貧胺液泵潤滑油壓低的原因分析

謝俊杰

(中石化長嶺分公司煉油二部，湖南 岳陽 414000)

某裝置循環(huán)氫脫硫塔采用高速泵輸送貧胺液(N-甲基二乙醇胺)對塔內(nèi)循環(huán)氫進(jìn)行清洗。貧胺液泵通過低速-高速齒輪聯(lián)動的方式運行，選用L-TSA32汽輪機(jī)油以油泵主動潤滑方式在一定的壓力、溫度下降低轉(zhuǎn)動部件的磨損及溫度。在使用過程中潤滑油壓出現(xiàn)持續(xù)降低的情況，齒輪箱、高位油箱內(nèi)潤滑油出現(xiàn)大量起泡及變綠的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到設(shè)備的安全運行。

對潤滑油泵做功不足和油路系統(tǒng)接管泄漏的情況進(jìn)行檢修、更換等排查處理后油壓仍維持在較低值，大量起泡的現(xiàn)象也未見好轉(zhuǎn)，同批次的潤滑油在故障發(fā)生前使用時未出現(xiàn)過此種現(xiàn)象，判斷造成油壓低的原因為齒輪箱內(nèi)潤滑油在運行過程中因某種原因產(chǎn)生了大量氣泡。為了消除氣泡、解決潤滑油壓降低等因素對設(shè)備運行造成的損害，對導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決和預(yù)防措施。

1 潤滑油起泡產(chǎn)生原因及危害

1) 潤滑油起泡的原因多種多樣，可以歸納為兩大類：油品本身的影響和外界因素的影響。油品本身的影響包括油品發(fā)生氧化變質(zhì)、抗泡劑含量降低等。外界因素的影響包括油品使用中的機(jī)械作用、外部污染物質(zhì)作用(堿性物質(zhì)、水等)【1】。

2) 潤滑油起泡會造成油的流動性變壞、潤滑性能變差，甚至發(fā)生氣阻而影響供油等。對設(shè)備運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的主要危害如下：

a) 油品散熱性變差：油液表面集中的氣泡會形成一道隔熱層，使油溫升高，增加配件磨損速率。

b) 加劇氧化變質(zhì)：油品產(chǎn)生泡沫后與空氣接觸面增大，加上油溫升高，會使油品氧化變質(zhì)，降低潤滑性能，同時會產(chǎn)生油泥、膠質(zhì)等雜質(zhì)，吸附在過濾器、冷卻器表面，堵塞過濾器，降低冷卻效果。

c) 影響動力的傳遞：由于油品中有氣泡，一方面會使油液產(chǎn)生可壓縮性，降低運行壓力；另一方面容易產(chǎn)生氣阻，影響供油量，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作【2】。

2 貧胺液泵潤滑油路流程

貧胺液泵轉(zhuǎn)動部件與潤滑油路系統(tǒng)采用集裝式，齒輪箱與潤滑油箱為一體制造，主油泵安裝在油箱中部，外部引入單獨的輔油泵、冷卻器、過濾器等潤滑油輔助系統(tǒng)，主油泵從齒輪箱進(jìn)油，輔油泵從高位油箱進(jìn)油；貧胺液泵運行后輔油泵停止運行，由主油泵啟動供油；潤滑采用強制循環(huán)潤滑、飛濺潤滑、油浴潤滑相結(jié)合的方式。

高位油箱有排氣閥與大氣連通，壓力與大氣壓力基本一致。潤滑油經(jīng)噴油管對軸承、齒輪進(jìn)行潤滑、冷卻，利用油泵給噴油管的壓力和齒輪轉(zhuǎn)動提供的壓力使?jié)櫥湍芙?jīng)過回油噴嘴和間隙回到高位油箱；高位油箱液位高時潤滑油也能通過間隙回到齒輪箱。潤滑油進(jìn)各潤滑點前排氣閥頂部閥芯因潤滑油中帶氣會保持打開狀態(tài)，可以從排氣閥頂部將管路中的氣體排出至齒輪箱中，氣體排完后頂部的閥芯會在潤滑油壓力的作用下關(guān)閉，保證油壓不會從排氣閥泄掉。其油路系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 貧胺液泵潤滑油流程

