在線改善機組潤滑油性能的探析

馬彥，董明，隋文，曲明，郭萬輝，暴中義

（北方華錦化學(xué)工業(yè)集團有限公司，遼寧 盤錦 124000）

中國兵器工業(yè)部北方華錦化學(xué)工業(yè)集團（以下簡稱華錦）乙烯裝置裂解氣壓縮機（C1300）、乙烯壓縮機（C1600）、丙烯壓縮機（C1650）是華錦的核心設(shè)備，每臺機組突發(fā)停車，都有可能造成各裝置連鎖停車，損失巨大。華錦集團位于遼寧省盤錦市，冬天氣溫最低時達(dá)-27℃以下。三臺機組的潤滑都是通過集中潤滑系統(tǒng)來實現(xiàn)，所用潤滑油是某國外公司生產(chǎn)的A牌46優(yōu)質(zhì)汽輪機油，傾點為-18℃。三機的油系統(tǒng)用油量大，設(shè)備工況復(fù)雜，現(xiàn)代化程度較高，潤滑油對機組起著潤滑、密封、調(diào)速等作用，對潤滑油的性能要求較高。當(dāng)環(huán)境溫度低于油品傾點時，部分較細(xì)管線中的潤滑油流速緩慢容易凝結(jié)，潤滑油系統(tǒng)壓力不足就有可能造成聯(lián)鎖停車。2016年1月23日，乙烯壓縮機（C1600）潤滑油主油泵突然跳車，導(dǎo)致潤滑油系統(tǒng)壓力低連鎖停車，此次停車造成損失400萬元左右。為避免機組在發(fā)生類式的事故，應(yīng)盡快尋找到問題的根源，并加以解決。

1 事故分析

事故發(fā)生時環(huán)境溫度為-26℃左右，低于油品傾點8度。由于潤滑油主油泵突然跳車，導(dǎo)致油系統(tǒng)壓力低，輔助油泵自起。輔助油泵出口至出口截止閥之間管線較細(xì)，管內(nèi)油流動緩慢，造成輔助油泵出口至出口截止閥管線內(nèi)潤滑油凝結(jié)，導(dǎo)致輔助油泵出口管線堵塞，出口壓力過高，安全閥超壓起跳，管線震動，造成螺栓松動，致使安全閥起跳后未回座，潤滑油返回油箱，從而造成乙烯機油系統(tǒng)壓力過低，油系統(tǒng)油量未得到及時補充，壓力過低導(dǎo)致機組聯(lián)鎖停車。

2 解決措施

2.1 礦物油換成合成油

征求壓縮機廠家意見，廠家認(rèn)為最直接辦法就是換成長壽命合成汽輪機油。華錦核算了一下，換合成油停車處理時間長，工藝處理損失過億元。且合成油本身價格昂貴，三臺機組換合成油成本約320萬元。

2.2 在線改善機組潤滑油性能

經(jīng)和潤滑油廠家協(xié)調(diào)溝通，通過按比例加降凝劑降低潤滑油凝點是提高低溫流動性的有效途徑。即在不影響潤滑油性能的前提下，根據(jù)所在地最低環(huán)境溫度，降低其潤滑油傾點，提高潤滑油低溫時流動性，滿足設(shè)備潤滑要求。

3 改進方法

3.1 機組簡介

乙烯機是離心式壓縮機，由沈鼓集團首次國產(chǎn)化設(shè)計制造。該機組主要由 3MCL528與3MCL524離心壓縮機、汽輪機及潤滑油站等組成。整個機組由同一潤滑油站提供潤滑油。

3.2 機組潤滑油系統(tǒng)簡介

機組潤滑油系統(tǒng)分為壓縮機潤滑系統(tǒng)、汽輪機潤滑與調(diào)節(jié)油系統(tǒng)，三個系統(tǒng)共用一個油站，由油泵打出，經(jīng)過油冷卻器，油過濾器分配到三個系統(tǒng)中去，最終又回到油箱，形成一個閉路循環(huán)。

3.3 改進難點要點

現(xiàn)用油品是礦物類汽輪機油，通常不加降凝劑降低凝點，避免影響汽輪機油本身優(yōu)質(zhì)性能。

要解決此問題，必須綜合考慮多方因素，如機組現(xiàn)用潤滑油是否適合加入降凝劑、加什么牌號的降凝劑、如何加降凝劑、比例是多少才能保證對油品性能影響最小等，對設(shè)備安全運行影響最小是要點難點。

3.4 潤滑油低溫流動性分析

潤滑油品低溫流動性，是指油品粘度隨溫度降低而增大，其流動性逐漸減小的特性。當(dāng)溫度降低到某一范圍時，油品可失去正常的流動性，從而發(fā)生凝固現(xiàn)象，這對油的使用影響較大，通常將油的這種性能稱為“低溫流動性能”。

在不同溫度下，潤滑油具有不同的低溫流動性能。在低溫地區(qū)使用的油品要有足夠低的凝點，否則不能保證機器的正常起動和運轉(zhuǎn)。一般要求油品的凝點應(yīng)比使用溫度低一些，油品在比它凝點高約5～15℃左右時，已失去流動性質(zhì)。

