谢俊杰

(中石化长岭分公司炼油二部，湖南 岳阳 414000)

某装置循环氢脱硫塔采用高速泵输送贫胺液(N-甲基二乙醇胺)对塔内循环氢进行清洗。贫胺液泵通过低速-高速齿轮联动的方式运行，选用L-TSA32汽轮机油以油泵主动润滑方式在一定的压力、温度下降低转动部件的磨损及温度。在使用过程中润滑油压出现持续降低的情况，齿轮箱、高位油箱内润滑油出现大量起泡及变绿的现象，严重影响到设备的安全运行。

对润滑油泵做功不足和油路系统接管泄漏的情况进行检修、更换等排查处理后油压仍维持在较低值，大量起泡的现象也未见好转，同批次的润滑油在故障发生前使用时未出现过此种现象，判断造成油压低的原因为齿轮箱内润滑油在运行过程中因某种原因产生了大量气泡。为了消除气泡、解决润滑油压降低等因素对设备运行造成的损害，对导致该现象的原因进行分析并提出相应的解决和预防措施。

1 润滑油起泡产生原因及危害

1) 润滑油起泡的原因多种多样，可以归纳为两大类：油品本身的影响和外界因素的影响。油品本身的影响包括油品发生氧化变质、抗泡剂含量降低等。外界因素的影响包括油品使用中的机械作用、外部污染物质作用(碱性物质、水等)【1】。

2) 润滑油起泡会造成油的流动性变坏、润滑性能变差，甚至发生气阻而影响供油等。对设备运转产生的主要危害如下：

a) 油品散热性变差：油液表面集中的气泡会形成一道隔热层，使油温升高，增加配件磨损速率。

b) 加剧氧化变质：油品产生泡沫后与空气接触面增大，加上油温升高，会使油品氧化变质，降低润滑性能，同时会产生油泥、胶质等杂质，吸附在过滤器、冷却器表面，堵塞过滤器，降低冷却效果。

c) 影响动力的传递：由于油品中有气泡，一方面会使油液产生可压缩性，降低运行压力；另一方面容易产生气阻，影响供油量，导致系统不能正常工作【2】。

2 贫胺液泵润滑油路流程

贫胺液泵转动部件与润滑油路系统采用集装式，齿轮箱与润滑油箱为一体制造，主油泵安装在油箱中部，外部引入单独的辅油泵、冷却器、过滤器等润滑油辅助系统，主油泵从齿轮箱进油，辅油泵从高位油箱进油；贫胺液泵运行后辅油泵停止运行，由主油泵启动供油；润滑采用强制循环润滑、飞溅润滑、油浴润滑相结合的方式。

高位油箱有排气阀与大气连通，压力与大气压力基本一致。润滑油经喷油管对轴承、齿轮进行润滑、冷却，利用油泵给喷油管的压力和齿轮转动提供的压力使润滑油能经过回油喷嘴和间隙回到高位油箱；高位油箱液位高时润滑油也能通过间隙回到齿轮箱。润滑油进各润滑点前排气阀顶部阀芯因润滑油中带气会保持打开状态，可以从排气阀顶部将管路中的气体排出至齿轮箱中，气体排完后顶部的阀芯会在润滑油压力的作用下关闭，保证油压不会从排气阀泄掉。其油路系统流程见图1。

图1 贫胺液泵润滑油流程

3 润滑油异常运行状况检查

3.1 润滑油及油箱内部检查

采集油箱中的润滑油发现油品出现黄棕色、蓝色和墨绿色。根据研究，使用过后的汽轮机油会呈黄棕色，蓝色物质与黄棕色润滑油混合后使油品呈现出墨绿色。同时还发现，油箱底部存在大量胶质、油泥、积碳等沉淀物【3】以及微量水，如图2和图3所示。

图2 氧化的润滑油

图3 高位油箱内部

3.2 润滑油起泡异常情况

在油压持续降低的运行过程中，透过油箱视镜可见齿轮箱中的润滑油中产生了大量的油下泡，起泡直径在φ1.5～φ3 mm左右且均匀混合在油品中(见图4)。在润滑油输送过程中，气泡会随着油品进入管路及泵体，导致泵的运行性能降低【4】，而且经过观察发现泡沫破裂速度缓慢更容易导致这一情况发生。

