吳磊，孫大新，李韶輝，梁德君，劉中國，王輝

(中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心)

摘　要：離心式壓縮機作為化工煉化企業(yè)核心生產(chǎn)設備，其潤滑油油箱泡沫問題會導致壓縮機軸承潤滑不良，引起機組振動，嚴重時會造成安全生產(chǎn)事故。文章從離心式壓縮機潤滑油油質(zhì)、潤滑系統(tǒng)故障、潤滑系統(tǒng)油箱設計等方面分析了離心式壓縮機潤滑油油箱泡沫產(chǎn)生的原因，為石油化工行業(yè)以及其他生產(chǎn)行業(yè)潤滑油油箱泡沫問題分析解決方案提供了參考借鑒，對于保證安全生產(chǎn)、提高經(jīng)濟效益具有重要意義。

關鍵詞：離心式壓縮機；軸承潤滑；泡沫；潤滑系統(tǒng)；油箱設計

0  引言

離心式壓縮機屬于速度型壓縮機的一種，其工作原理為氣體介質(zhì)經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，獲得速度能和壓力能，速度能通過擴壓器作用進一步轉(zhuǎn)化為壓力能，氣體壓力的增加有利于氣體介質(zhì)正常輸送至下一工藝流程。我國石油化工生產(chǎn)企業(yè)從60年代開始大量運用離心式壓縮機，近幾十年新建的煉油廠、化工廠均采用了離心式壓縮機[1]。離心式壓縮機具有流量大、轉(zhuǎn)速高、工作效率高等特點，離心式壓縮機正常平穩(wěn)的運行對于企業(yè)的安全生產(chǎn)起到至關重要的作用，其輔助系統(tǒng)是其平穩(wěn)運行的先決條件，離心式壓縮機輔助系統(tǒng)包括潤滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、電氣儀表系統(tǒng)等，在實際生產(chǎn)中又以潤滑系統(tǒng)故障導致壓縮機無法正常工作較為常見，潤滑系統(tǒng)故障中潤滑油油箱泡沫問題是一種必須引起足夠重視的現(xiàn)象，潤滑油油箱產(chǎn)生泡沫會導致機組潤滑不良，從而造成壓縮機異常振動、軸承溫度升高，并且進一步損害壓縮機機組，甚至會造成壓縮機緊急被迫停車，給生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟損失，所以及時有效地分析解決壓縮機機組潤滑油油箱泡沫問題對于保障機組正常運轉(zhuǎn)很有必要。本文從離心式壓縮機所用潤滑油性能以及離心式壓縮機潤滑系統(tǒng)故障、機組潤滑油油箱結(jié)構設計等方面綜合討論了油箱泡沫問題產(chǎn)生的原因，為石油化工行業(yè)以及其他生產(chǎn)行業(yè)潤滑油油箱泡沫問題分析解決方案提供參考借鑒。

1　離心式壓縮機潤滑油性能分析

1.1用油簡介

離心式壓縮機目前普遍應用于石油、化工、化肥等重要生產(chǎn)流程中，往往是重要生產(chǎn)工藝中的“心臟裝備”[3]，離心式壓縮機基本結(jié)構由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子由氣缸和隔板組成，轉(zhuǎn)子是高速旋轉(zhuǎn)組件，包括主軸、葉輪、推力盤等組件，見圖1。離心式壓縮機主要潤滑部位指轉(zhuǎn)子部分高速旋轉(zhuǎn)的軸承摩擦副，除此之外，潤滑部位還包括離心式壓縮機原動機(電動機和汽輪機)的軸承摩擦副以及連接原動機和壓縮機的齒輪箱中的齒輪摩擦副，離心式壓縮機潤滑油一般起著潤滑、冷卻、防銹、密封等作用[4]。

離心式壓縮機潤滑油應選用設備說明書推薦的油品，通常與原動機選用同一油品，便于減少輔助設施和操作管理。離心式壓縮機大多為汽輪機驅(qū)動，因此通常選用汽輪機油作為離心式壓縮機機組潤滑油。GB11120－2011《渦輪機油》規(guī)定了不同質(zhì)量級別的汽輪機油劃分標準[5]，離心式壓縮機在用油標準一般參考GB/T7596－2008《電廠運行中汽輪機油質(zhì)量》[6]。

