謝俊杰

(中石化長(zhǎng)嶺分公司煉油二部，湖南 岳陽(yáng) 414000)

某裝置循環(huán)氫脫硫塔采用高速泵輸送貧胺液(N-甲基二乙醇胺)對(duì)塔內(nèi)循環(huán)氫進(jìn)行清洗。貧胺液泵通過(guò)低速-高速齒輪聯(lián)動(dòng)的方式運(yùn)行，選用L-TSA32汽輪機(jī)油以油泵主動(dòng)潤(rùn)滑方式在一定的壓力、溫度下降低轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損及溫度。在使用過(guò)程中潤(rùn)滑油壓出現(xiàn)持續(xù)降低的情況，齒輪箱、高位油箱內(nèi)潤(rùn)滑油出現(xiàn)大量起泡及變綠的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到設(shè)備的安全運(yùn)行。

對(duì)潤(rùn)滑油泵做功不足和油路系統(tǒng)接管泄漏的情況進(jìn)行檢修、更換等排查處理后油壓仍維持在較低值，大量起泡的現(xiàn)象也未見(jiàn)好轉(zhuǎn)，同批次的潤(rùn)滑油在故障發(fā)生前使用時(shí)未出現(xiàn)過(guò)此種現(xiàn)象，判斷造成油壓低的原因?yàn)辇X輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油在運(yùn)行過(guò)程中因某種原因產(chǎn)生了大量氣泡。為了消除氣泡、解決潤(rùn)滑油壓降低等因素對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成的損害，對(duì)導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決和預(yù)防措施。

1 潤(rùn)滑油起泡產(chǎn)生原因及危害

1) 潤(rùn)滑油起泡的原因多種多樣，可以歸納為兩大類(lèi)：油品本身的影響和外界因素的影響。油品本身的影響包括油品發(fā)生氧化變質(zhì)、抗泡劑含量降低等。外界因素的影響包括油品使用中的機(jī)械作用、外部污染物質(zhì)作用(堿性物質(zhì)、水等)【1】。

2) 潤(rùn)滑油起泡會(huì)造成油的流動(dòng)性變壞、潤(rùn)滑性能變差，甚至發(fā)生氣阻而影響供油等。對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的主要危害如下：

a) 油品散熱性變差：油液表面集中的氣泡會(huì)形成一道隔熱層，使油溫升高，增加配件磨損速率。

b) 加劇氧化變質(zhì)：油品產(chǎn)生泡沫后與空氣接觸面增大，加上油溫升高，會(huì)使油品氧化變質(zhì)，降低潤(rùn)滑性能，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生油泥、膠質(zhì)等雜質(zhì)，吸附在過(guò)濾器、冷卻器表面，堵塞過(guò)濾器，降低冷卻效果。

c) 影響動(dòng)力的傳遞：由于油品中有氣泡，一方面會(huì)使油液產(chǎn)生可壓縮性，降低運(yùn)行壓力；另一方面容易產(chǎn)生氣阻，影響供油量，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作【2】。

2 貧胺液泵潤(rùn)滑油路流程

貧胺液泵轉(zhuǎn)動(dòng)部件與潤(rùn)滑油路系統(tǒng)采用集裝式，齒輪箱與潤(rùn)滑油箱為一體制造，主油泵安裝在油箱中部，外部引入單獨(dú)的輔油泵、冷卻器、過(guò)濾器等潤(rùn)滑油輔助系統(tǒng)，主油泵從齒輪箱進(jìn)油，輔油泵從高位油箱進(jìn)油；貧胺液泵運(yùn)行后輔油泵停止運(yùn)行，由主油泵啟動(dòng)供油；潤(rùn)滑采用強(qiáng)制循環(huán)潤(rùn)滑、飛濺潤(rùn)滑、油浴潤(rùn)滑相結(jié)合的方式。

高位油箱有排氣閥與大氣連通，壓力與大氣壓力基本一致。潤(rùn)滑油經(jīng)噴油管對(duì)軸承、齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻，利用油泵給噴油管的壓力和齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)提供的壓力使?jié)櫥湍芙?jīng)過(guò)回油噴嘴和間隙回到高位油箱；高位油箱液位高時(shí)潤(rùn)滑油也能通過(guò)間隙回到齒輪箱。潤(rùn)滑油進(jìn)各潤(rùn)滑點(diǎn)前排氣閥頂部閥芯因潤(rùn)滑油中帶氣會(huì)保持打開(kāi)狀態(tài)，可以從排氣閥頂部將管路中的氣體排出至齒輪箱中，氣體排完后頂部的閥芯會(huì)在潤(rùn)滑油壓力的作用下關(guān)閉，保證油壓不會(huì)從排氣閥泄掉。其油路系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

