離心式壓縮機(jī)油箱泡沫原因分析

吳磊+孫大新+李韶輝+梁德君+劉中國+王輝

摘要：離心式壓縮機(jī)作為化工煉化企業(yè)核心生產(chǎn)設(shè)備其潤(rùn)滑油油箱泡沫問題會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)軸承潤(rùn)滑不良引起機(jī)組振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成安全生產(chǎn)事故。文章從離心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油油質(zhì)、潤(rùn)滑系統(tǒng)故障、潤(rùn)滑系統(tǒng)油箱設(shè)計(jì)等方面分析了離心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油油箱泡沫產(chǎn)生的原因?yàn)槭突ば袠I(yè)以及其他生產(chǎn)行業(yè)潤(rùn)滑油油箱泡沫問題分析解決方案提供了參考借鑒對(duì)于保證安全生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

關(guān)鍵詞：離心式壓縮機(jī)；軸承潤(rùn)滑；泡沫；潤(rùn)滑系統(tǒng)；油箱設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TE62637文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002 3.1.19（2016）01 0054 05

0引言

離心式壓縮機(jī)屬于速度型壓縮機(jī)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(kuò)壓器作用進(jìn)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(yùn)用離心式壓縮機(jī)近幾十年新建的煉油廠、化工廠均采用了離心式壓縮機(jī)[1]黎明摩托車的“前生”與“今世”[J]摩托車201.3（6）：1.1-2.2。離心式壓縮機(jī)具有流量大、轉(zhuǎn)速高、工作效率高等特點(diǎn)目前我國煉化企業(yè)、化工企業(yè)所用大型離心式壓縮機(jī)幾乎都是進(jìn)口主要包括日立、三菱重工、蘇爾壽、阿特拉斯、英格索蘭、庫伯等公司我國僅在部分非關(guān)鍵生產(chǎn)車間以及工況相對(duì)較為緩和的生產(chǎn)車間實(shí)現(xiàn)了離心式壓縮機(jī)國產(chǎn)化國內(nèi)生產(chǎn)離心式壓縮機(jī)廠家主要包括沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠、陜西鼓風(fēng)機(jī)廠及杭州杭氧廠等[2]。

離心式壓縮機(jī)正常平穩(wěn)的運(yùn)行對(duì)于企業(yè)的安全生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用其輔助系統(tǒng)是其平穩(wěn)運(yùn)行的先決條件離心式壓縮機(jī)輔助系統(tǒng)包括潤(rùn)滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、電氣儀表系統(tǒng)等在實(shí)際生產(chǎn)中又以潤(rùn)滑系統(tǒng)故障導(dǎo)致壓縮機(jī)無法正常工作較為常見潤(rùn)滑系統(tǒng)故障中潤(rùn)滑油油箱泡沫問題是一種必須引起足夠重視的現(xiàn)象潤(rùn)滑油油箱產(chǎn)生泡沫會(huì)導(dǎo)致機(jī)組潤(rùn)滑不良從而造成壓縮機(jī)異常振動(dòng)、軸承溫度升高并且進(jìn)一步損害壓縮機(jī)機(jī)組甚至?xí)斐蓧嚎s機(jī)緊急被迫停車給生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失所以及時(shí)有效地分析解決壓縮機(jī)機(jī)組潤(rùn)滑油油箱泡沫問題對(duì)于保障機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)很有必要。本文從離心式壓縮機(jī)所用潤(rùn)滑油性能以及離心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)故障、機(jī)組潤(rùn)滑油油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面綜合討論了油箱泡沫問題產(chǎn)生的原因?yàn)槭突ば袠I(yè)以及其他生產(chǎn)行業(yè)潤(rùn)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(jī)潤(rùn)滑油性能分析

1.1用油簡(jiǎn)介

離心式壓縮機(jī)目前普遍應(yīng)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(jī)基本結(jié)構(gòu)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(jī)主要潤(rùn)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(rùn)滑部位還包括離心式壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)）的軸承摩擦副以及連接原動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)的齒輪箱中的齒輪摩擦副離心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油一般起著潤(rùn)滑、冷卻、防銹、密封等作用[4]。離心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油應(yīng)選用設(shè)備說明書推薦的油品通常與原動(dòng)機(jī)選用同一油品便于減少輔助設(shè)施和操作管理。離心式壓縮機(jī)大多為汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)因此通常選用汽輪機(jī)油作為離心式壓縮機(jī)機(jī)組潤(rùn)滑油。GB 1.11.20-201.1《渦輪機(jī)油》規(guī)定了不同質(zhì)量級(jí)別的汽輪機(jī)油劃分標(biāo)準(zhǔn)[5]離心式壓縮機(jī)在用油標(biāo)準(zhǔn)一般參考GB/T 7596-2008《電廠運(yùn)行中汽輪機(jī)油質(zhì)量》[6]。

