乙烯壓縮機異種潤滑油在線置換應用

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(中國石油 獨山子石化公司， 新疆 獨山子 833699)

技術應用

乙烯壓縮機異種潤滑油在線置換應用

黃佰朋，陸軍，陳剛，王晨宇，王磊

(中國石油 獨山子石化公司， 新疆 獨山子 833699)

潤滑油是設備運轉(zhuǎn)的血液，科學的潤滑管理可以改善設備運行狀態(tài)、減少設備故障、延長設備運行壽命。一般情況下，潤滑油都是按照“五定、三過濾”的原則進行設備停機換油，特殊情況下也采用同種油品在線換油，但幾乎不選擇異種油品的在線置換。獨山子石化乙烯壓縮機成功使用異種潤滑油在線置換，解決了軸瓦高溫波動問題，避免了機組停工。與傳統(tǒng)停機換油方法相比較，此方法的經(jīng)濟性較好，可為相同工況的類似問題提供借鑒。

乙烯壓縮機； 異種潤滑油； 在線置換

2015年，獨山子石化公司乙烯壓縮機按計劃停機四年一修更換驅(qū)動端徑向軸瓦和潤滑油，開機后軸瓦溫度由停機前83 ℃變?yōu)?14 ℃，運行半年后開始頻繁大幅度波動，最高達128 ℃(原設計聯(lián)鎖溫度值125 ℃，臨時應急修改為130 ℃)。初步判斷其原因是乙烯壓縮機軸瓦安裝間隙偏靠標準下限而引起了溫度升高，潤滑油用油等級偏低導致軸瓦潤滑不良又造成軸溫波動。因此，急需更換高品質(zhì)潤滑油改善機組潤滑。該機組一旦停機將引發(fā)下游裝置停工減產(chǎn)，生產(chǎn)損失巨大。

為避免此次乙烯壓縮機的停機，從多方考慮后決定放棄傳統(tǒng)停機換油的方法，通過科學的手段評定異種油品的混合相容性后再采用異種油品在線置換的新方法，文中對此進行了簡單介紹。

1 乙烯壓縮機簡介

乙烯壓縮機采用閉式制冷系統(tǒng)，通過氣體壓縮和節(jié)流效應提供-101 ℃、-75 ℃、-65 ℃的乙烯冷劑，以滿足下游低溫冷量的需求。此乙烯壓縮機由國外某知名工廠生產(chǎn)，結構形式為水平剖分單缸三段離心式，驅(qū)動方式為蒸汽透平驅(qū)動，徑向軸承為五油楔可傾式軸瓦。

潤滑系統(tǒng)采用獨立油泵循環(huán)供油強制潤滑，油箱體積11 000 L，注油壓力0.25 MPa(g)，注油溫度45 ℃，注油量770 L/min。該機組自2002年投產(chǎn)，每4 a進行一次停機檢修，同時更換潤滑油并徹底清理油箱，運行情況一直比較穩(wěn)定。

2 軸瓦高溫波動原因分析

乙烯壓縮機軸瓦高溫波動，可能由儀表設備、工藝操作、軸瓦安裝和潤滑等方面引起。針對此次升溫，首先分別對儀表一次元件、二次回路和機組運行壓力、溫度、流量進行檢查，均正常，快速排除了儀表設備假顯示和工藝操作波動的因素，隨后對軸瓦安裝質(zhì)量和潤滑油品進行重點分析與排查。

2.1軸瓦安裝質(zhì)量

2015年，乙烯壓縮機檢修期間更換驅(qū)動端徑向軸瓦，舊軸瓦安裝間隙0.17 mm，新軸瓦安裝間隙0.145 mm，壓縮機制造商提供的軸瓦間隙標準數(shù)值為0.12～0.18 mm。因此，此次更換的新軸瓦安裝數(shù)據(jù)偏靠標準下限但在允許范圍內(nèi)。安裝間隙變小可能是檢修前后軸瓦溫度由83 ℃升高為114 ℃的主要原因，但開機時軸瓦溫度趨于穩(wěn)定，并未發(fā)生異常波動。