圖1 貧胺液泵潤(rùn)滑油流程

3 潤(rùn)滑油異常運(yùn)行狀況檢查

3.1 潤(rùn)滑油及油箱內(nèi)部檢查

采集油箱中的潤(rùn)滑油發(fā)現(xiàn)油品出現(xiàn)黃棕色、藍(lán)色和墨綠色。根據(jù)研究，使用過(guò)后的汽輪機(jī)油會(huì)呈黃棕色，藍(lán)色物質(zhì)與黃棕色潤(rùn)滑油混合后使油品呈現(xiàn)出墨綠色。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，油箱底部存在大量膠質(zhì)、油泥、積碳等沉淀物【3】以及微量水，如圖2和圖3所示。

圖2 氧化的潤(rùn)滑油

圖3 高位油箱內(nèi)部

3.2 潤(rùn)滑油起泡異常情況

在油壓持續(xù)降低的運(yùn)行過(guò)程中，透過(guò)油箱視鏡可見(jiàn)齒輪箱中的潤(rùn)滑油中產(chǎn)生了大量的油下泡，起泡直徑在φ1.5～φ3 mm左右且均勻混合在油品中(見(jiàn)圖4)。在潤(rùn)滑油輸送過(guò)程中，氣泡會(huì)隨著油品進(jìn)入管路及泵體，導(dǎo)致泵的運(yùn)行性能降低【4】，而且經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)泡沫破裂速度緩慢更容易導(dǎo)致這一情況發(fā)生。

圖4 齒輪箱油視鏡

3.3 潤(rùn)滑油冷卻器檢查

潤(rùn)滑油冷卻器采用循環(huán)水對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行降溫。開(kāi)蓋檢查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，循環(huán)水中的雜質(zhì)附著在管束內(nèi)表面，使管束結(jié)垢嚴(yán)重，部分管束堵死，造成冷卻效果降低。這必然會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油溫升高。經(jīng)檢測(cè)，潤(rùn)滑油冷卻后溫度為67 ℃。冷卻器結(jié)垢情況見(jiàn)圖5。

4 從潤(rùn)滑油運(yùn)行狀況分析起泡原因

1) 該泵潤(rùn)滑系統(tǒng)使用的油品已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行的驗(yàn)證，油品選用的型號(hào)合適，質(zhì)量也可以保證。未使用的L-TSA32汽輪機(jī)油顏色為透明微黃。正常運(yùn)行狀況下，油箱內(nèi)油品與空氣和銅、鐵等接觸，催化產(chǎn)生氧化顏色(黃亮色)，伴隨著一定的起泡情況，但泡沫穩(wěn)定性低，不影響正常使用時(shí)對(duì)設(shè)備配件運(yùn)轉(zhuǎn)的保護(hù)，油壓也保持在設(shè)計(jì)運(yùn)行值范圍內(nèi)。

圖5 冷卻器結(jié)垢情況

造成起泡的原因?yàn)榭諝馔ㄟ^(guò)油箱上部的排氣閥與潤(rùn)滑油完全接觸，潤(rùn)滑油本身吸收了一定量的空氣在其中，在強(qiáng)制循環(huán)潤(rùn)滑、飛濺潤(rùn)滑、油浴潤(rùn)滑方式的作用下，經(jīng)過(guò)沖擊、噴濺、快速攪動(dòng)等過(guò)程使溶解的空氣逸出，產(chǎn)生起泡現(xiàn)象。

高位油箱存在沖擊作用，壓力基本與大氣壓持平，齒輪箱回油中混合的氣泡和對(duì)高位油箱內(nèi)潤(rùn)滑油的沖擊作用產(chǎn)生的氣泡未造成高位油箱內(nèi)產(chǎn)生油下泡，只產(chǎn)生了油上泡，尺寸也偏大，直徑約φ3 mm(見(jiàn)圖6)， 泡沫穩(wěn)定性較低； 齒輪箱內(nèi)因壓力相對(duì)較高而且受?chē)姙R、快速攪動(dòng)的作用產(chǎn)生了油下泡和油上泡，泡沫尺寸較小，直徑小于φ1 mm(見(jiàn)圖7)，油位下部基本沒(méi)有可見(jiàn)泡沫，泡沫穩(wěn)定性相對(duì)高一些【5】。

在不同溫度下起泡傾向性與泡沫穩(wěn)定性不同，溫度升高則潤(rùn)滑油表面張力和粘度降低，起泡傾向性增加，泡沫穩(wěn)定性降低。從運(yùn)行狀況的總體情況來(lái)看，油溫升高，則泡沫呈現(xiàn)增多趨勢(shì)(見(jiàn)圖6和圖7)。

