超高壓乙烯壓縮機框架油外觀渾濁原因分析及解決

揭斌華 吳曉濤 字琴 王雪梅

1 中國石化潤滑油有限公司茂名分公司

2 茂名市質量計量監(jiān)督檢測所

超高壓乙烯壓縮機作為高壓低密度聚乙烯（LDPE）裝置的核心設備，其作用是將工藝介質乙烯從 25～30 MPa壓縮至 250～ 310 MPa[1]；同時，由于高溫、高壓的生產特點，裝置聯(lián)鎖點多，聯(lián)鎖保護等級高，超高壓乙烯壓縮機運行略有波動，就容易造成整個裝置聯(lián)鎖停車，因此，高壓乙烯壓縮機的安全、平穩(wěn)運行是維持裝置長周期、高效益生產所必須滿足的條件之一[2]。

為確保超高壓乙烯壓縮機良好的潤滑狀態(tài)，布克哈德壓縮機共有3個潤滑系統(tǒng)：

◇內部油：在活塞環(huán)與氣缸、填料環(huán)與活塞桿、柱塞之間起到良好的潤滑、密封、冷卻作用，與工藝介質直接接觸后進入反應器參與反應，為消耗式潤滑；

◇框架油：用于曲軸箱內曲軸、軸瓦、十字頭等運動部件的潤滑，為循環(huán)式潤滑；

◇冷沖油：用于填料、柱塞和輔助十字頭的冷卻和沖洗，對氣缸進行冷卻及輔助十字頭的潤滑，為循環(huán)式潤滑[3]。

超高壓乙烯壓縮機及內部油、冷沖油的潤滑部位如圖1、圖2所示。

超高壓乙烯壓縮機潤滑油理化性能及性能要求

超高壓乙烯壓縮機使用的內部油、框架油、冷沖油理化總能理化數據見表1。

圖1 超高壓乙烯壓縮機示意

圖2 內部油與冷沖油的潤滑部位示意

內部油的性能要求

◇突出的抗輕烴稀釋總能和抗液態(tài)烴的沖洗總能，在乙烯等輕烴氣體的壓縮過程中，可保持適宜的黏度，以確保壓縮機能夠得到足夠有效的潤滑；

◇優(yōu)性的抗氧化總能，與高溫高壓乙烯等介質接觸過程中，油品總能保持長期穩(wěn)定；

◇優(yōu)性的密封件材料適應總能，確保壓縮機密封件長期有效；

◇滿足美國食品藥品監(jiān)督管理局、美國全國衛(wèi)生基金會FDA/NSF H1 食品安全認證。

框架油的性能要求

◇優(yōu)性的油水分離總能，防止油品乳化，確保油品總能穩(wěn)定；

◇優(yōu)性的抗氧化總能及熱穩(wěn)定總能，降低油品的氧化速度，延長使用壽命；

◇優(yōu)性的防銹總能和抗腐蝕總能，防止設備的銹蝕和腐蝕；

◇優(yōu)性的承載總能，防止設備磨損。

冷沖油的性能要求

◇優(yōu)性的冷卻沖洗總能，確保填料、柱塞和輔助十字頭等部位的清潔；

◇優(yōu)性的抗氧化總能和熱穩(wěn)定總能，延長油品使用壽命；

◇優(yōu)性的防銹總能和抗腐蝕總能，防止設備的銹蝕和腐蝕；

◇適宜的潤滑總能，給予輔助十字頭足夠的潤滑保護。

框架油外觀渾濁的原因分析

國內某公司20 萬t/a LDPE裝置采用德國Basll 公司LUPOTECHTR管式法專利技術，由意大利TECNIMONT 工程公司承建，該裝置超高壓乙烯壓縮機為瑞士布克哈德公司生產制造。在設備運行中，現(xiàn)場設備人員反映框架油出現(xiàn)外觀渾濁、不透明的現(xiàn)象；框架油油箱、油路清洗后，更換新油后運行一段時間，依然出現(xiàn)框架油外觀渾濁的情況。在用油外觀情況見圖3。