2.2潤滑油質(zhì)量

自2002年，乙烯壓縮機一直使用的是昆侖L-TSA46抗氧防銹汽輪機油，產(chǎn)品標準為GB 11120—89《汽輪機油》[1]。

2011年，昆侖潤滑油產(chǎn)品標準修訂為GB 11120—2011《渦輪機油》[2]，取消TSA合格品等級并將原一級品和優(yōu)級品升級為B級品和A級品。經(jīng)核查，2015年檢修期間乙烯壓縮機更換的潤滑油為昆侖L-TSA46(B級)，產(chǎn)品標準GB 11120—2011《渦輪機油》，壓縮機現(xiàn)場取樣分析基本滿足產(chǎn)品指標，但外觀檢查含大量汽泡且靜置10 min后大部分仍未消退，見圖1。

圖1 置換前壓縮機現(xiàn)場油樣

昆侖L-TSA46(B級)抗氧防銹汽輪機油屬于昆侖通用汽輪機油的基礎產(chǎn)品，是I類礦物基礎油，以深度精制的石油潤滑油餾分為基礎油，加入抗氧防銹添加劑制成，最高適用溫度90 ℃，具備基本的黏度指數(shù)、抗泡沫性、空氣釋放性以及氧化安定性，可以滿足乙烯壓縮機正常工況下的運行需要。

根據(jù)試驗統(tǒng)計，一般潤滑油在50～60 ℃時氧化速度就明顯增加，油溫每升高10 ℃，氧化速率約增加1倍[3]。2015年壓縮機檢修后開機軸瓦溫度已超過100 ℃，此時TSA46(B級)潤滑油的穩(wěn)定性大幅下降，油品氧化加速并生成大量氣泡，導致軸瓦處的油膜厚度不均勻，設備運轉(zhuǎn)中易出現(xiàn)瞬時潤滑不良，是軸瓦溫度頻繁波動的主要原因。

綜上所述，軸瓦安裝間隙變小和潤滑油選型偏低是造成此次壓縮機軸瓦高溫波動的原因。

3 改造方案

3.1潤滑油品重新選型

鑒于乙烯壓縮機驅(qū)動端軸瓦高溫波動的運行現(xiàn)狀，當務之急是盡快更換一種高性能、高品質(zhì)潤滑油改善機組潤滑。經(jīng)過比較及調(diào)研昆侖潤滑油在產(chǎn)牌號在中石油內(nèi)部其他單位乙烯壓縮機上的用油情況，確定了改用昆侖KTL46長壽命汽輪機油。KTL46是昆侖Ⅱ類礦物基礎油，通過了西門子和阿爾斯通的認證，最高適用溫度120 ℃，具有優(yōu)異的黏度指數(shù)、抗泡沫性、空氣釋放性以及氧化安定性，具體性能參數(shù)見表1。

3.2潤滑油更換方案分析

3.2.1傳統(tǒng)停機換油

乙烯壓縮機停機換油至少60 h，可以徹底用新油置換舊油，保證潤滑油的純度和清潔度，確保設備運行本質(zhì)安全。但乙烯壓縮機一旦停機將造成乙烯、丙烯、氫氣、碳四及粗汽油等產(chǎn)品中斷，并引發(fā)下游裝置停工或降負荷，生產(chǎn)利潤損失近1 500萬元，同時機組開機過程中也存在一些不可預測的風險，例如密封泄漏、閥門失靈、儀表邏輯等問題。

表1 TSA46(B級)與KTL46典型指標對比

3.2.2在線置換

在線換油可以不停機進行，大約需要1.5～2.0倍新油逐步置換舊油，不影響乙烯壓縮機運行，保證連續(xù)生產(chǎn)。

雖然昆侖KTL-46和TSA46(B級)潤滑油同為礦物基礎油，但不同牌號的潤滑油配方不同，相互混合可能存在反應生成新的沉淀物，可能導致更嚴重的設備故障。如果通過科學的手段評定兩種油品混合時可以完全相容，就能夠大幅度降低在線置換的風險。