加入降凝劑可在一定范圍內(nèi)降低潤滑油的凝點，但降凝劑只在含有少量蠟的油品中才能起降凝作用，油品中不含蠟或含蠟太多都無降凝效果。降凝劑是一種化學(xué)合成的聚合物或縮合物，其分子中一般含有極性基團（或芳香核）和與石蠟烴結(jié)構(gòu)類似的烷基鏈。降凝劑不能阻止石蠟在低溫下結(jié)晶析出，即油品的濁點不變，它是通過蠟結(jié)晶表面的吸附與蠟共晶來改變蠟晶的形狀和尺寸，防止蠟形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使之仍然保持油在低溫下的流動能力。

機組在用潤滑油是二類加氫基礎(chǔ)油，油品分子中含有少量的蠟，理論上可以用加降凝劑的方法提高油品低溫流動性，但需要科學(xué)選擇降凝劑牌號，且對加入比例以及加入降凝劑后的油品進行全面的潤滑性能檢測鑒定，確保對油品性能影響最小，保證對設(shè)備安全運行影響最小。

3.5 確定機組潤滑油傾點

根據(jù)盤錦地區(qū)的環(huán)境溫度，科學(xué)分析乙烯機的運行條件，確定潤滑油傾點在小于等于-33℃時設(shè)備運行比較安全。

3.6 選擇合適的降凝劑品牌型號

潤滑油和降凝劑之間存在著互溶及相互影響，不同種類的潤滑油加入降凝劑的型號不同。選擇什么品牌型號的降凝劑是該項目能否成功的關(guān)鍵步驟之一。經(jīng)潤滑油廠家推薦，降凝劑推薦用B公司生產(chǎn)的VISCOPLEX 1-156降凝劑。

3.7 研發(fā)降凝劑加入比例

依據(jù)確定的油品傾點，華錦請大連理工大學(xué)材料研究院進行研發(fā)調(diào)和試驗。最終確定新配方潤滑油加入降凝劑比例分別為0．1%和0．2%。具體試驗數(shù)據(jù)如表1。

3.8 對傾點小于等于-33℃的潤滑油性能進行檢測評定

3.8.1 潤滑油性能評定項目

測試不同的降凝劑加入量對潤滑油性能的影響，需要完成的檢測項目包括(以下簡稱加入降凝劑0．1%的油品為樣品1，加入降凝劑0．2的油品為樣品2)：

（1）運動黏度。

黏度是潤滑油最重要的性能指標(biāo),也是潤滑油選用的主要依據(jù)。

（2）黏度指數(shù)。

黏度指數(shù)是潤滑油黏度隨溫度變化的程度，與兩種標(biāo)準(zhǔn)油黏度隨溫度變化程度進行比較得到的一種無量綱的相對數(shù)值，用VI表示。華錦樣品黏度指數(shù)高于100，黏度指數(shù)VI按式①和式②計算：

式中：U——試樣40℃時的運動黏度，mm2/s；

Y——試樣100℃時的運動黏度，mm2/s；

H——與試樣100℃時的運動黏度相同，粘度指數(shù)為100的石油產(chǎn)品在40℃時的運動黏度，mm2/s。

（3）傾點。

傾點(凝點一般比傾點低3～5℃)是油品在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下冷卻時能夠繼續(xù)流動的最低溫度，主要表示潤滑油的低溫性能。在低溫下，設(shè)備選用潤滑油時一般選用比使用溫度低10～20℃的傾點潤滑油。

（4）閃點。

潤滑油在規(guī)定的條件下，加熱到所逸出的蒸汽與空氣所形成的混合氣與火焰接觸發(fā)生瞬間閃火的最低溫度稱為閃點。一般閃點比使用溫度高20～30℃，即可安全使用。

（5）密度。

密度是潤滑油最簡單、最常用的的物理性能指標(biāo)。潤滑油的密度隨其組成中含碳、氧、硫的數(shù)量的增加而增大，因而在同樣黏度或同樣相對分子質(zhì)量的情況下，含芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)多的潤滑油密度最大，含環(huán)烷烴多居中，含烷烴多的最小。

（6）酸值。

酸值以中和1g油中的酸所需氫氧化鉀的毫克數(shù)表示，單位是mgKOH/g。酸值可以概略的判斷油品對金屬的腐蝕性質(zhì)。

（7）水分。

表1 華錦集團乙烯公司機組用潤滑油低溫流動性配比實驗

表2 不同含量降凝劑潤滑油性能各項檢測結(jié)果情況匯總

潤滑油中含有水分會破壞油膜，使?jié)櫥Ч儾?，加速油中的有機酸對金屬的腐蝕作用，水分還會造成機械設(shè)備的銹蝕，并導(dǎo)致潤滑油中添加劑失效，也會使?jié)櫥偷牡蜏亓鲃有宰儾钌踔两Y(jié)冰，堵塞油路，妨礙潤滑油的循環(huán)及供油。