图4 齿轮箱油视镜

3.3 润滑油冷却器检查

润滑油冷却器采用循环水对润滑油进行降温。开盖检查发现，经过长时间的运行，循环水中的杂质附着在管束内表面，使管束结垢严重，部分管束堵死，造成冷却效果降低。这必然会导致润滑油温升高。经检测，润滑油冷却后温度为67 ℃。冷却器结垢情况见图5。

4 从润滑油运行状况分析起泡原因

1) 该泵润滑系统使用的油品已经过长期运行的验证，油品选用的型号合适，质量也可以保证。未使用的L-TSA32汽轮机油颜色为透明微黄。正常运行状况下，油箱内油品与空气和铜、铁等接触，催化产生氧化颜色(黄亮色)，伴随着一定的起泡情况，但泡沫稳定性低，不影响正常使用时对设备配件运转的保护，油压也保持在设计运行值范围内。

图5 冷却器结垢情况

造成起泡的原因为空气通过油箱上部的排气阀与润滑油完全接触，润滑油本身吸收了一定量的空气在其中，在强制循环润滑、飞溅润滑、油浴润滑方式的作用下，经过冲击、喷溅、快速搅动等过程使溶解的空气逸出，产生起泡现象。

高位油箱存在冲击作用，压力基本与大气压持平，齿轮箱回油中混合的气泡和对高位油箱内润滑油的冲击作用产生的气泡未造成高位油箱内产生油下泡，只产生了油上泡，尺寸也偏大，直径约φ3 mm(见图6)， 泡沫稳定性较低； 齿轮箱内因压力相对较高而且受喷溅、快速搅动的作用产生了油下泡和油上泡，泡沫尺寸较小，直径小于φ1 mm(见图7)，油位下部基本没有可见泡沫，泡沫稳定性相对高一些【5】。

在不同温度下起泡倾向性与泡沫稳定性不同，温度升高则润滑油表面张力和粘度降低，起泡倾向性增加，泡沫稳定性降低。从运行状况的总体情况来看，油温升高，则泡沫呈现增多趋势(见图6和图7)。

图6 高位油箱泡沫情况

2) 密封渗漏导致润滑油中混入贫胺液，促使油品氧化加速和并呈碱性，使粘度和表面张力发生变化，进而造成起泡倾向性和泡沫稳定性发生变化。

润滑油是由各种烃类的组成的。烃类的氧化是一个自由基自动氧化的过程。自由基的自动氧化过程可表示如下。

图7 齿轮箱泡沫情况

引发阶段：

增长阶段：

RO2·为过氧化自由基，ROOH为氢过氧化物。氢过氧化物不稳定，可进一步产生自由基，发生分枝反应：

增长阶段结束后，产生大量自由基，自由基相互结合为稳定产物，氧化进入终止阶段：

⑫⑭⑮Wolfgang 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．

润滑油中因密封磨损而渗入贫胺液(N-甲基二乙醇胺)，贫胺液是一种碱性氮化物，与润滑油自由基存在着成块作用和导致抗氧剂消耗加快【6】的作用。润滑油中抗氧剂的消耗会造成油品与溶解的空气在高温下氧化加速，特别是在搅动时，氧化急剧加快，使油品氧化产生蓝色胶质、油泥、积碳等物质沉积在油箱中，经过搅动后与润滑油混合使油品看起来呈墨绿色，而且最终会导致油品粘度增加(见表1)、泡沫稳定性升高，产生大量泡沫。

润滑油中渗入的贫胺液溶液为水溶液，而且润滑油的自由基在分枝反应过程中也会生成微量水，润滑油系统停止运行后静置一段时间，通过pH试纸检测沉积在油箱底部的水呈碱性(见表1)。在运行过程中，油箱底部的水会与润滑油均匀混合，而起泡倾向性和泡沫稳定性受pH值影响很大，在中性或酸性条件下稳定性低，在碱性条件下稳定性高【5】。

表1 润滑油氧化前后粘度及pH值分析

3) 冷却器原因导致润滑油温度处于起泡倾向性及泡沫稳定性高的范围内。

润滑油冷却效果不佳导致油温升高。正常情况下，齿轮箱及高位油箱油温处于50～55 ℃，满足厂家所要求的不高于60～65 ℃的运行要求，而冷却器堵塞导致润滑油冷后温度在67 ℃，齿轮箱内润滑油实际运行温度处于70 ℃左右。

