离心压缩机用润滑油系统重要设备及控制配置浅析

0 引言

离心压缩机被广泛应用在重大石油化工、煤化工等工业生产中，被誉为“心脏设备”。离心压缩机组的润滑多为强制润滑[1]，为了保证压缩机、电动机、变速器等的轴承或齿轮的润滑，同时带走其热量，使其温度维持在正常的范围内，进而保证压缩机组能安全、稳定的运行，必须配备相应的润滑油系统。该系统向压缩机组提供润滑油，对于汽轮机驱动的机组，其还向调速器提供调节油。主要由润滑油站、惰转油箱、控制阀门、监测仪表以及中间的连接管路组成。

1 润滑油站

润滑油站主要由油箱、油泵及驱动机、油冷却器、油过滤器、加热器、油雾分离器、监测仪表及连接管路组成。典型的润滑油站布置图见图1。

图1 典型的润滑油站布置图
Fig.1 Lube oil console typical outlines

1.1 油箱

油箱的基本功能为消散、存储润滑油和沉降杂质[2]。为了保证其消散作用，要求油箱表面的自由面积要足够。油箱容积按照API614标准确定，除了包括润滑油站上设备和管路的全部回油，还应考虑惰转油箱油量及内部管路的安全余量。因此，油箱的长、宽、高需要合理设计。因油箱是常压容器，故设计时只需要充分考虑其刚度即可。通常可采用侧板外部增加加强筋或者适当降低低油箱高度，以减轻油箱侧板承受的静压力，增强整体刚度[3]。

1.2 油泵

为了满足机组能连续运行及实现在线切换的要求，通常设置两个油泵，一用一备。油泵主要有两种：容积泵和离心泵。容积泵效率比较高，至少为70%；但在主、备泵同时运行时容易瞬间压力过高，因此，除泵体本身需要设置安全阀外，泵出口至油箱之间的管路上也需要设置安全阀，以保证泵体及整个系统的安全；容积泵组（含驱动机）成本上较高。离心泵无超压情况；但缺点是效率较低，对于小型润滑油站其最大值不超过50%，对于大型润滑油站其最大值也不到70%；离心泵组（含驱动机）成本相对低。离心泵越大，其效率越高，因此，对于大型润滑油站可考虑采用离心泵组，其经济性更高。

1.3 油泵驱动机

主油泵驱动机有小汽轮机或电动机，常用的为电动机，辅油泵驱动机为电动机。

驱动容积泵用电机功率应满足：润滑油温度为10℃，全流量，出口压力为安全阀设定压力时，油泵的吸收功率再考虑1.1倍后向上靠档选取。通常选用四极电动机，也可选择两极电动机，需要依据油泵特性及油泵组成本综合考虑后确定。对于小型容积泵，选择两极电动机性价比更高。

驱动离心泵用电机功率应满足：以下三种情况取大值：①润滑油温度为10℃，出口压力为正常压力时，油泵的吸收功率；②润滑油为正常温度时，油泵性能曲线末端所对应的吸收功率；③润滑油温度及出口压力均为正常时，油泵的吸收功率，并且按照API610规定考虑相应的余量。对于功率小于等于22kW，考虑25%余量；对于功率为22kW和55kW之间，考虑15%余量；对于功率大于等于55kW，考虑10%余量。

1.4 油过滤器

为了满足API标准中轴承对润滑油的洁净度的要求，以防止杂质破坏油膜，划伤轴瓦等安全事故发生。通常设置一用一备两个油过滤器，两个油过滤器通过三通阀或六通阀连接在一起，可实现在线切换。每个过滤器都设有回流到油箱的旁路，且两个过滤器之间设有带孔板的旁路，以保证其一直有活油流过。对于不要求连续操作或者不停机更换的场所，为了节省初次投资，如风洞实验用空压机，也可配置一个油过滤器。

1.5 润滑油蓄能器

主、辅油泵切换时，在备泵启动阶段或者至少4秒钟，要保证输送压力大于正常压力与停机压力的中间值，以保证润滑油总管的压力稳定，在过滤器后或者进油总管上设置润滑油蓄能器。润滑油蓄能器通常为皮囊式，此种型式适用于温度大于-15℃的场所。如果压缩机组为汽轮机驱动，还需要设置调节油蓄能器，由汽轮机厂家成套配置。

1.6 油雾分离器

如果油烟不经过处理直接排放到大气中，其中的油雾，会造成环境污染；还可能导致火灾、油膜表面和混凝土腐蚀；同时，对于润滑油也是一种消耗。尤其对于带有齿轮箱的机组，其油烟相对更大。因此，当有要求时，可设置油雾分离器，在油烟排到大气之前将其中的润滑油分离出来，使润滑油流回到油箱中，从而避免污染及浪费，以满足当地环境和安全法规限制的要求。

1.7 事故油泵

当离心压缩机的驱动机为汽轮机时，由于汽轮机转子温度较高，为了使其转子冷却下来，保证汽轮机能够安全停机，需要设置事故油泵。事故油泵通常配置单独的过滤器直接连接在去润滑油总管的管路上，也可与主、备泵并联，连接在冷却器前。事故油泵需要配备一路事故电源。

1.8 滤油机

为了去除润滑油中的水分、油垢和固体颗粒，恢复其粘度和闪点。当项目有要求也可以额外配置一个滤油机，定期对油箱中润滑油进行过滤。此滤油机可以固定安装在油站上，也可选用移动式，同时供多个油系统使用。滤油机常用的有离心式和真空式两种型式[4]。

2 惰转油箱

当主、辅油泵同时失效或者断电时，将不能为机组提供润滑油。但是机组具有惯性，在接收到停机信号后到完全停下来还需要一段时间。在此阶段，惰转油箱为轴承提供润滑油。根据API标准要求，惰转油箱容积设计原则为：至少满足3分钟正常润滑油量需求。在没有要求时，惰转油箱高度设置为机组轴中心线到惰转油箱供油口之间6米左右。由于其是靠重力作用来提供压力，因此，如果高度过高，则无法满足机组对时间的要求，如果高度过低，则无法满足机组对压力的要求。当用户对惰转油箱的安装高度有要求时，需要重新核算惰转油箱是否能满足惰转要求。惰转油箱分为常压型和压力型，常用的为前者。

3 控制配置

油过滤前后设置差压变送器以监测过滤器的状态，当压差大于等于1.5barG时，控制系统发出高报警信号，应切换到润滑油备用过滤器，并更换润滑油过滤器芯子。

当油泵为容积泵时，为防止超压的情况发生，在油泵出口的总管与油箱之间设置一个背压阀，通常为自立式globe阀门。

为了保证润滑油总管对油压的要求，在润滑油站总供油管上安装压力调节阀，通常为自立式globe阀门。为避免低油压可能导致轴承损坏的故障情况，阀门状态设置为故障开启。

当有要求时，需要设置温控阀以满足冷却器后对温度的要求，可以设置在冷却器后的总管线上，也可以设置在连接冷却器前后的旁通管路上。

其他重要仪表：油箱上设置液位变送器以监测油箱液位，并设置低报警参与系统控制。油箱上设置温度变送器以监测温度来控制电加热器启停，以及油泵的启动允许。油冷却器出口设置温度变送器以监测温度并参与系统控制。油过滤器出口设置压力变送器，并设置低报警参与系统控制。

4 结束语

本文重点介绍了离心压缩机用润滑油系统的主要组成设备及常用阀门、仪表等控制配置。其中油雾分离器、事故油泵、滤油机为选配设备，实际项目根据需求进行适当选择。