圖1 離心式壓縮機結(jié)構簡圖

1.2油品性能分析

離心式壓縮機潤滑油油箱出現(xiàn)油沫問題時首先需要關注潤滑油質(zhì)量問題，在對潤滑油分析檢測時，需著重關注潤滑油抗泡性能及空氣釋放值。潤滑油在實際使用過程中，與空氣接觸，空氣被泵吸入或者通過機械攪拌進入油中，將會產(chǎn)生夾帶空氣或泡沫。

泡沫是指浮在潤滑油表面直徑較大(＞1mm)的氣泡;分散在油中使油品呈現(xiàn)霧狀、短時間難以透明、直徑較小(＜1mm)的氣泡叫做夾帶空氣或者分散起泡。潤滑油抗泡性能測試是表征油品表面泡沫消除難易程度或者表面泡沫穩(wěn)定性的方法[7]，抗泡性能可以通過添加抗泡劑來改善，抗泡劑是一種可以降低液體與空氣界面間表面張力的添加劑，抗泡劑的正確使用可以使?jié)櫥陀推放菽匦源鬄楦纳啤?/p>

空氣釋放值是用來表征油中霧沫空氣或分散氣泡能否快速析出的一種手段[8]。油品空氣釋放值與潤滑油基礎油或者配方體系關系密切。分析離心式壓縮機潤滑油油箱出現(xiàn)泡沫問題時，油品抗泡性能不合格會使?jié)櫥陀拖浔砻婊赜彤a(chǎn)生的泡沫難以消除，累積的泡沫甚至會從油箱呼吸口溢出，空氣釋放值?達標會導致油中夾帶霧沫空氣過多，油中空氣沒來得及完全釋放就被油泵吸入進入下一個潤滑循環(huán)，在壓力突降或者油溫升高時，溶解的空氣從油中突然釋放出來，會導致泵的氣穴腐蝕和系統(tǒng)控制精度的下降[9]。

離心式壓縮機潤滑油?時間在苛刻工況條件下運行，自身會存在一定程度的氧化或者降解，油品氧化產(chǎn)物為酸、油泥和水，這些物質(zhì)會進一步促進氧化，造成抗泡性及空放性能的下降。引起油品抗泡性能和空氣釋放值性能的下降除了油品本身老化原因之外，另一重要原因是潤滑油受到外在污染。油品外在污染因素很多，不同品牌潤滑油的混用由于配方體系的不同會影響油品的使用性能，系統(tǒng)運行之前潤滑油管路顆粒物質(zhì)未清除干凈會導致顆粒物污染，系統(tǒng)檢修期間管道殘存的化學物質(zhì)會導致化學污染，系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時密封系統(tǒng)的泄露會導致原料污染或者水氣污染等[10]。

為了防止因污染帶來的潤滑油品質(zhì)劣化而導致離心式壓縮機油箱泡沫問題，首先需要選用高品質(zhì)的汽輪機油保證油品使用壽命，新購進的汽輪機油與原用的不同油品混用時，需通過相容性實驗來判定是否可以混用，系統(tǒng)檢修過后加入潤滑油之前需對潤滑管道進行清洗，并保證清洗過后的潤滑油油品合格方可重新加入正常運轉(zhuǎn)所需的油品，系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時需做好油品分析監(jiān)測和補加油工作，從油品角度來保障設備的正常運行[11]。

表1　電廠運行中汽輪機油質(zhì)量

如果能夠確定是因為油品原因?qū)е码x心式壓縮機潤滑油油箱出現(xiàn)油沫，對于油品理化指標的分析參照GB/T7596－2008判定是否需要加強油品過濾或者分水措施，油品使用時間過長或者其他原因?qū)е驴諝忉尫胖挡缓细窨煽紤]重新?lián)Q油，避免因為油沫問題造成離心式壓縮機設備損壞。油品抗泡性能不合格一般是因為油中抗泡劑大量消耗造成，目前通用的方法是在線補加抗泡劑，抗泡劑補加時需要事先按照一定稀油比例稀釋，分少量多次加入。保證新加入的抗泡劑能夠隨著潤滑系統(tǒng)的循環(huán)運轉(zhuǎn)充分分散在油中，改善油品抗泡性能[12]。

