楊 洋，李 凱，谷卓然，李治鵬，李躍杰，李長春，向春林

(中石化廣元天然氣凈化有限公司，四川 廣元 628000)

Claus硫磺回收工藝是目前國內(nèi)外硫磺回收使用最普遍工藝【1】。中石化廣元天然氣凈化有限公司(簡稱凈化公司)采用了常規(guī)Claus爐非常規(guī)分流硫磺回收工藝【2】。Claus風(fēng)機(K-301)是該工藝的關(guān)鍵機組，其主要作用是為Claus爐和加氫爐提供足夠的空氣【2-3】。在硫磺回收單元中，其可確保再生硫化氫按規(guī)定比例與氧氣反應(yīng)生成二氧化硫；二氧化硫繼續(xù)與未反應(yīng)的硫化氫反應(yīng)而生成單質(zhì)硫；少量未反應(yīng)的硫化氫在轉(zhuǎn)化器中繼續(xù)反應(yīng)，最終將硫化氫轉(zhuǎn)化成硫磺產(chǎn)品。在尾氣回收單元中，其可為加氫爐提供氧氣，進而制備一氧化碳等還原性氣體，以降低尾氣中二氧化硫含量。當(dāng)Claus風(fēng)機因軸承溫度、振動和位移值超高等一系列非正常停車后，Claus爐將聯(lián)鎖停爐。若Claus爐長時間(30 min以上)未能恢復(fù)將導(dǎo)致硫磺回收單元停車。Claus風(fēng)機停車還會造成加氫爐停爐，使加氫反應(yīng)無法進行，進而導(dǎo)致聯(lián)合裝置尾氣中二氧化硫排放超標(biāo)。目前凈化公司尾爐煙氣外排嚴格按照環(huán)保指標(biāo)控制，其中ρ(SO2)≤960 mg/m3，ρ(NOx)≤50 mg/m3，若Claus風(fēng)機停車，則可能導(dǎo)致尾氣排放超出上述控制指標(biāo)，所以其平穩(wěn)運行對凈化廠硫磺回收和尾氣處理單元、甚至整個聯(lián)合裝置起著決定性作用。

Claus風(fēng)機的潤滑油是影響Claus風(fēng)機平穩(wěn)運行的重要因素，其好壞程度直接影響設(shè)備軸承振動【4-5】、溫度【6】，甚至使用壽命【7-8】。凈化公司四套聯(lián)合裝置的Claus風(fēng)機都采用阿特拉斯公司生產(chǎn)的VG32型機油，且采用強制潤滑的潤滑方式。強制潤滑技術(shù)是集過濾、潤滑和冷卻于一體的循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由供油泵將潤滑油強制壓送到軸承部位，超過設(shè)定液位的潤滑油自動回流到油箱，使磨損潤滑液面始終保持恒定，從而保證供油量充足且穩(wěn)定。因此強制潤滑系統(tǒng)不但潤滑效果良好，而且冷卻效果也很突出，與其他潤滑方式相比，具有更易控制、更均勻、更可靠等優(yōu)勢【9-10】。在分析導(dǎo)致K-301跳車事故原因的過程中發(fā)現(xiàn)，潤滑油乳化變質(zhì)使K-301軸承溫度升高，是引發(fā)跳車的主要原因之一。K-301對潤滑油的品質(zhì)要求較高，其對阿特拉斯·科普VG32型潤滑油的換油指標(biāo)要求見表1。從表1中可以看出，在水分大于0.1%和旋轉(zhuǎn)氧彈值小于238 min等情況下，整套系統(tǒng)的潤滑油將不能使用，必須全部更換。而潤滑油價格昂貴，更換一次費用為18萬元RMB。為了促進凈化公司降本增效和解決Claus風(fēng)機的潤滑油乳化問題，通過分析潤滑油乳化的原因，進而給出解決方案，確保了裝置的安全平穩(wěn)運行。

表1 阿特拉斯·科普VG32型潤滑油換油指標(biāo)

1 強制潤滑原理

Claus風(fēng)機潤滑系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 Claus風(fēng)機潤滑系統(tǒng)流程

Claus風(fēng)機潤滑系統(tǒng)分為2種運行狀態(tài)，即備用狀態(tài)和在用狀態(tài)。當(dāng)潤滑油系統(tǒng)為備用狀態(tài)時(潤滑油溫度為40～42 ℃)，潤滑油從油箱通過油泵升壓后運送到換向混合恒溫閥，由于此閥門需在潤滑油溫度為45 ℃以上方能打開，故潤滑油直接走流程②，通過過濾器、減壓閥輸送到各潤滑點；當(dāng)該系統(tǒng)為在用狀態(tài)時，潤滑油溫為60 ℃左右，此時潤滑油走流程①，經(jīng)過換熱器冷卻后，再經(jīng)過濾器、減壓閥，最后到達各潤滑點。