圖6 高位油箱泡沫情況

2) 密封滲漏導(dǎo)致潤(rùn)滑油中混入貧胺液，促使油品氧化加速和并呈堿性，使粘度和表面張力發(fā)生變化，進(jìn)而造成起泡傾向性和泡沫穩(wěn)定性發(fā)生變化。

潤(rùn)滑油是由各種烴類(lèi)的組成的。烴類(lèi)的氧化是一個(gè)自由基自動(dòng)氧化的過(guò)程。自由基的自動(dòng)氧化過(guò)程可表示如下。

圖7 齒輪箱泡沫情況

引發(fā)階段：

增長(zhǎng)階段：

RO2·為過(guò)氧化自由基，ROOH為氫過(guò)氧化物。氫過(guò)氧化物不穩(wěn)定，可進(jìn)一步產(chǎn)生自由基，發(fā)生分枝反應(yīng)：

增長(zhǎng)階段結(jié)束后，產(chǎn)生大量自由基，自由基相互結(jié)合為穩(wěn)定產(chǎn)物，氧化進(jìn)入終止階段：

???Wolfgang Spohn，“From Nash to Dependency Equilibria”，in Giacomo Bonanno，Benedikt Lowe，Wiebe van der Hoek(eds．)，Logic and the Foundations of Game and Decision Theory，Springer，2010，p．135，p．140，p．141．

潤(rùn)滑油中因密封磨損而滲入貧胺液(N-甲基二乙醇胺)，貧胺液是一種堿性氮化物，與潤(rùn)滑油自由基存在著成塊作用和導(dǎo)致抗氧劑消耗加快【6】的作用。潤(rùn)滑油中抗氧劑的消耗會(huì)造成油品與溶解的空氣在高溫下氧化加速，特別是在攪動(dòng)時(shí)，氧化急劇加快，使油品氧化產(chǎn)生藍(lán)色膠質(zhì)、油泥、積碳等物質(zhì)沉積在油箱中，經(jīng)過(guò)攪動(dòng)后與潤(rùn)滑油混合使油品看起來(lái)呈墨綠色，而且最終會(huì)導(dǎo)致油品粘度增加(見(jiàn)表1)、泡沫穩(wěn)定性升高，產(chǎn)生大量泡沫。

潤(rùn)滑油中滲入的貧胺液溶液為水溶液，而且潤(rùn)滑油的自由基在分枝反應(yīng)過(guò)程中也會(huì)生成微量水，潤(rùn)滑油系統(tǒng)停止運(yùn)行后靜置一段時(shí)間，通過(guò)pH試紙檢測(cè)沉積在油箱底部的水呈堿性(見(jiàn)表1)。在運(yùn)行過(guò)程中，油箱底部的水會(huì)與潤(rùn)滑油均勻混合，而起泡傾向性和泡沫穩(wěn)定性受pH值影響很大，在中性或酸性條件下穩(wěn)定性低，在堿性條件下穩(wěn)定性高【5】。

表1 潤(rùn)滑油氧化前后粘度及pH值分析

3) 冷卻器原因?qū)е聺?rùn)滑油溫度處于起泡傾向性及泡沫穩(wěn)定性高的范圍內(nèi)。

潤(rùn)滑油冷卻效果不佳導(dǎo)致油溫升高。正常情況下，齒輪箱及高位油箱油溫處于50～55 ℃，滿(mǎn)足廠家所要求的不高于60～65 ℃的運(yùn)行要求，而冷卻器堵塞導(dǎo)致潤(rùn)滑油冷后溫度在67 ℃，齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油實(shí)際運(yùn)行溫度處于70 ℃左右。

溫度升高會(huì)使油品表面張力和粘度下降。表面張力的降低使整個(gè)體系表面能降低，從熱力學(xué)角度上講，有利于泡沫的產(chǎn)生，使起泡傾向性增大，導(dǎo)致泡沫產(chǎn)生的量增大；粘度下降則會(huì)導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定性下降【7】，但實(shí)際上因?yàn)橛推费趸吞幱趬A性環(huán)境下，抵消了因油溫升高而導(dǎo)致表面粘度降低使泡沫穩(wěn)定性降低的影響，使油品的粘度仍處于泡沫穩(wěn)定性較高的值，從而使油品的泡沫一直不能消散。

溫度的升高也會(huì)加速油品的氧化。據(jù)研究，溫度每升高10 ℃，油品的氧化速度增加一倍【3】。潤(rùn)滑油起泡進(jìn)一步造成油溫散熱狀況變差，使油溫升高，從而導(dǎo)致惡性循環(huán)。