2　離心式壓縮機潤滑系統(tǒng)故障分析

2.1潤滑系統(tǒng)

一般離心式壓縮機潤滑系統(tǒng)由潤滑油箱、主油泵、輔助油泵、油過濾器、油冷卻器、高位油箱等部分組成，潤滑油油箱主要作用是潤滑油存儲、回油沉降、脫氣處理等。油箱內(nèi)部設有過濾擋板，用來保證回路潤滑油進入吸油泵之前具有充分的停留時間，離心式壓縮機上部往往設有油霧分離器，油霧分離器可以排除油箱中氣體和水分，油霧分離器在壓縮機正常運轉(zhuǎn)之前開啟，保證油箱微負壓狀態(tài)，一方面有利于軸承回油順利流入油箱，另一方面使軸承回油中夾帶空氣或者水蒸氣及時排出。離心式壓縮機油站一般設有兩臺油泵，主油泵用于正常供油，輔助油泵在潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者主油泵出現(xiàn)問題導致供油不足時自動開啟，潤滑油泵主要作用是為離心式壓縮機各個潤滑點提供正常流量和壓力的潤滑油。離心式壓縮機軸承多是滑動軸承，正常運轉(zhuǎn)時軸和軸瓦之間會形成一層油膜，為了防止?jié)櫥到y(tǒng)臟物質(zhì)或者外來顆粒物進入壓縮機軸承影響潤滑油膜，導致軸瓦擦傷，在進油路會設有油過濾器，離心式壓縮機潤滑油過濾器精度一般為10μm，可以保證進入壓縮機滑動軸承潤滑油的清潔度。離心式壓縮機轉(zhuǎn)速一般較高，經(jīng)過壓縮機軸承潤滑的油會有一定程度升溫，為了控制進油溫度在正常范圍之內(nèi)，進油路會設有油冷卻器，油冷卻器一般分為主用和備用兩臺，經(jīng)過油冷卻器的潤滑油以正常油溫進入潤滑軸承，起到潤滑冷卻作用。高位油箱是為了保證主潤滑油泵和輔助潤滑油泵同時不能正常供油，壓縮機采取緊急停機措施之后仍能提供一定量的潤滑油，高位油箱潤滑油依靠重力作用沿進油管進入潤滑點，以維持潤滑需求，一般高位油箱儲油量不小于5min供油時間[13]。

2.2故障分析

離心式壓縮機油箱出現(xiàn)油沫，在分析檢測油品各方面性能指標合格之后，需要考慮壓縮機潤滑系統(tǒng)故障導致油沫現(xiàn)象發(fā)生。多數(shù)情況下油泵抽空或者漏氣會使?jié)櫥彤a(chǎn)生大量泡沫，吸油泵抽空或者漏氣導致油箱起沫問題較為嚴重，這意味著進油路夾雜著大量氣泡的潤滑油會流經(jīng)離心壓縮機軸承，帶有氣泡的潤滑油難以形成連續(xù)穩(wěn)定的潤滑油膜，造成壓縮機軸承異常震動，遇到這種情況需要快速查找油泵吸入口漏氣點，做好泄漏措施，避免更大的事故發(fā)生[14]。離心式壓縮機油箱油霧分離器故障亦是造成油箱潤滑油起泡原因之一，油箱設置油霧分離器主要目的是使壓縮機齒輪箱、油箱產(chǎn)生負壓，使壓縮機、電機或汽輪機軸承回油順暢，消除壓縮機軸封處和電機油封的漏油，同時通過電機驅(qū)動的油霧分離器能夠及時把回油中的溶解空氣或者水汽抽出，避免在油箱累積進入吸油泵，使進油路出現(xiàn)油沫，帶有油沫的潤滑油進入離心式壓縮機軸承，造成潤滑不良。油霧分離器故障會使回油中夾帶的部分空氣難以排出去，在油箱中形成累積泡沫，壓縮機油箱出現(xiàn)油沫問題可以檢查油霧分離器是否工作正常，油箱負壓是否保持在正常范圍之內(nèi)。