1.2油品性能分析

離心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油油箱出現(xiàn)油沫問題時(shí)首先需要關(guān)注潤(rùn)滑油質(zhì)量問題在對(duì)潤(rùn)滑油分析檢測(cè)時(shí)需著重關(guān)注潤(rùn)滑油抗泡性能及空氣釋放值。潤(rùn)滑油在實(shí)際使用過程中與空氣接觸空氣被泵吸入或者通過機(jī)械攪拌進(jìn)入油中將會(huì)產(chǎn)生夾帶空氣或泡沫。泡沫是指浮在潤(rùn)滑油表面直徑較大（>1 mm）的氣泡；分散在油中使油品呈現(xiàn)霧狀、短時(shí)間難以透明、

直徑較?。?lt;1 mm）的氣泡叫做夾帶空氣或者分散起泡。潤(rùn)滑油抗泡性能測(cè)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?。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(rùn)滑油基礎(chǔ)油或者配方體系關(guān)系密切。分析離心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油油箱出現(xiàn)泡沫問題時(shí)油品抗泡性能不合格會(huì)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?xí)挠拖浜粑谝绯隹諝忉尫胖挡贿_(dá)標(biāo)會(huì)導(dǎo)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(jìn)入下一個(gè)潤(rùn)滑循環(huán)在壓力突降或者油溫升高時(shí)溶解的空氣從油中突然釋放出來會(huì)導(dǎo)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(jī)潤(rùn)滑油長(zhǎng)時(shí)間在苛刻工況條件下運(yùn)行自身會(huì)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(huì)進(jìn)一步促進(jìn)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(rùn)滑油受到外在污染。油品外在污染因素很多不同品牌潤(rùn)滑油的混用由于配方體系的不同會(huì)影響油品的使用性能系統(tǒng)運(yùn)行之前潤(rùn)滑油管路顆粒物質(zhì)未清除干凈會(huì)導(dǎo)致顆粒物污染系統(tǒng)檢修期間管道殘存的化學(xué)物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致化學(xué)污染系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)密封系統(tǒng)的泄露會(huì)導(dǎo)致原料污染或者水氣污染等[10]。

為了防止因污染帶來的潤(rùn)滑油品質(zhì)劣化而導(dǎo)致離心式壓縮機(jī)油箱泡沫問題首先需要選用高品質(zhì)的汽輪機(jī)油保證油品使用壽命新購進(jìn)的汽輪機(jī)油與原用的不同油品混用時(shí)需通過相容性實(shí)驗(yàn)來判定是否可以混用系統(tǒng)檢修過后加入潤(rùn)滑油之前需對(duì)潤(rùn)滑管道進(jìn)行清洗并保證清洗過后的潤(rùn)滑油油品合格方可重新加入正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的油品系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需做好油品分析監(jiān)測(cè)和補(bǔ)加油工作從油品角度來保障設(shè)備的正常運(yùn)行[11]。

如果能夠確定是因?yàn)橛推吩驅(qū)е码x心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油油箱出現(xiàn)油沫對(duì)于油品理化指標(biāo)的分析參照GB/T 7596-2008判定是否需要加強(qiáng)油品過濾或者分水措施油品使用時(shí)間過長(zhǎng)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?yàn)橛湍瓎栴}造成離心式壓縮機(jī)設(shè)備損壞。油品抗泡性能不合格一般是因?yàn)橛椭锌古輨┐罅肯脑斐赡壳巴ㄓ玫姆椒ㄊ窃诰€補(bǔ)加抗泡劑抗泡劑補(bǔ)加時(shí)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(rùn)滑系統(tǒng)的循環(huán)運(yùn)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(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)故障分析

2.1潤(rùn)滑系統(tǒng)

一般離心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)由潤(rùn)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(rùn)滑油油箱主要作用是潤(rùn)滑油存儲(chǔ)、回油沉降、脫氣處理等。油箱內(nèi)部設(shè)有過濾擋板用來保證回路潤(rùn)滑油進(jìn)入吸油泵之前具有充分的停留時(shí)間離心式壓縮機(jī)上部往往設(shè)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(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前開啟保證油箱微負(fù)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(shí)排出。離心式壓縮機(jī)油站一般設(shè)有兩臺(tái)油泵主油泵用于正常供油輔助油泵在潤(rùn)滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者主油泵出現(xiàn)問題導(dǎo)致供油不足時(shí)自動(dòng)開啟潤(rùn)滑油泵主要作用是為離心式壓縮機(jī)各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)提供正常流量和壓力的潤(rùn)滑油。離心式壓縮機(jī)軸承多是滑動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸和軸瓦之間會(huì)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(jìn)入壓縮機(jī)軸承影響潤(rùn)滑油膜導(dǎo)致軸瓦擦傷在進(jìn)油路會(huì)設(shè)有油過濾器離心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油過濾器精度一般為10 μm可以保證進(jìn)入壓縮機(jī)滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑油的清潔度。離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速一般較高經(jīng)過壓縮機(jī)軸承潤(rùn)滑的油會(huì)有一定程度升溫為了控制進(jìn)油溫度在正常范圍之內(nèi)進(jìn)油路會(huì)設(shè)有油冷卻器油冷卻器一般分為主用和備用兩臺(tái)經(jīng)過油冷卻器的潤(rùn)滑油以正常油溫進(jìn)入潤(rùn)滑軸承起到潤(rùn)滑冷卻作用。高位油箱是為了保證主潤(rùn)滑油泵和輔助潤(rùn)滑油泵同時(shí)不能正常供油壓縮機(jī)采取緊急停機(jī)措施之后仍能提供一定量的潤(rùn)滑油高位油箱潤(rùn)滑油依靠重力作用沿進(jìn)油管進(jìn)入潤(rùn)滑點(diǎn)以維持潤(rùn)滑需求一般高位油箱儲(chǔ)油量不小于5 min供油時(shí)間[13]。