温度升高会使油品表面张力和粘度下降。表面张力的降低使整个体系表面能降低，从热力学角度上讲，有利于泡沫的产生，使起泡倾向性增大，导致泡沫产生的量增大；粘度下降则会导致泡沫稳定性下降【7】，但实际上因为油品氧化和处于碱性环境下，抵消了因油温升高而导致表面粘度降低使泡沫稳定性降低的影响，使油品的粘度仍处于泡沫稳定性较高的值，从而使油品的泡沫一直不能消散。

温度的升高也会加速油品的氧化。据研究，温度每升高10 ℃，油品的氧化速度增加一倍【3】。润滑油起泡进一步造成油温散热状况变差，使油温升高，从而导致恶性循环。

5 事故处理及效果

经过处理密封渗漏、清理干净油箱内油泥、更换润滑油以及清洗冷却器后，齿轮箱及高位油箱内润滑油的起泡速度和破裂速度降低到正常运行水平(见图8和图9)，运行油压也回归到正常值，说明润滑油的起泡倾向性及泡沫稳定性回归到了正常值。油箱内壁附着的蓝色氧化胶质在多次冲洗后仍有部分呈颗粒状混合在润滑油中，使润滑油看起来呈淡绿色。

图8 处理后齿轮箱泡沫情况

图9 处理后的高位油箱泡沫情况

对比检修前后运行油压情况，油泵及齿轮箱检修前油压持续降低(见图10)，油泵及齿轮箱检修后润滑油产生大量泡沫且不易破裂的现象并没有得到缓解，油压仍然处于较低值(见图11)，而彻底处理了密封渗漏、清理干净油箱内油泥、更换润滑油以及清洗冷却器后，运行油压明显回升(见图12)，贫胺液泵达到正常运行状态。

图10 油箱产生泡沫后油压降低趋势

6 结语

润滑油在氧化、碱性、高温的运行环境和存在胶质、积碳等杂质的情况下，起泡倾向性和泡沫稳定性处于较大值，运行过程中高低速齿轮运转搅动齿轮箱内润滑油，在润滑过程中产生喷溅和冲击，使油品产生大量尺寸较大的油下泡(φ1.5～φ3 mm)，导致主油泵运行性能下降以及气泡不能在润滑点前的排气阀排出使得部分油压从排气阀泄掉，是造成油压下降的主要原因。

密封渗漏导致润滑油中混入碱性杂质以及溶解的空气在搅动和高温环境下使润滑油氧化加速，同时润滑油温偏高使粘度和表面张力处于起泡倾向性、泡沫稳定性最大的范围，再加上运行过程中对油品的搅动等因素综合影响是导致油箱中产生大量气泡且不易破灭的原因。由于密封微漏的情况无法杜绝，长期运行渗漏进入油箱的贫胺液聚集仍可能导致润滑油氧化，根据泵的结构形式，油箱与泵腔之间存在一个密封腔，用于安装密封隔离润滑油与介质，可通过加工开孔将密封腔与外部连通，将密封腔内渗漏聚集的贫胺液或润滑油引至外部进行排放，防止介质互串，同时可观察油箱和泵体密封的泄漏情况。

图11 油泵及齿轮箱检修后泡沫未消失的油压趋势

图12 处理密封渗漏，更换润滑油，清洗油箱、冷却器，泡沫消失后的油压趋势

消除贫胺液污染油箱内润滑油、降低润滑油氧化速率以及保持pH值保持中性或弱碱性能有效降低润滑油起泡速率，提高气泡破灭速度，从而提高润滑油运行稳定性。

冷却器结垢导致油温上升是影响起泡的一个重要因素。通过机泵定期切换的操作，在泵开机前对油冷器进行清理，可保证油冷器在泵运行期间内的冷却效果。这是消除起泡的一个重要手段。

保持油箱油位的正常高度，保证油箱内有效的散热空间也能有效防止油温升高。

定期清理油箱和冷却器内因氧化生成的杂质能有效减少泡沫的产生。

正常状况下润滑油会在冲击、喷溅、强烈搅动的过程中与空气产生起泡现象，但泡沫稳定性低，一般情况下不影响设备运行。