机组油系统可靠性分析

机组油系统可靠性分析

阙万河

（中国石化广州分公司，广东 广州510726）

摘要 某公司发生晃电事故，多套装置因关键机组低油压联锁造成非计划停工，本文通过梳理重整氢气增压机晃电跳停经过，分析机组油系统稳压功能失效原因，并从油系统配置完整性、设施完好性和参数设置合理性等方面提出可靠性提升措施。

关键词 晃电 机组 油系统 蓄能器 可靠性

1前言

2023年7月14日，某公司热电一联合区域110KV GIS 100A乙母联开关合闸对110KV 1母线送电时，110KV 1母线触动母线差动保护动作，造成全厂110KV系统晃电，受此影响，蜡油催化裂化、重整、加氢裂化、加氢处理和6.5万制氢等装置因关键机组低油压联锁造成非计划停工。

为提高机组油系统在晃电等特殊工况下的抗波动、抗干扰能力，本文对重整氢气增压机（C202）停机全过程进行梳理，对机组油系统配置完整性、设施完好性及相关参数设置合理性等方面进行分析，排查影响机组油系统可靠性的短板，提出解决措施。

2机组概况

重整氢气增压机由低压缸和高压缸两个缸串联压缩，凝汽透平驱动，机组油站系统由压缩机厂家成套供货，分别向压缩机、汽轮机提供润滑油，并向汽轮机提供调节油。机组润滑油站由润滑油箱、油泵、双联冷却器、双联过滤器、自力式压力调节阀、单向阀、管件、蓄能器及高位油箱等组成，所有进、排油集合管及支管材质均为不锈钢,润滑油站主、辅油泵为螺杆泵，均由电机驱动，正常运行期间为一开一备。

润滑油经油泵升压供出，部分多余润滑油经一次自力式压力调节阀返回油箱，其余经油冷器、油过滤器后分为两路，一路去调节油系统，另一路经二次自力式调节阀调压后进入润滑油总管及高位油箱，所有经机组使用后的润滑油汇集到回油总管，回流油箱，实现循环利用。机组油系统流程见图1，机组油系统报警联锁参数见表1。

图1 机组油系统流程图

表1 机组油系统报警联锁参数

3晃电停机经过

受晃电影响，重整氢气增压机润滑油站在用油泵C202Y1突停，备用油泵C202Y2自启动，但仍因润滑油总管压力低触发机组联锁停机。

SOE记录显示，主油泵因晃电停泵后，润滑油总管压力快速下降，15:50:14.733时润滑油总管压力0.2MPa低报警（以此为计时基准），低油压报警后0.08s，系统发出辅油泵自启动信号；低油压报警后0.827s，机组因润滑油总管压力低于0.1MPa联锁停机；低油压报警后2.31s，润滑油总管油压恢复至0.1MPa；低油压报警后3.402s，总管油压恢复至0.2MPa。表2为SOE记录的氢气增压机停机报警联锁信息。

表2 氢气增压机停机SOE记录表

4原因分析

API614-2008标准4.8.2条规定，在辅助油泵加速或电动机驱动泵至少4秒钟期间，系统供油压力应保持在停机设定值之上。重整氢气增压机从润滑油总管压力低启辅泵至润滑油压力低低联锁停机共用时0.827s，低于API614标准规定的4s稳压时间，机组油系统稳压能力不足，稳压功能失效。

经核实，重整氢气增压机油系统设施齐全，联锁配置符合要求，针对油系统稳压能力不足问题，对油系统蓄能器、自力式调节阀、油路单向阀的完好性及选型配置合理性逐一排查分析。

4.1蓄能器

氢气增压机配置2台容积各100L的蓄能器，安装在油系统单向阀后，当主油泵故障或跳停后，辅助油泵自启动并使油系统逐步恢复正常压力,期间蓄能器发挥补油稳压作用，维持润滑油总管压力稳定，避免油压持续下跌触发联锁停机。

4.1.1蓄能器工作过程

图2为皮囊式蓄能器工作过程示意图，其中P0V0为蓄能器初始充气状态，充气压力为P0；P3V3为油系统正常工作压力时蓄能器状态，油系统正常工作压力为P3；P2V2为油系统压力降至辅泵自启动压力时蓄能器状态，辅泵自启动压力为P2；P1V1为油系统压力降至蓄能器设计最低工作压力时状态，蓄能器设计最低工作压力为P1。当润滑油总管压力从辅泵自启动压力P2降至蓄能器最低工作压力P1期间，蓄能器皮囊从P2V2状态膨胀至P1V1状态，其间释放容积为Vw的润滑油，用于维持总管油压不低于蓄能器设计最低工作压力，且达到稳压4s的要求。

图2 蓄能器工作过程示意图

蓄能器工作过程，皮囊内气体总量保持不变。用于能量储存时的皮囊蓄能器，气体状态变化满足波易耳定律，其放液过程近似为绝热过程［1］，按照波易耳定律：

P0V0n=P3V3n=P1V1n=P2V2n=常数            （1）

蓄能器从辅泵自启动时状态膨胀至最低工作压力时状态，体积膨胀量Vw可对式1进行变换得到：

Vw=V1－V2=（P0/P1）（1/n）V0－（P0/P2）(1/n)V0

  =V0×［（P0/P1）（1/n）－（P0/P2）（1/n）］               （2）

4.1.2蓄能器充气压力和最低工作压力

为最大限度利用蓄能器有效容积，维持油系统安全可靠运行，蓄能器最低工作压力P1取辅泵自启动压力与机组联锁停机压力的平均值，蓄能器充气压力P0按蓄能器最低工作压力的80%～85%取值，与机组联锁停机油压保持一定的安全距离。