2.2故障分析

離心式壓縮機(jī)油箱出現(xiàn)油沫在分析檢測(cè)油品各方面性能指標(biāo)合格之后需要考慮壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)故障導(dǎo)致油沫現(xiàn)象發(fā)生。多數(shù)情況下油泵抽空或者漏氣會(huì)使?jié)櫥彤a(chǎn)生大量泡沫吸油泵抽空或者漏氣導(dǎo)致油箱起沫問題較為嚴(yán)重這意味著進(jìn)油路夾雜著大量氣泡的潤(rùn)滑油會(huì)流經(jīng)離心壓縮機(jī)軸承帶有氣泡的潤(rùn)滑油難以形成連續(xù)穩(wěn)定的潤(rùn)滑油膜造成壓縮機(jī)軸承異常震動(dòng)遇到這種情況需要快速查找油泵吸入口漏氣點(diǎn)做好泄漏措施避免更大的事故發(fā)生[14]。離心式壓縮機(jī)油箱油霧分離器故障亦是造成油箱潤(rùn)滑油起泡原因之一油箱設(shè)置油霧分離器主要目的是使壓縮機(jī)齒輪箱、油箱產(chǎn)生負(fù)壓使壓縮機(jī)、電機(jī)或汽輪機(jī)軸承回油順暢消除壓縮機(jī)軸封處和電機(jī)油封的漏油同時(shí)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的油霧分離器能夠及時(shí)把回油中的溶解空氣或者水汽抽出避免在油箱累積進(jìn)入吸油泵使進(jìn)油路出現(xiàn)油沫帶有油沫的潤(rùn)滑油進(jìn)入離心式壓縮機(jī)軸承造成潤(rùn)滑不良。油霧分離器故障會(huì)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(jī)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(fù)壓是否保持在正常范圍之內(nèi)。

3離心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)原因分析

如果是新機(jī)組剛投入運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)油箱起泡問題可以懷疑是油箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)不良導(dǎo)致潤(rùn)滑油油箱出現(xiàn)大量油沫。目前離心式壓縮機(jī)油箱設(shè)計(jì)主要參考PI 614標(biāo)準(zhǔn)[15]但PI標(biāo)準(zhǔn)并沒有對(duì)油箱設(shè)計(jì)參數(shù)提出具體要求油箱設(shè)計(jì)一般需遵循以下幾個(gè)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(rùn)滑油在油箱中具有足夠的停留時(shí)間從而能夠充分地進(jìn)行沉降分離以及泡沫分離油箱容積的大小與潤(rùn)滑系統(tǒng)需要潤(rùn)滑油量以及吸油泵額定功率有關(guān)；（2）油箱中需安置熱交換器用來機(jī)組冷啟動(dòng)時(shí)對(duì)潤(rùn)滑油預(yù)熱；（3）油箱管口及接口處需妥善密封防止?jié)櫥捅煌饨缥廴?；?）油箱內(nèi)部應(yīng)該有隔板設(shè)置使軸承回油進(jìn)入吸入泵之前有充分的停留時(shí)間；（5）吸油泵盡量遠(yuǎn)離回油管線增加油液循環(huán)距離使油箱中潤(rùn)滑油能夠及時(shí)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(shè)置回油擋板用來降低回油流速避免因?yàn)榛赜驮斐捎拖錆?rùn)滑油沖擊擾動(dòng)造成大量起泡現(xiàn)象。其結(jié)構(gòu)見圖2。

油箱設(shè)計(jì)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(jī)停止運(yùn)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(huì)導(dǎo)致回油在油箱沒有充分的停留時(shí)間來不及釋放油中夾帶的空氣或水氣會(huì)在油箱形成泡沫累積影響機(jī)組正常潤(rùn)滑。油箱設(shè)計(jì)構(gòu)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(rùn)滑油進(jìn)油路潤(rùn)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(jī)一般推薦使用汽輪機(jī)油離心式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油油箱出現(xiàn)泡沫問題現(xiàn)象可分為油品性能原因、潤(rùn)滑系統(tǒng)故障原因、潤(rùn)滑系統(tǒng)油箱設(shè)計(jì)原因等其中油品性能原因要重點(diǎn)關(guān)注潤(rùn)滑油空氣釋放值指標(biāo)及抗泡性能指標(biāo)分析油品是否因老化或者受到外在污染導(dǎo)致性能下降潤(rùn)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(shè)計(jì)原因需要聯(lián)系油箱生產(chǎn)廠家進(jìn)行部分系統(tǒng)改造要綜合離心式壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況及其他輔助系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)構(gòu)造分析解決油箱泡沫問題。

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