5 事故處理及效果

經(jīng)過(guò)處理密封滲漏、清理干凈油箱內(nèi)油泥、更換潤(rùn)滑油以及清洗冷卻器后，齒輪箱及高位油箱內(nèi)潤(rùn)滑油的起泡速度和破裂速度降低到正常運(yùn)行水平(見(jiàn)圖8和圖9)，運(yùn)行油壓也回歸到正常值，說(shuō)明潤(rùn)滑油的起泡傾向性及泡沫穩(wěn)定性回歸到了正常值。油箱內(nèi)壁附著的藍(lán)色氧化膠質(zhì)在多次沖洗后仍有部分呈顆粒狀混合在潤(rùn)滑油中，使?jié)櫥涂雌饋?lái)呈淡綠色。

圖8 處理后齒輪箱泡沫情況

圖9 處理后的高位油箱泡沫情況

對(duì)比檢修前后運(yùn)行油壓情況，油泵及齒輪箱檢修前油壓持續(xù)降低(見(jiàn)圖10)，油泵及齒輪箱檢修后潤(rùn)滑油產(chǎn)生大量泡沫且不易破裂的現(xiàn)象并沒(méi)有得到緩解，油壓仍然處于較低值(見(jiàn)圖11)，而徹底處理了密封滲漏、清理干凈油箱內(nèi)油泥、更換潤(rùn)滑油以及清洗冷卻器后，運(yùn)行油壓明顯回升(見(jiàn)圖12)，貧胺液泵達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

圖10 油箱產(chǎn)生泡沫后油壓降低趨勢(shì)

6 結(jié)語(yǔ)

潤(rùn)滑油在氧化、堿性、高溫的運(yùn)行環(huán)境和存在膠質(zhì)、積碳等雜質(zhì)的情況下，起泡傾向性和泡沫穩(wěn)定性處于較大值，運(yùn)行過(guò)程中高低速齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)攪動(dòng)齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油，在潤(rùn)滑過(guò)程中產(chǎn)生噴濺和沖擊，使油品產(chǎn)生大量尺寸較大的油下泡(φ1.5～φ3 mm)，導(dǎo)致主油泵運(yùn)行性能下降以及氣泡不能在潤(rùn)滑點(diǎn)前的排氣閥排出使得部分油壓從排氣閥泄掉，是造成油壓下降的主要原因。

密封滲漏導(dǎo)致潤(rùn)滑油中混入堿性雜質(zhì)以及溶解的空氣在攪動(dòng)和高溫環(huán)境下使?jié)櫥脱趸铀?，同時(shí)潤(rùn)滑油溫偏高使粘度和表面張力處于起泡傾向性、泡沫穩(wěn)定性最大的范圍，再加上運(yùn)行過(guò)程中對(duì)油品的攪動(dòng)等因素綜合影響是導(dǎo)致油箱中產(chǎn)生大量氣泡且不易破滅的原因。由于密封微漏的情況無(wú)法杜絕，長(zhǎng)期運(yùn)行滲漏進(jìn)入油箱的貧胺液聚集仍可能導(dǎo)致潤(rùn)滑油氧化，根據(jù)泵的結(jié)構(gòu)形式，油箱與泵腔之間存在一個(gè)密封腔，用于安裝密封隔離潤(rùn)滑油與介質(zhì)，可通過(guò)加工開(kāi)孔將密封腔與外部連通，將密封腔內(nèi)滲漏聚集的貧胺液或潤(rùn)滑油引至外部進(jìn)行排放，防止介質(zhì)互串，同時(shí)可觀察油箱和泵體密封的泄漏情況。

圖11 油泵及齒輪箱檢修后泡沫未消失的油壓趨勢(shì)

圖12 處理密封滲漏，更換潤(rùn)滑油，清洗油箱、冷卻器，泡沫消失后的油壓趨勢(shì)

消除貧胺液污染油箱內(nèi)潤(rùn)滑油、降低潤(rùn)滑油氧化速率以及保持pH值保持中性或弱堿性能有效降低潤(rùn)滑油起泡速率，提高氣泡破滅速度，從而提高潤(rùn)滑油運(yùn)行穩(wěn)定性。

冷卻器結(jié)垢導(dǎo)致油溫上升是影響起泡的一個(gè)重要因素。通過(guò)機(jī)泵定期切換的操作，在泵開(kāi)機(jī)前對(duì)油冷器進(jìn)行清理，可保證油冷器在泵運(yùn)行期間內(nèi)的冷卻效果。這是消除起泡的一個(gè)重要手段。

保持油箱油位的正常高度，保證油箱內(nèi)有效的散熱空間也能有效防止油溫升高。

定期清理油箱和冷卻器內(nèi)因氧化生成的雜質(zhì)能有效減少泡沫的產(chǎn)生。

正常狀況下潤(rùn)滑油會(huì)在沖擊、噴濺、強(qiáng)烈攪動(dòng)的過(guò)程中與空氣產(chǎn)生起泡現(xiàn)象，但泡沫穩(wěn)定性低，一般情況下不影響設(shè)備運(yùn)行。