在用油指標分析

分別于2019年3月7日、3月11日、3月15日采集在用框架油，對在用油進行跟蹤分析，分析結果見表2。

從表2在用油的分析結果來看，框架油的外觀一直處于渾濁、不透明的狀態(tài)，抗乳化分水總能變差，同時運動黏度、閃點逐漸下降，運動黏度每天下降0.375 mm2/s，而水分、金屬元素一直保持較低的水平，說明無外來水的污染，無性常磨損情況。

加熱處理

分別于對3月7日、3月11日、3月15日采集在用框架油進行加熱處理，在100 ℃條件下加熱攪拌2 h，觀察油品外觀情況，結果見表3。

表1 超高壓乙烯壓縮機潤滑油理化性能

圖3 在用油外觀情況

從表3可見，加熱后的在用油外觀依然保持渾濁、不透明，同時，表2中在用油的水分含量小于0.01%（質量分數），說明在用油渾濁的原因可排除水分的影響。

過濾處理

分別采用5 μ、0.45 μ的濾紙對在用框架油進行真空抽濾，抽濾后觀察油品外觀情況，結果見表4。

從表4來看，分別采用5μ、0.45μ的濾紙過濾后的油樣外觀依然保持渾濁、不透明，同時，表2中在用油的Si、Cu、Fe元素含量較小，說明在用油渾濁的原因可排除外來粉塵、金屬元素磨損的影響。

離心處理

取100 mL在用框架油于離心管中，在2 000 r/min的轉速下離心處理10 min，離心處理后的情況如圖4、表5所示。

表2 在用框架油指標分析情況

表3 在用框架油加熱處理后的外觀情況

表4 在用框架油過濾處理后的外觀情況

由圖4、表5可知，經過離心處理后的在用框架油出現(xiàn)分層現(xiàn)象，上層油樣外觀透明，而下層油樣外觀渾濁，且下層油樣約為9.0 mL左右，說明在用油中混入與框架油不互溶的油品，導致在用油外觀渾濁、不透明。

紅外分析

分別對框架油新油、離心處理后的上層油樣、下層油樣進行紅外光譜分析，分析結果如圖5所示。

從圖5紅外光譜分析結果來看，離心處理后的上層油樣與框架油的新油譜圖基本一致，而下層油樣與新油的譜圖基本不一致。同時，下層油樣譜圖中出現(xiàn)3 500 cm-1處的羥基峰、1 700 cm-1處的羰基峰、1 150～1 060 cm-1處的醚峰，說明下層油樣為內部油，而內部油為聚醚，由環(huán)氧乙烷( EO) 、環(huán)氧丙烷( PO) 、環(huán)氧丁烷( BO) 或四氫呋喃( THF) 等聚合而成[4]，其與礦物油成分的框架油不互溶，因此，當框架油混入內部油后，外觀出現(xiàn)渾濁、不透明的現(xiàn)象。

框架油油箱改造方案

針對框架油中混入內部油致使外觀渾濁、不透明的情況，建議對框架油進行現(xiàn)場改造，改造方案如圖6所示。在油箱內增加擋板，增加框架油在油箱內的停留時間，混入的內部油因密度差而沉降分離，定期將底部內部油從排污口排出，減緩內部油的影響，使框架油保持良好的使用總能。

結論

目前，超高壓乙烯壓縮機框架油外觀渾濁、不透明、黏度下降的現(xiàn)象普遍存在，但國內各石化企業(yè)對該現(xiàn)象的關注較少。為查明原因，本文分別采用加熱、過濾、離心等手段對在用框架油進行處理，經紅外光譜分析，基本確定框架油外觀渾濁、不透明的原因是混入內部油。同時，為保障超高壓乙烯壓縮機的安全、平穩(wěn)運行，建議加強框架油外觀、黏度、框架油中內部油含量等指標的監(jiān)控，及時將內部油排出，確保框架油保持良好的潤滑總能。

圖4 離心處理后的外觀情況

表5 在用框架油離心處理后的外觀情況

圖5 離心處理后油樣的紅外光譜圖

圖6 框架油油箱改造方案示意