3 潤滑油異常運行狀況檢查

3.1 潤滑油及油箱內(nèi)部檢查

采集油箱中的潤滑油發(fā)現(xiàn)油品出現(xiàn)黃棕色、藍(lán)色和墨綠色。根據(jù)研究，使用過后的汽輪機(jī)油會呈黃棕色，藍(lán)色物質(zhì)與黃棕色潤滑油混合后使油品呈現(xiàn)出墨綠色。同時還發(fā)現(xiàn)，油箱底部存在大量膠質(zhì)、油泥、積碳等沉淀物【3】以及微量水，如圖2和圖3所示。

圖2 氧化的潤滑油

圖3 高位油箱內(nèi)部

3.2 潤滑油起泡異常情況

在油壓持續(xù)降低的運行過程中，透過油箱視鏡可見齒輪箱中的潤滑油中產(chǎn)生了大量的油下泡，起泡直徑在φ1.5～φ3 mm左右且均勻混合在油品中(見圖4)。在潤滑油輸送過程中，氣泡會隨著油品進(jìn)入管路及泵體，導(dǎo)致泵的運行性能降低【4】，而且經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)泡沫破裂速度緩慢更容易導(dǎo)致這一情況發(fā)生。

圖4 齒輪箱油視鏡

3.3 潤滑油冷卻器檢查

潤滑油冷卻器采用循環(huán)水對潤滑油進(jìn)行降溫。開蓋檢查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過長時間的運行，循環(huán)水中的雜質(zhì)附著在管束內(nèi)表面，使管束結(jié)垢嚴(yán)重，部分管束堵死，造成冷卻效果降低。這必然會導(dǎo)致潤滑油溫升高。經(jīng)檢測，潤滑油冷卻后溫度為67 ℃。冷卻器結(jié)垢情況見圖5。

4 從潤滑油運行狀況分析起泡原因

1) 該泵潤滑系統(tǒng)使用的油品已經(jīng)過長期運行的驗證，油品選用的型號合適，質(zhì)量也可以保證。未使用的L-TSA32汽輪機(jī)油顏色為透明微黃。正常運行狀況下，油箱內(nèi)油品與空氣和銅、鐵等接觸，催化產(chǎn)生氧化顏色(黃亮色)，伴隨著一定的起泡情況，但泡沫穩(wěn)定性低，不影響正常使用時對設(shè)備配件運轉(zhuǎn)的保護(hù)，油壓也保持在設(shè)計運行值范圍內(nèi)。

圖5 冷卻器結(jié)垢情況

造成起泡的原因為空氣通過油箱上部的排氣閥與潤滑油完全接觸，潤滑油本身吸收了一定量的空氣在其中，在強制循環(huán)潤滑、飛濺潤滑、油浴潤滑方式的作用下，經(jīng)過沖擊、噴濺、快速攪動等過程使溶解的空氣逸出，產(chǎn)生起泡現(xiàn)象。

高位油箱存在沖擊作用，壓力基本與大氣壓持平，齒輪箱回油中混合的氣泡和對高位油箱內(nèi)潤滑油的沖擊作用產(chǎn)生的氣泡未造成高位油箱內(nèi)產(chǎn)生油下泡，只產(chǎn)生了油上泡，尺寸也偏大，直徑約φ3 mm(見圖6)， 泡沫穩(wěn)定性較低； 齒輪箱內(nèi)因壓力相對較高而且受噴濺、快速攪動的作用產(chǎn)生了油下泡和油上泡，泡沫尺寸較小，直徑小于φ1 mm(見圖7)，油位下部基本沒有可見泡沫，泡沫穩(wěn)定性相對高一些【5】。

在不同溫度下起泡傾向性與泡沫穩(wěn)定性不同，溫度升高則潤滑油表面張力和粘度降低，起泡傾向性增加，泡沫穩(wěn)定性降低。從運行狀況的總體情況來看，油溫升高，則泡沫呈現(xiàn)增多趨勢(見圖6和圖7)。