（8）破乳化性。

破乳化性是指在規(guī)定條件下，試油與水形成的乳濁液達(dá)到完全分層所需要的時間，以分鐘表示。油水分離時間越短，潤滑油的抗乳化性能越好。

（9）抗泡性。

潤滑油在使用過程中由于受到震蕩、攪動等作用會混入空氣形成氣泡，尤其是當(dāng)油品中含有具有表面活性的添加劑時，更容易形成氣泡。

如果潤滑油抵抗形成氣泡的性能不好，就會在使用過程中形成許多氣泡，氣泡會使油膜破壞，使摩擦面發(fā)生燒結(jié)或增加磨損，加快潤滑油氧化變質(zhì)，還會使?jié)櫥到y(tǒng)氣阻，影響潤滑油循環(huán)，影響潤滑油性能，阻礙潤滑油在循環(huán)系統(tǒng)中的傳送。

（10）液相銹蝕性。

銹蝕是指發(fā)生腐蝕的試驗面積，通過顏色的變化判斷。油品應(yīng)該具有抗金屬腐蝕和防銹蝕作用。

（11）銅片腐蝕。

銅片腐蝕實驗可判斷油品中是否含有腐蝕金屬的活性硫化物，并預(yù)知油品在使用時對金屬腐蝕的可能性。

（12）旋轉(zhuǎn)氧彈。

潤滑油抵抗大氣的作用而保持其性質(zhì)不發(fā)生永久變化的能力，稱為潤滑油抗氧化性也叫氧化安定性，潤滑油的氧化安定性是由旋轉(zhuǎn)氧彈試驗測得的。

潤滑油氧化后，會發(fā)生粘度增大、酸值增高、顏色變深、表面張力下降等現(xiàn)象，進一步氧化還會生成沉淀、膠狀物質(zhì)和酸性物質(zhì)，從而引起金屬腐蝕，并使抗泡沫性和抗乳化性變差，縮短油品的使用壽命，沉淀物和膠狀物質(zhì)沉積在摩擦面上還會造成嚴(yán)重的磨損和粘結(jié)。

（13）磨損。

油品抵抗機件被磨損的能力叫油品的抗磨性能。磨損變化量越小，說明油膜形成的越好，越有利設(shè)備的安全運行。

（14）過濾性及相容性。

過濾性可以發(fā)現(xiàn)含有顆粒的量，相容性是指油和降凝劑的相容情況。

（15）空氣釋放性。

空氣釋放值排除存于油中空氣的能力。時間短說明油與空氣分離性好?？諝忉尫胖翟叫?，越有利于設(shè)備的操作。油中空氣越多，氧化傾向越大，導(dǎo)致沉淀和酸的生成，造成零件的腐蝕和磨損。

3.8.2 潤滑油性能評定

（1）潤滑油的運動黏度、黏度指數(shù)變化不大。

（2）傾點分別降低-15℃（0．1%降凝劑）、-18℃（0．2% 降凝劑）。

（3）閃點、密度、酸值幾乎無變化；三種樣品均未檢出水分；破乳化性、抗泡性無變化。

（4）加入降凝劑可略微減弱液相銹蝕程度；銅片腐蝕無變化；旋轉(zhuǎn)氧彈時間略有減少；過濾性和空氣釋放性無變化。

（5）摩擦磨損實驗的試樣磨損量極低，隨降凝劑加入量增加，磨損量略有增加，表明降凝劑對潤滑油抗磨性能有一定影響(表2)。

3.8.3 確定加入降凝劑比例

通過潤滑油性能項目檢測評定分析，加入0．1%降凝劑最科學(xué)。

3.9 現(xiàn)場實際應(yīng)用

2016年11月6日先選擇循環(huán)水泵做實際試驗，按要求加入后，設(shè)備運行24天，油品傾點一直低于-36℃，且油品性能穩(wěn)定，設(shè)備運行正常。

2016年12月9日在乙烯機等四臺機組分別加入1‰降凝劑，運行2個多月，油品傾點一直低于-36℃，且油品性能穩(wěn)定，設(shè)備運行正常。

4 實施效果

五臺機組加入降凝劑后，一直運行平穩(wěn)，安全平穩(wěn)運行度過了嚴(yán)冬，在線提高機組潤滑油低溫流動性在實際中得到了檢驗。整個冬季五臺機組沒有因為潤滑油系統(tǒng)低溫性不好而停車，效益成果顯著。通過科學(xué)的添加降凝劑，解決了潤滑油低溫流動性差的問題，投資小，見效快，效益顯著。

[1]胡邦喜．設(shè)備潤滑基礎(chǔ)，北京,冶金工業(yè)出版社，2006年第二版。

[2]呂克穎．化工廠機械設(shè)備潤滑管理及其保養(yǎng)探討，中國高新技術(shù)企業(yè)，2016,08:68—69．

[3]郝海．三機潤滑油低溫流動性研究項目報告，大 連 理 工 大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，2016,10．

[4]鄭發(fā)正、謝鳳．潤滑劑性質(zhì)與應(yīng)用，中國石化出版社，2006,8．