3.2.3潤滑油更換方案確定

獨山子石化公司正處于高產(chǎn)時期，乙烯壓縮機保持高負荷運行，此時停機換油無疑給企業(yè)生產(chǎn)帶來很大的沖擊。經(jīng)全面考慮，決定對乙烯壓縮機潤滑油在線置換，實施前充分論證，采用科學的評價方法最大限度模擬兩種油品在實際工況下的混合情況，判定完全相容方能在線置換。

參考ASTM D7155-11《渦輪機潤滑油相容性評價標準》[4]，按照Q/SY RH4051—2015《汽輪機油混油試驗操作規(guī)范》[5]進行昆侖潤滑油KTL46與TSA46(B級)的混合相容性試驗，模擬置換過程中以1∶9、1∶1、9∶1這3種新舊油體積比例的混合油樣來評價相容性。

試驗結果表明，3種不同體積比例的油樣均呈現(xiàn)均勻透明不分層且無沉淀物，運動黏度、酸值、液相銹蝕、泡沫性、抗乳化性和旋轉(zhuǎn)氧彈等重要性能檢測全部合格。因此，判定兩種油品有較好的相容性，昆侖KTL46可以在線替換L-TSA46(B級)。

4 潤滑油在線置換

4.1方案

乙烯壓縮機油箱體積為11 000 L，初步使用至少1.5倍裝機用油量約18 000 L逐步在線置換，控制好低限液位和高限液位，采用高液位倒油、低液位加油的方法，每天置換一次約1 600 L，計劃12 d完成置換。

4.2預期效果

在線置換完成后，新油體積比例超過80%，軸瓦溫度穩(wěn)定在110 ℃以下，黏度指數(shù)達到110，抗泡沫性、空氣釋放性以及氧化安定性等性能相應提升。

4.3注意事項

(1)按照油箱布局和循環(huán)油量控制好低限和高限液位，合理計劃每次置換量。液位過低可能影響壓縮機潤滑情況，液位過高則造成潤滑油的浪費，達不到預期置換比例。

(2) 控制好加油速度。每加注400 L暫停操作，觀察壓縮機的軸瓦溫度、振動、位移變化以及潤滑系統(tǒng)的溫度、壓力、油濾器壓差參數(shù)，穩(wěn)定后繼續(xù)加注。尤其是換油初期，應根據(jù)實際情況及時調(diào)整換油速度。

(3)新油溫度較低，加注時潤滑油黏度會暫時升高，注意觀察油濾器壓差變化，一旦上升則應立即停止操作，觀察是否需要切換油濾器。

(4)每次新油加注完畢后，新舊油充分混合運行，4 h后再進行倒油。

(5) 做好在線換油的風險評估和應急預案，充分考慮壓縮機運行和潤滑系統(tǒng)波動、軸瓦溫度上升以及壓縮機停車等各種突發(fā)情況。

(6) 置換前、置換50%和置換后分別取油分析，便于在線置換的后期數(shù)據(jù)分析。

4.4置換效果驗證

歷 經(jīng)12個工作日，乙烯壓縮機使用昆侖KTL46在線置換L-TSA46(B級)共計18 000 L，新油比例達到84%左右，乙烯壓縮機徑向軸瓦溫度下降9 ℃，趨勢穩(wěn)定在105 ℃，未發(fā)生異常波動。置換前、置換50%、置換后的3次潤滑油樣的黏度指數(shù)[6]、運動黏度[7]、抗泡沫性[8]、空氣釋放性[9]、旋轉(zhuǎn)氧彈[10]等主要性能指標分析見表2。

表2 置換前后潤滑油典型指標對比

通過表2分析可得,置換后潤滑油的黏度指數(shù)由92升高至112，100 ℃時運動黏度相應升高0.464 mm2/s，增加了油膜厚度，改善了潤滑質(zhì)量。潤滑油的泡沫生成傾向性呈下降趨勢，泡沫穩(wěn)定性均為0，置換前24.5 ℃、93.5 ℃和置換后24.5 ℃均保持一致，說明潤滑油在高溫下同樣保持良好的抗泡沫性能。潤滑油的空氣釋放性提高了2 min，現(xiàn)場取樣外觀檢查僅含少量氣泡且靜置10 min后大部分已消退(圖2)，大幅度緩解了油中氣泡現(xiàn)象。潤滑油的旋轉(zhuǎn)氧彈試驗從334 min升高到720 min，說明潤滑油的氧化安定性有本質(zhì)的提高，潤滑油可以長時間保持高性能、高品質(zhì)，滿足乙烯壓縮機四年一修的生產(chǎn)需要。