3　離心式壓縮機潤滑油箱系統(tǒng)設計原因分析

如果是新機組剛投入運轉(zhuǎn)出現(xiàn)油箱起泡問題，可以懷疑是油箱系統(tǒng)設計不良導致潤滑油油箱出現(xiàn)大量油沫。目前離心式壓縮機油箱設計?要參考API614標準[15]，但API標準并沒有對油箱設計參數(shù)提出具體要求，油箱設計一般需遵循以下幾個原則[16-17]:

(1)油箱必須有足夠大的面積，一方面滿足油品散熱要求，另一方面保證潤滑油在油箱中具有足夠的停留時間，從而能夠充分地進行沉降分離以及泡沫分離，油箱容積的大小與潤滑系統(tǒng)需要潤滑油量以及吸油泵額定功率有關;

(2)油箱中需安置熱交換器，用來機組冷啟動時對潤滑油預熱;

(3)油箱管口及接口處需妥善密封，防止?jié)櫥捅煌饨缥廴?

(4)油箱內(nèi)部應該有隔板設置，使軸承回油進入吸入泵之前有充分的停留時間;

(5)吸油泵盡量遠離回油管線，增加油液循環(huán)距離，使油箱中潤滑油能夠及時沉降雜質(zhì)、分離油沫和水分;

(6)回油管線要插入油液面以下或者設置回油擋板，用來降低回油流速，避免因為回油造成油箱潤滑油沖擊擾動，造成大量起泡現(xiàn)象。其結(jié)構見圖2。

圖2 離心式壓縮機潤滑油油箱結(jié)構簡圖

油箱設計制造的不合理一方面造成回油沖擊液面，底部沉降雜質(zhì)等贓物帶入油中，使油品抗泡性能變差，但壓縮機停止運轉(zhuǎn)之后，油箱液面趨于穩(wěn)定，泡沫現(xiàn)象消失，另一方面會導致回油在油箱沒有充分的停留時間，來不及釋放油中夾帶的空氣或水氣，會在油箱形成泡沫累積，影響機組正常潤滑。油箱設計構造的更改需事先聯(lián)系油箱系統(tǒng)生產(chǎn)廠家，在不影響潤滑油進油路潤滑油量和回油流量的情況下可做部分系統(tǒng)改造。

4　結(jié)論

離心式壓縮機一般推薦使用汽輪機油，離心式壓縮機潤滑油油箱出現(xiàn)泡沫問題現(xiàn)象可分為油品性能原因、潤滑系統(tǒng)故障原因、潤滑系統(tǒng)油箱設計原因等，其中油品性能原因要重點關注潤滑油空氣釋放值指標及抗泡性能指標，分析油品是否因老化或者受到外在污染導致性能下降，潤滑系統(tǒng)故障原因的分析要著重查看吸油泵、油霧分離器等裝置的前后工作狀態(tài)，系統(tǒng)油箱設計原因需要聯(lián)系油箱生產(chǎn)廠家進行部分系統(tǒng)改造，要綜合離心式壓縮機正常運轉(zhuǎn)工況及其他輔助系統(tǒng)設備結(jié)構構造分析解決油箱泡沫問題。

參考文獻:

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[15]API614－4th，石油化工和氣體工業(yè)用潤滑、軸密封和控制油系統(tǒng)及輔助設備

[16]左成柱.離心壓縮機潤滑系統(tǒng)設計原則及關鍵參數(shù)確定

[17]董清久，馬明生，王麗州.大型離心壓縮機潤滑油系統(tǒng)結(jié)構分析與優(yōu)化設計

（中國潤滑技術論壇(2015)暨中國內(nèi)燃機學會油品與清潔燃料分會第五屆學術年會）