圖6 高位油箱泡沫情況

2) 密封滲漏導(dǎo)致潤滑油中混入貧胺液，促使油品氧化加速和并呈堿性，使粘度和表面張力發(fā)生變化，進(jìn)而造成起泡傾向性和泡沫穩(wěn)定性發(fā)生變化。

潤滑油是由各種烴類的組成的。烴類的氧化是一個自由基自動氧化的過程。自由基的自動氧化過程可表示如下。

圖7 齒輪箱泡沫情況

引發(fā)階段：

增長階段：

RO2·為過氧化自由基，ROOH為氫過氧化物。氫過氧化物不穩(wěn)定，可進(jìn)一步產(chǎn)生自由基，發(fā)生分枝反應(yīng)：

增長階段結(jié)束后，產(chǎn)生大量自由基，自由基相互結(jié)合為穩(wěn)定產(chǎn)物，氧化進(jìn)入終止階段：

???Wolfgang 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．

潤滑油中因密封磨損而滲入貧胺液(N-甲基二乙醇胺)，貧胺液是一種堿性氮化物，與潤滑油自由基存在著成塊作用和導(dǎo)致抗氧劑消耗加快【6】的作用。潤滑油中抗氧劑的消耗會造成油品與溶解的空氣在高溫下氧化加速，特別是在攪動時，氧化急劇加快，使油品氧化產(chǎn)生藍(lán)色膠質(zhì)、油泥、積碳等物質(zhì)沉積在油箱中，經(jīng)過攪動后與潤滑油混合使油品看起來呈墨綠色，而且最終會導(dǎo)致油品粘度增加(見表1)、泡沫穩(wěn)定性升高，產(chǎn)生大量泡沫。

潤滑油中滲入的貧胺液溶液為水溶液，而且潤滑油的自由基在分枝反應(yīng)過程中也會生成微量水，潤滑油系統(tǒng)停止運行后靜置一段時間，通過pH試紙檢測沉積在油箱底部的水呈堿性(見表1)。在運行過程中，油箱底部的水會與潤滑油均勻混合，而起泡傾向性和泡沫穩(wěn)定性受pH值影響很大，在中性或酸性條件下穩(wěn)定性低，在堿性條件下穩(wěn)定性高【5】。

表1 潤滑油氧化前后粘度及pH值分析

3) 冷卻器原因?qū)е聺櫥蜏囟忍幱谄鹋輧A向性及泡沫穩(wěn)定性高的范圍內(nèi)。

潤滑油冷卻效果不佳導(dǎo)致油溫升高。正常情況下，齒輪箱及高位油箱油溫處于50～55 ℃，滿足廠家所要求的不高于60～65 ℃的運行要求，而冷卻器堵塞導(dǎo)致潤滑油冷后溫度在67 ℃，齒輪箱內(nèi)潤滑油實際運行溫度處于70 ℃左右。

溫度升高會使油品表面張力和粘度下降。表面張力的降低使整個體系表面能降低，從熱力學(xué)角度上講，有利于泡沫的產(chǎn)生，使起泡傾向性增大，導(dǎo)致泡沫產(chǎn)生的量增大；粘度下降則會導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定性下降【7】，但實際上因為油品氧化和處于堿性環(huán)境下，抵消了因油溫升高而導(dǎo)致表面粘度降低使泡沫穩(wěn)定性降低的影響，使油品的粘度仍處于泡沫穩(wěn)定性較高的值，從而使油品的泡沫一直不能消散。

溫度的升高也會加速油品的氧化。據(jù)研究，溫度每升高10 ℃，油品的氧化速度增加一倍【3】。潤滑油起泡進(jìn)一步造成油溫散熱狀況變差，使油溫升高，從而導(dǎo)致惡性循環(huán)。