2 溫度和振動值超高引起聯(lián)鎖跳車原理

風(fēng)機報警聯(lián)鎖數(shù)據(jù)見表2。

為了保證Claus風(fēng)機和整個聯(lián)合裝置的安全平穩(wěn)運行，凈化公司設(shè)置了安全儀表系統(tǒng)(SIS)。當(dāng)軸承溫度、振動值等參數(shù)超出設(shè)定值時，SIS會就直接聯(lián)鎖關(guān)斷，如表2所示；當(dāng)齒輪箱高速軸驅(qū)動端、齒輪箱高速軸非驅(qū)動端和齒輪箱低速軸驅(qū)動端溫度超過107 ℃時，分散控制系統(tǒng)(DCS)面板上就會發(fā)出報警，操作人員需及時處理；若處理不及時，溫度持續(xù)上升至113 ℃，Claus風(fēng)機就會直接聯(lián)鎖跳車，大量原料氣放空導(dǎo)致經(jīng)濟損失，同時還會造成尾氣二氧化硫超標(biāo)等環(huán)保事故。同理，潤滑油總管和風(fēng)機出口管溫度的聯(lián)鎖跳車值分別為62 ℃和191 ℃，齒輪箱高速軸非驅(qū)動端的振動聯(lián)鎖跳車值為58 μm，同時也可以根據(jù)設(shè)備使用情況和當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件適當(dāng)進行聯(lián)鎖值修改，有利于設(shè)備安全運行。

表2 風(fēng)機報警聯(lián)鎖數(shù)據(jù)

圖2為溫度或振動超標(biāo)導(dǎo)致K-301聯(lián)鎖跳車的控制示意。生產(chǎn)中一旦K-301的軸承溫度或振動值超出設(shè)定值，溫度信號就會通過熱電阻轉(zhuǎn)換成電信號傳給AI卡件(模擬信號輸入)，AI卡件經(jīng)過大約100 ms運算后傳送給K-301自帶的CPU(中央處理器)系統(tǒng)，CPU按照設(shè)定邏輯運算，經(jīng)過100～200 ms的運算后將運算結(jié)果信號傳遞給PK150調(diào)速器，使PK150調(diào)速器輸出值降為0 r/min，進而使K-301停車。

圖2 溫度或振動超標(biāo)導(dǎo)致K-301聯(lián)鎖跳車控制示意

3 潤滑油乳化情況分析

3.1 潤滑油乳化對Claus風(fēng)機軸承溫度的影響

齒輪箱高速軸驅(qū)動端(TE-32601)溫度變化趨勢如圖3所示。

將乳化后的潤滑油靜置4 h后，出現(xiàn)了明顯的油水分離現(xiàn)象(見圖4)，而且下層的水分明顯多于油相。這是因為潤滑系統(tǒng)在長期使用過程中密封墊片老化，換熱器水相緩慢滲透到油相中，形成了油水混合物。從圖3 看出，潤滑油長期使用過程中，隨著潤滑油緩慢乳化，Cluas風(fēng)機齒輪箱高速軸驅(qū)動端溫度逐漸升高，90 d的時間內(nèi)，溫度從72 ℃左右緩慢升至85 ℃左右。運用Origin8.5擬合了齒輪箱高速軸驅(qū)動端(TE-32601)的溫度變化曲線，得到y(tǒng)=69.7+0.321x-0.001 76x2方程，并利用該方程對TE-32601的溫度發(fā)展趨勢進行判斷。其溫度上升趨勢表明，潤滑油乳化對Cluas風(fēng)機齒輪箱高速軸驅(qū)動端溫度有明顯影響。

圖3 齒輪箱高速軸驅(qū)動端(TE-32601)溫度變化趨勢

圖4 潤滑油靜置4 h后油水分層情況

3.2 潤滑油成分分析

首先對乳化潤滑油進行外觀和水分分析【11】，然后將潤滑油進行油水分離，對得到的油相進行化學(xué)分析，結(jié)果如表3所示。

從表3分析結(jié)果來看，長期使用的潤滑油有如下特點：

表3 潤滑油分析數(shù)據(jù)

1) 外觀和水分分析表明，乳化后的潤滑油較新油渾濁，產(chǎn)生了大量的油水混合物；

2) 40 ℃時測得的在用潤滑油運動黏度與新油相差不大，但是黏度指數(shù)從127 mm2/s降低到113 mm2/s，表明該潤滑油的運動粘度受溫度的影響較為明顯，系統(tǒng)溫度升高或降低都將影響潤滑油的潤滑效果;