圖2 置換后壓縮機現(xiàn)場油樣

5 結語

異種油品的在線置換在獨山子石化公司尚屬首例，此次在乙烯壓縮機的科學應用達到了預期效果，不但有效改善了壓縮機的潤滑狀況，避免了壓縮機的停機，保證了設備的“安、穩(wěn)、長”運行，而且取得了良好的經(jīng)濟效益[11-15]。

潤滑管理是一項系統(tǒng)工程，貫穿于設備管理的全生命周期，是提高企業(yè)經(jīng)濟效益的重要途徑，也是現(xiàn)代化企業(yè)設備管理的重要組成部分，潤滑問題刻不容緩，希望文中所述能為類似的設備運行問題提供一些參考和幫助。

[1] GB 11120—89，汽輪機油[S].

(GB 11120—89，Turbine Oil [S].)

[2] GB 11120—2011，渦輪機油[S].

(GB 11120—2011，Turbine Oil [S].)

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(DONG Jun-xiu. Lubrication Principle and Lubricating Oil[M].Beijing：China Petrochemical Press Co. Ltd.,1998.)

[4] ASTM D7155-11，渦輪機潤滑油相容性評價標準[S].

(ASTM D7155-11， Standard Practice for Evaluating Compatibility of Mixtures of Turbine Lubricating Oils[S].)

[5] Q/SY RH4051—2015，汽輪機油混油試驗操作規(guī)范[S].

(Q/SY RH4051—2015， Operation Specification for Mixtures of Turbine Lubricating Oils[S].)

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(GB/T 2541—1981 ，Petroleum Products—Computation Table for Viscosity Indices[S].)

[7] GB/T 265—1988，石油產(chǎn)品運動粘度測定法和動力粘度計算法[S].

(GB/T 265—1988 ，Petroleum Products—Determination of Kinematic Viscosity and Calculation of Dynamic Viscosity[S].)

[8] GB/T 12579—2002 ，潤滑油泡沫特性測定法[S].

(GB/T 12579—2002 ，Determination of Foaming Characteristics of Lubricating Oils[S].)

[9] SH/T 0308—1992，潤滑油空氣釋放值測定法[S].

(SH/T 0308—1992， Determination of Air Release Value of Lubricating Oils[S].)

[10] SH/T 0193—1992 ，潤滑油氧化安定性測定法(旋轉(zhuǎn)氧彈法)[S].

(SH/T 0193—1992， Determination of Oxidation Stability of Lubricating Oils(Rotating Pressure Vessel Oxidation Test)[S].)

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(許編)

HeterogeneousOilChangedonEthyleneCompressorinNon-stopCondition

HUANGBai-peng,LUJun,CHENGang,WANGChen-yu,WANGLei

(Dushanzi Petrochemical Company of CNPC, Dushanzi 833699, China)

Lubricating oil is the blood of running equipment. Scientific management can improve equipment status, reduce equipment failure and extend the life of the equipment. Generally lubricating oil should be changed in stop condition according to the principle of “five settings and three-time filtration” and same lubricating oil could also be changed in non-stop condition under special circumstances, but heterogeneous oil hardly be changed in non-stop condition. Heterogeneous oil has been changed in non-stop condition on ethylene compressor of Dushanzi Petrochemical Company. Not only the problem of the high temperature and temperature fluctuation of bearing was solved, but also the unit shutdown was avoided. In this method economic benefit is remarkable, compared with the traditional oil changed in stop condition, could provide some advice and reference for this similar question.

ethylene compressor; heterogeneous oil; non-stop condition changed

TQ050.7； TE969

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.01.012

1000-7466(2017)01-0062-05

2016-08-26

黃佰朋(1983-)，男，山東菏澤人，工程師，學士，從事石化設備的技術管理工作。