5 事故處理及效果

經(jīng)過處理密封滲漏、清理干凈油箱內(nèi)油泥、更換潤滑油以及清洗冷卻器后，齒輪箱及高位油箱內(nèi)潤滑油的起泡速度和破裂速度降低到正常運行水平(見圖8和圖9)，運行油壓也回歸到正常值，說明潤滑油的起泡傾向性及泡沫穩(wěn)定性回歸到了正常值。油箱內(nèi)壁附著的藍(lán)色氧化膠質(zhì)在多次沖洗后仍有部分呈顆粒狀混合在潤滑油中，使?jié)櫥涂雌饋沓实G色。

圖8 處理后齒輪箱泡沫情況

圖9 處理后的高位油箱泡沫情況

對比檢修前后運行油壓情況，油泵及齒輪箱檢修前油壓持續(xù)降低(見圖10)，油泵及齒輪箱檢修后潤滑油產(chǎn)生大量泡沫且不易破裂的現(xiàn)象并沒有得到緩解，油壓仍然處于較低值(見圖11)，而徹底處理了密封滲漏、清理干凈油箱內(nèi)油泥、更換潤滑油以及清洗冷卻器后，運行油壓明顯回升(見圖12)，貧胺液泵達(dá)到正常運行狀態(tài)。

圖10 油箱產(chǎn)生泡沫后油壓降低趨勢

6 結(jié)語

潤滑油在氧化、堿性、高溫的運行環(huán)境和存在膠質(zhì)、積碳等雜質(zhì)的情況下，起泡傾向性和泡沫穩(wěn)定性處于較大值，運行過程中高低速齒輪運轉(zhuǎn)攪動齒輪箱內(nèi)潤滑油，在潤滑過程中產(chǎn)生噴濺和沖擊，使油品產(chǎn)生大量尺寸較大的油下泡(φ1.5～φ3 mm)，導(dǎo)致主油泵運行性能下降以及氣泡不能在潤滑點前的排氣閥排出使得部分油壓從排氣閥泄掉，是造成油壓下降的主要原因。

密封滲漏導(dǎo)致潤滑油中混入堿性雜質(zhì)以及溶解的空氣在攪動和高溫環(huán)境下使?jié)櫥脱趸铀?，同時潤滑油溫偏高使粘度和表面張力處于起泡傾向性、泡沫穩(wěn)定性最大的范圍，再加上運行過程中對油品的攪動等因素綜合影響是導(dǎo)致油箱中產(chǎn)生大量氣泡且不易破滅的原因。由于密封微漏的情況無法杜絕，長期運行滲漏進(jìn)入油箱的貧胺液聚集仍可能導(dǎo)致潤滑油氧化，根據(jù)泵的結(jié)構(gòu)形式，油箱與泵腔之間存在一個密封腔，用于安裝密封隔離潤滑油與介質(zhì)，可通過加工開孔將密封腔與外部連通，將密封腔內(nèi)滲漏聚集的貧胺液或潤滑油引至外部進(jìn)行排放，防止介質(zhì)互串，同時可觀察油箱和泵體密封的泄漏情況。

圖11 油泵及齒輪箱檢修后泡沫未消失的油壓趨勢

圖12 處理密封滲漏，更換潤滑油，清洗油箱、冷卻器，泡沫消失后的油壓趨勢

消除貧胺液污染油箱內(nèi)潤滑油、降低潤滑油氧化速率以及保持pH值保持中性或弱堿性能有效降低潤滑油起泡速率，提高氣泡破滅速度，從而提高潤滑油運行穩(wěn)定性。

冷卻器結(jié)垢導(dǎo)致油溫上升是影響起泡的一個重要因素。通過機(jī)泵定期切換的操作，在泵開機(jī)前對油冷器進(jìn)行清理，可保證油冷器在泵運行期間內(nèi)的冷卻效果。這是消除起泡的一個重要手段。

保持油箱油位的正常高度，保證油箱內(nèi)有效的散熱空間也能有效防止油溫升高。

定期清理油箱和冷卻器內(nèi)因氧化生成的雜質(zhì)能有效減少泡沫的產(chǎn)生。

正常狀況下潤滑油會在沖擊、噴濺、強烈攪動的過程中與空氣產(chǎn)生起泡現(xiàn)象，但泡沫穩(wěn)定性低，一般情況下不影響設(shè)備運行。