加用油量。

（5）轉速的影響。對于同一個轉子，對比靜態下，轉子轉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計時的安全系數范圍內，少數機組存在用油緊張，導致機組在工作狀態下主輔油泵切換時機組跳車[2-4]。由于測試時的機組條件與機組正常運行時的條件不同，這種用油緊張在測試時無法發現，在轉子正常運行時又不會再進行測試，這就為后續的跳車埋下隱患。機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 ℃，正常運轉時系統油溫更高，接近60 ℃；二是轉子的狀態，測試時轉子是靜止的，正常運轉時，轉子在高速旋轉。

2 改進措施

2.1 油路改進措施

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，要根據不同機組的具體情況來具體選擇。不少機組也存在主輔油泵切換時觸發潤滑油低低聯鎖，通過增加蓄能器來解決[2-4]，個別機組蓄能器需在原先2 個的基礎上再增加8 個[2]。

通過分析K201、K202、K501 和K701 四臺機組正常運行后的油路圖，發現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，規范上沒有明確要達到多少，但這個參數可以從側面反應油泵流量的富裕量。油泵富裕量大，說明輔助油泵啟動后往系統補油能力大，可以快速將系統壓力補充。油泵富裕量小，輔泵啟動后往系統充壓時間會更長，導致系統抗干擾能力降低。因此，可以通過潤滑油總管壓力調節閥開度這個參數來判斷機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。在不更換現有電纜的前提下提高電機功率來提高油泵流量。為節約成本，改造僅采購兩臺泵頭組件，利舊2 臺37 kW 電機。K701 的潤滑油泵改造前后油泵參數見表2。

表2 潤滑油泵改造前后參數

2.2 測試方法改進

反思主輔油泵切換測試方法，發現之前在做主輔油泵切換測試時，是在速關閥關閉狀態下進行的，忽視了主輔油泵切換時對速關閥的影響。這種測試方法無法檢測到油壓降低是否會直接關閉速關閥。對于控制油和潤滑油共用一個油站的機組，在進行潤滑油泵切換測試時，應該把速關閥開啟，通過強制關閉運行油泵，測試輔油泵是否及時自啟、是否會導致速關閥關閉以及是否會觸發潤滑油壓低低聯鎖。

2.3 改進效果

利用2018 年裝置停工大檢修的機會，將K701 的油泵進行擴容改造。改造后，K701 潤滑油總管壓控閥開度由3%提高到35%（圖1）。在速關閥開啟狀態下進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，速關閥沒有關閉，未觸發潤滑油壓力低低聯鎖，改造效果非常好。

3 結束語

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

（2）對于透平-壓縮機機組而言，潤滑油系統中潤滑油總管壓力調節閥開度可以作為機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-壓縮機機組而言，主輔油泵切換測試時應該將透平速關閥開啟，以便測試油泵切換不會導致速關閥直接關閉。