已知氢气增压机辅泵自启动压力为0.2MPa，机组联锁停机油压为0.1MPa，则蓄能器最低工作压力P1按0.15MPa取值，蓄能器初始充气压力P0按0.1275MPa取值。

4.1.3蓄能器配置需求计算

氢气增压机润滑油设计流量为867L/min，当润滑油总管压力从辅泵自启压力0.2 MPa降至蓄能器最低工作压力0.15MPa期间，为维持总管油压不低于蓄能器最低工作压力，且满足稳压4s的要求，蓄能器需释放有效容积（Vw）为57.8L的润滑油，为计算氢气增压机蓄能器设计容积V0,由公式2变换得到：

𝑉0=𝑉W/［(𝑃0/𝑃1)1/n− (𝑃0/𝑃2)1/n］    （3）

式中多变指数n取值1.25，代入公式计算可得蓄能器设计容积V0为320L，氢气增压机现有蓄能器容积偏小，无法满足辅泵自启动后稳压4s的需求。

4.1.4晃电停机前油系统稳压能力核算

氢气增压机联锁停机后油系统压力回零， 现场检测蓄能器皮囊氮气压力为0.18MPa，与蓄能器初始充气压力一致，皮囊未漏气失效。当润滑油总管压力从备泵自启动压力0.2MPa降至蓄能器充氮压力0.18MPa时，蓄能器皮囊膨胀至初始充气状态，此时油系统最低工作压力P1等于皮囊充气压力P0，相关参数代入公式2计算可得，晃电停机前，氢气增压机蓄能器用于稳压作用的有效容积（Vw）约16L，对应稳压时间约1.1s。

综上分析可见，重整氢气增压机润滑油系统蓄能器配置容积不足，无法满足主泵晃电跳停、辅泵自启后稳压4s的要求；另外，氢气增压机蓄能器初始充气压力偏高，导致蓄能器用于稳压过程的有效容积变小，造成晃电工况下机组油系统稳压能力不足。

4.2自力式压力调节阀

氢气增压机油站配置2台自力式压力调节阀，分别安装于油泵出口和润滑油供油口。安装于油泵出口的一次自力式调节阀作为溢流阀，油泵出口多余的润滑油经该阀返回油箱，阀门通径为DN50；安装于润滑油供油口的二次自力式调节阀作为减压阀，起稳压作用，阀门通径为DN50。机组联锁停机后，现场检查自力式调节阀工作正常，副线均为关闭状态。

4.2.1选型要求

API614-2008规定，旁通压力调节阀规格应适用于一台泵的最小流量至两台泵的最大流量范围；直接动作的控制阀和调节阀规格设计应基于稳定状态时限制偏离比例小于10%，最大瞬态偏离比例小于25%。

自力式调节阀在选型计算时应充分考虑油泵切换或双泵运行等多种工况下须保证供油压力波动范围<10%，避免自力式调节阀在运行工况变化时反应不够迅速，造成油压波动过大或润滑油总管失压，触发机组联锁停机。

4.2.2选型核算

根据氢气增压机油站运行参数，油泵流量1401L/min，其中润滑油流量867L/min，调节油流量147L/min，润滑油压力0.28MPa，调节油压力0.96MPa，泵出口总管压力1.06MPa。经FISHER核算，该应用工况下，要满足油压波动幅度小于10%，应选用DN80的一次自力式调节阀和DN80的二次自力式调节阀。目前在用的一次调节阀和二次调节阀口径均为DN50，小于计算口径。

4.3油系统单向阀

润滑油站主辅油泵出口及润滑油和调节油供油支路均设置了单向阀，润滑油总管压力降低时，蓄能器释放润滑油进入总管，维持油系统压力稳定，如果油系统单向阀内漏，将会加速润滑油总管失压，缩短油系统稳压时长，甚至造成机组联锁停机。

经计算，晃电停机前，蓄能器稳压时间约为1.1s，实际从润滑油总管压力低报警到机组联锁停机用时0.827s，初步分析单向阀可能存在内泄漏情况。

5可靠性提升措施

针对机组晃电停机暴露的问题，重点从以下方面提升机组油系统可靠性。

（1）根据计算结果，增加蓄能器数量以增大蓄能器容积，使蓄能器具备足够稳压能力；调整蓄能器初始充气压力P0，按蓄能器最低工作压力P1的80%～85%取值，P1取辅泵自启动压力和机组联锁停机压力的平均值。过高的充气压力会过早释放蓄能器内贮存的润滑油，导致辅泵自启后无法维持稳定的总管压力。

（2）根据实际运行参数，复核自力式压力调节阀选型参数及计算书，确认自力式调节阀设计公称直径偏小，计划在检修期进行更新。

（3）定期检查油系统单向阀，提高单向阀密封可靠性。

（4）为提高油系统压力监测灵敏度，实现第一时间感知、响应油系统压力变化，停机期间调整油系统压力变送器安装位置，从润滑油单向阀后移装至自力式调节阀与单向阀之间。

（5）机组正常停机前，在正常转速工况下，开展主油泵停电、辅油泵自启试验，实际检验非正常工况下油系统调压、稳压及保压能力。

6结语

机组油系统既要满足正常的润滑、调节需求，还要能适应异常工况下的波动调整，在保证机组油系统设施配置完整、选型合理、设施完好的情况下，根据油系统运行参数，准确核算、选用合理的蓄能器充气压力，能最大限度地发挥蓄能器稳压保压作用，有效提升机组安全运行的可靠性。

参考文献

[1] 何文丰、提高离心机组油路系统蓄能器能力应用、《石油化工设备技术》、2010.6：35-40

作者简介 阙万河、1977年11月、中国石化广州分公司设备工程部副经理、13650778258、

E-mail:quewh.gzsh@sinopec.com