高温油泵润滑油站在线清洗净化分析与应用

2022-08-28钱彦彬游恩杰

设备管理与维修 2022年15期

钱彦彬，游恩杰，樊刚，王曦

（1.中国石油化工股份有限公司荆门分公司，湖北荆门 448000；2.思肯环境科技（天津）有限公司，天津 300202）

0 引言

南方某石化炼油一部1#蒸馏装置高温油泵密封，采用辅助系统PLAN54 集中供油。目前渣油、蜡油和重油因机械密封泄漏，串入冲洗油回油管路携带至油站，进入润滑油系统，造成润滑油颗粒污染物增加、残炭增加，油站的隔离油（SH46#合成型长寿命极压润滑油）面临严重污染。从而导致高温油泵机械密封冷却效果不佳、密封结焦，密封泄漏故障频发。SH46#润滑油是合成油，如果进行多次置换，费用高，费油排放造成环保压力大。同时每次置换不能全部更换，导致集中供油系统始终存在残炭等污染问题。由于生产装置连续生产不能停机，不具备更换机械密封的条件。

1 指标检测

针对混油导致的设备生产故障，需要找到经济合适的最优解决方案。经过多次调研以及专家讨论，首先对润滑油污染现状进行检测分析。SH46#合成油样品送CMA 实验室检测，取样日期：2021 年4 月14 日，编号：2104047，出厂日期：2018 年12月6 日，检测数据见表1。

表1 高温油泵集中油站初次检测数据

根据集中油站实际情况，结合理化指标和污染指标，对检测数据进行了具体分析：

（1）从检测数据分析，黏度正常，酸值和铜片腐蚀基本合格。证明目前虽然介质重油和润滑油部分混合，但没有发生明显相溶和化学反应。油站系统暂时不会受到腐蚀，但需随时关注黏度和酸值的变化。

（2）残炭指标严重超标。残炭的是在特定条件下矿物油样品蒸发后剩下的残余物。指油品在规定的实验条件下受热蒸发、裂解和燃烧形成的焦黑色残留物。残炭是表明润滑油中胶状物质和其他污染物的间接指标。SH46#润滑油属于合成油，耐高温，一般残炭值很小。但目前残炭已高达0.67%，证明油系统由于高温重油的混入，不仅重油中的残炭高，而且提高了润滑油站的油温，加速了部分氧化和热分解。从清洁度指标上看，有大块颗粒的残炭存在油系统中，但受管路滤芯精度和材质限制，已不能有效拦截。

（3）清洁度严重超标，5～15 μm 颗粒数8 428 580 是合格数量64 000 的131 倍，15～25 μm 颗粒数1 665 233 是合格数量11 400 的146 倍，25～50 μm 的颗粒数38 853 是合格数202 519 倍。证明残炭和其它粉尘，颗粒物质含量多，需要及时净化过滤处理。

（4）水分处理：针对SH46#合成油混进重油的情况，分析水分主要是重油中含的水分高温蒸发带来的。需要采取合理的脱水技术进行处理。

2 形成原因与生产损失

渣油、蜡油和重油窜入隔离油站，早期污染严重。目前管路滤芯难以清除，已造成了严重的混油现象。隔离油受到污染，对油泵轴承等有磨损现象。

油泥、残炭沉积在轴承表面，加剧磨损、温度升高，都会导致泵站的非计划停机。石化关健机组的非计划停车会引起上下游炼油产品损失和排放，至少导致上百万元的生产损失。国家环保措施越来越严，对炼化装置的排放要求日益严格。

混油以及高温自身氧化和热分解，开始逐步产生亚微米级的油泥、胶质、残炭等难以用在线管路滤芯解决。油泥和残炭是润滑油缓慢氧化的降解产物，遇到高温会加速形成更多的残炭油泥。高温对隔离油产生了严重氧化作用。随着长周期的运行，一般润滑油的抗氧化剂逐步减少、降解，也加速了润滑油的氧化。油泥属于亚微米级软性颗粒物，一般的颗粒物检测设备无法检测，属于不稳定的高分子聚合有机物，机械过滤滤芯难以去除。

2.1 油泥残炭产生的原因

2.1.1 氧化和高温热分解

醛类和酮类等初级氧化产物，通过进一步的链式反应生成高分子聚合物。聚合物不断发展，超过油液承载能力，逐渐从油液中“脱离”，沉积在润滑油系统表面。形成油泥残炭的早期一般为软质的棕色胶状外观，但随着时间推移和热循环，颜色变黑，逐渐变硬，紧密粘着在金属表面。渣油、蜡油和重油混入导致润滑油高温，温度的冷热变化加速残炭油泥胶质物的形成。