3) 在用潤滑油的閃點從233 ℃降低到225 ℃，表明潤滑油發(fā)生閃燃的概率大大增加，系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)的危險性增大；

4) 在用潤滑油的抗乳性從7.0 min降低到6.0 min，旋轉(zhuǎn)氧彈指標(biāo)從1 200 min降低到660 min，說明油品的抗氧化性能有下降趨勢；

5) 在用油泡沫性在程序Ⅰ和程序Ⅲ測得的參數(shù)值分別為150/0和40/0，明顯大于參考值，表明在用潤滑油具有更大的產(chǎn)生泡沫的傾向，而由此產(chǎn)生的不良潤滑、潤滑損失和氣穴現(xiàn)象都會導(dǎo)致Claus風(fēng)機故障；

6) 在用潤滑油的銅腐蝕和酸值與新油的相應(yīng)參數(shù)值沒有變化。

3.1節(jié)和3.2的分析表明：K-301潤滑油箱墊片性能變差和潤滑油自身降解是導(dǎo)致潤滑油乳化的主要原因。

4 應(yīng)對措施

4.1 設(shè)備密封圈老化應(yīng)對措施

圖5為強制潤滑系統(tǒng)中油箱換熱器外觀。通過與生產(chǎn)廠家交流并進行資料調(diào)研，研制出一種新型密封墊片。該密封墊片具有更好耐腐蝕、抗壓、抗高溫、耐臭氧等優(yōu)良性能(如表4所示)。停機后，采用新型墊片對老化的密封墊片進行更換。首先將潤滑油排除干凈，對油冷器進行拆卸檢查、清洗和整改，然后再進行密封墊片安裝，更換全新油冷器封頭墊片并進行現(xiàn)場水壓密封測試，測試條件為0.7 MPa(工作壓力的1.25倍)水壓，保壓24 h。測試結(jié)果為壓降低于0.5%，確定密封性合格。

圖5 換熱器和封頭檢修

4.2 潤滑油降解的應(yīng)對措施

針對3.2中油品的理化性能分析結(jié)果，從工廠實際條件出發(fā)，制定出2條有效措施以應(yīng)對潤滑油的降解：1)定期補充新油，緩解潤滑油整體氧化趨勢，并定期進行分析化驗，加強監(jiān)控，將旋轉(zhuǎn)氧彈長期控制在886 min以上；2)加強更加廉價和性能優(yōu)良的潤滑油的研制。目前研制的YB-1型潤滑油與在用潤滑油阿特拉斯·科普VG32型潤滑油性質(zhì)相當(dāng)，擬進一步進行實際應(yīng)用測試。2種潤滑油的效果對比見表5。

表4 新舊墊片物性參數(shù)對比

表5 阿特拉斯·科普VG32型潤滑油與YB-1型國產(chǎn)潤滑油效果對比

從表5可以看出，國產(chǎn)YB-1型潤滑油與阿特拉斯·科普VG32潤滑油在理化指標(biāo)上性能相當(dāng)，其中在24 ℃時國產(chǎn)YB-1型潤滑油的泡沫性(35/0)明顯優(yōu)于阿特拉斯·科普VG32潤滑油(100/0)，價格遠低于VG32潤滑油。

5 效果檢驗及總結(jié)

5.1 效果檢驗

潤滑油乳化問題得到解決后， Claus風(fēng)機的軸承溫度、 振動值等均在正常范圍內(nèi)， 以齒輪箱高速軸驅(qū)動端(TE-32601)溫度變化為例，其改造后TE-32601的變化趨勢見圖6。從圖6中可以看出，在20多天的檢測過程中，TE-32601的溫度值一直保持在68～70 ℃，表明潤滑油乳化問題得到解決后，Claus風(fēng)機運行良好。

圖6 齒輪箱高速軸驅(qū)動端(TE-32601)溫度變化趨勢

5.2 結(jié)語

通過對K-301強制潤滑系統(tǒng)介紹和潤滑油乳化原因分析和應(yīng)對措施研究，得到以下結(jié)論：

1) Claus風(fēng)機通過SIS系統(tǒng)對K-301風(fēng)機進行保護，當(dāng)K-301軸承溫度等參數(shù)超出設(shè)定值時，風(fēng)機直接聯(lián)鎖跳車。

2) 潤滑油箱密封墊片逐漸老化， 導(dǎo)致?lián)Q熱器水相進入油箱， 造成潤滑油進水乳化， 通過研制新的墊片并進行更換， 保證了潤滑油系統(tǒng)的密封性。

3) 通過分析在用潤滑油的化學(xué)成分，研究出補充新油和研制價廉質(zhì)優(yōu)的潤滑油等應(yīng)對措施，解決Claus風(fēng)機潤滑油乳化問題和為凈化公司降本增效。