2.1.2 添加剂的耗解

合成油的基础油本身与添加剂的相溶性不稳定，容易在高温热分解状态下大量添加剂析出悬浮沉积。

2.1.3 润滑油中含有空气

集中润滑系统进入空气是不可避免的，管路、法兰、油箱等部位进入空气是随时存在的，会在轴瓦的摩擦部位，管路的紊流区域，形成挤爆，也就是微燃烧效应。温度瞬时从1100 ℃上升到3000 ℃以上，形成局部燃烧，产生大量胶质物，进一步磨损油泵和机械密封摩擦副。

2.2 残炭的危害

润滑油运行中如果形成了油泥残炭，逐步沉积在润滑油系统的各个部位，如附着在油泵轴承、调速系统元件及沉积在过滤器、机械密封摩擦副等。①加剧了油泵轴承磨损；②引起电液转换器、错油门等控制部件阀芯卡涩下降，运行准确度下降。造成调速系统失控；③附着坚硬颗粒，造成设备磨损；④造成机械密封的动静环表面结焦，加剧磨损和泄漏的风险。

3 优化解决方案

针对此次润滑油站出现的污染情况，进行了专业调研，并对复杂的混油现状进行了取样分析。根据检测报告和结果，最终进行三级在线过滤净化设计，分别为预过滤、干树脂吸附、收集过滤净化系统。同时预过滤罐滤芯兼备吸水和过滤的能力。

同时泵前滤后设置了先进的取样装置。便于跟踪油净化的效果。考虑到油箱体积只有3 m3，以及油箱的压力波动。设置15 L/min 的设计流速，压力最大0.6 MPa 和低功率1.1 kW。

（1）油泵流量设计15 L/min，是根据油箱体积大小，油箱存储油的大小设计的泵流量。同时和树脂滤芯工作原理的吸附流量相匹配。

干性离子交换树脂滤芯的使用主要就是能吸附部分残炭、油泥以及溶解态的油泥。由于油站使用的是SH46#合成油，存在合成基础油和添加剂之间的饱和性不稳定问题。而树脂的吸附交换作用，对润滑油的添加剂损耗有一定影响。前期运行需要油液检测进行监控。

对于润滑油的溶解物和悬浮物的综合处理。可能导致溶解润滑油的添加剂被一起吸附。润滑油的添加剂，如抗氧化剂、清净分散剂、抗泡沫剂、极压添加剂等都是SH46#润滑油核心添加剂，直接影响润滑油的使用寿命和效果。但这些添加剂都是微小颗粒物溶解于润滑油中，有被离子交换树脂滤芯有吸附的风险，使用时需要做添加剂方面的针对性检测。对于机组润滑油运行状态正常后的净化，可以关掉干性离子交换树脂一段时间，不能长期在线投用。

通过以上监控措施，减少干性树脂对合成油添加剂的影响，尽最大可能延长润滑油的使用周期。

（2）设计的在线净化装置功率低，不会对油箱螺杆泵抽油进行扰动。整机采取不修钢加工制造，防止目前在用润滑油腐蚀。由于SH46#合成油混进重油带来水分升高，考虑到在线净化装置脱水的安全性，以及油箱存油只有1.5 m3的原因，不能使用大功率的真空脱水净油机对油泵的压力形成扰动。使用吸水滤芯吸水，可使水分逐步下降。

（3）由于大量的残炭以及混入的蜡油属于非极性物质，静电吸附和平衡电荷集聚技术虽然对亚微米级颗粒物有作用，但不易带上电荷，同时购置成本和维护费用也比较高不建议使用。

4 在线净化设备设计与实施

经过前期的调研和检测分析，决定采用在线清洗净化技术。经过充论证，根据油站油箱体积、压力等实际数据，需要保证生产装置稳定运行。使用在线净化装置进行在线残炭和油泥颗粒的处理。

4.1 净化流程设计介绍

先进行40 μm 金属滤网拦截，保证大颗粒不磨损齿轮泵。通过泵和电机，进入到预过滤罐，放置一个5 μm 滤芯过滤。从预过滤罐出来，进入中间再生干树脂罐，进行油泥残炭处理。最后收集罐是3 μm 滤芯进行末端收集过滤。根据使用情况和压力变化，可以配置精度更高的滤芯。泵前和收集罐后设计2 个取样阀，可以方便采集取样。泵前取样代表了油箱润滑油的状态，收集罐后取样代表了净油机过滤效果，以方便分析集中油站净化的效果。

4.2 特点优势

主要内容：①去除润滑油固体颗粒物等以保证润滑系统正常运行；②移动式设计可以在10 m 内的地方使用；③设计加装再生罐，可以除去残炭，油泥，胶质物；④外接透明钢丝软管能适应各种场合使用要求；⑤滤芯过滤器上设有压差发讯器，当滤芯的工作压力差过大时，压差发讯器会自动报警提示操作人员更换滤芯，并油泵停止工作，避免油泵电机超负荷运行；⑥底部装有坚固的车轮，可以移动使用；⑦过油的管路、滤罐等都采用不锈钢设计。