高溫油泵潤滑油站在線清洗凈化分析與應(yīng)用

錢彥彬，游恩杰，樊 剛，王 曦

（1.中國石油化工股份有限公司荊門分公司，湖北荊門 448000；2.思肯環(huán)境科技（天津）有限公司，天津 300202）

0 引言

南方某石化煉油一部1#蒸餾裝置高溫油泵密封，采用輔助系統(tǒng)PLAN54 集中供油。目前渣油、蠟油和重油因機(jī)械密封泄漏，串入沖洗油回油管路攜帶至油站，進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)，造成潤滑油顆粒污染物增加、殘?zhí)吭黾?，油站的隔離油（SH46#合成型長壽命極壓潤滑油）面臨嚴(yán)重污染。從而導(dǎo)致高溫油泵機(jī)械密封冷卻效果不佳、密封結(jié)焦，密封泄漏故障頻發(fā)。SH46#潤滑油是合成油，如果進(jìn)行多次置換，費(fèi)用高，費(fèi)油排放造成環(huán)保壓力大。同時(shí)每次置換不能全部更換，導(dǎo)致集中供油系統(tǒng)始終存在殘?zhí)康任廴締栴}。由于生產(chǎn)裝置連續(xù)生產(chǎn)不能停機(jī)，不具備更換機(jī)械密封的條件。

1 指標(biāo)檢測

針對混油導(dǎo)致的設(shè)備生產(chǎn)故障，需要找到經(jīng)濟(jì)合適的最優(yōu)解決方案。經(jīng)過多次調(diào)研以及專家討論，首先對潤滑油污染現(xiàn)狀進(jìn)行檢測分析。SH46#合成油樣品送CMA 實(shí)驗(yàn)室檢測，取樣日期：2021 年4 月14 日，編號：2104047，出廠日期：2018 年12月6 日，檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 高溫油泵集中油站初次檢測數(shù)據(jù)

根據(jù)集中油站實(shí)際情況，結(jié)合理化指標(biāo)和污染指標(biāo)，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行了具體分析：

（1）從檢測數(shù)據(jù)分析，黏度正常，酸值和銅片腐蝕基本合格。證明目前雖然介質(zhì)重油和潤滑油部分混合，但沒有發(fā)生明顯相溶和化學(xué)反應(yīng)。油站系統(tǒng)暫時(shí)不會受到腐蝕，但需隨時(shí)關(guān)注黏度和酸值的變化。

（2）殘?zhí)恐笜?biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。殘?zhí)康氖窃谔囟l件下礦物油樣品蒸發(fā)后剩下的殘余物。指油品在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下受熱蒸發(fā)、裂解和燃燒形成的焦黑色殘留物。殘?zhí)渴潜砻鳚櫥椭心z狀物質(zhì)和其他污染物的間接指標(biāo)。SH46#潤滑油屬于合成油，耐高溫，一般殘?zhí)恐岛苄　５壳皻執(zhí)恳迅哌_(dá)0.67%，證明油系統(tǒng)由于高溫重油的混入，不僅重油中的殘?zhí)扛?，而且提高了潤滑油站的油溫，加速了部分氧化和熱分解。從清潔度指?biāo)上看，有大塊顆粒的殘?zhí)看嬖谟拖到y(tǒng)中，但受管路濾芯精度和材質(zhì)限制，已不能有效攔截。

（3）清潔度嚴(yán)重超標(biāo)，5～15 μm 顆粒數(shù)8 428 580 是合格數(shù)量64 000 的131 倍，15～25 μm 顆粒數(shù)1 665 233 是合格數(shù)量11 400 的146 倍，25～50 μm 的顆粒數(shù)38 853 是合格數(shù)202 519 倍。證明殘?zhí)亢推渌蹓m，顆粒物質(zhì)含量多，需要及時(shí)凈化過濾處理。

（4）水分處理：針對SH46#合成油混進(jìn)重油的情況，分析水分主要是重油中含的水分高溫蒸發(fā)帶來的。需要采取合理的脫水技術(shù)進(jìn)行處理。

2 形成原因與生產(chǎn)損失

渣油、蠟油和重油竄入隔離油站，早期污染嚴(yán)重。目前管路濾芯難以清除，已造成了嚴(yán)重的混油現(xiàn)象。隔離油受到污染，對油泵軸承等有磨損現(xiàn)象。

油泥、殘?zhí)砍练e在軸承表面，加劇磨損、溫度升高，都會導(dǎo)致泵站的非計(jì)劃停機(jī)。石化關(guān)健機(jī)組的非計(jì)劃停車會引起上下游煉油產(chǎn)品損失和排放，至少導(dǎo)致上百萬元的生產(chǎn)損失。國家環(huán)保措施越來越嚴(yán)，對煉化裝置的排放要求日益嚴(yán)格。

混油以及高溫自身氧化和熱分解，開始逐步產(chǎn)生亞微米級的油泥、膠質(zhì)、殘?zhí)康入y以用在線管路濾芯解決。油泥和殘?zhí)渴菨櫥途徛趸慕到猱a(chǎn)物，遇到高溫會加速形成更多的殘?zhí)坑湍?。高溫對隔離油產(chǎn)生了嚴(yán)重氧化作用。隨著長周期的運(yùn)行，一般潤滑油的抗氧化劑逐步減少、降解，也加速了潤滑油的氧化。油泥屬于亞微米級軟性顆粒物，一般的顆粒物檢測設(shè)備無法檢測，屬于不穩(wěn)定的高分子聚合有機(jī)物，機(jī)械過濾濾芯難以去除。

2.1 油泥殘?zhí)慨a(chǎn)生的原因

2.1.1 氧化和高溫?zé)岱纸?/p>

醛類和酮類等初級氧化產(chǎn)物，通過進(jìn)一步的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)生成高分子聚合物。聚合物不斷發(fā)展，超過油液承載能力，逐漸從油液中“脫離”，沉積在潤滑油系統(tǒng)表面。形成油泥殘?zhí)康脑缙谝话銥檐涃|(zhì)的棕色膠狀外觀，但隨著時(shí)間推移和熱循環(huán)，顏色變黑，逐漸變硬，緊密粘著在金屬表面。渣油、蠟油和重油混入導(dǎo)致潤滑油高溫，溫度的冷熱變化加速殘?zhí)坑湍嗄z質(zhì)物的形成。

2.1.2 添加劑的耗解

合成油的基礎(chǔ)油本身與添加劑的相溶性不穩(wěn)定，容易在高溫?zé)岱纸鉅顟B(tài)下大量添加劑析出懸浮沉積。

2.1.3 潤滑油中含有空氣

集中潤滑系統(tǒng)進(jìn)入空氣是不可避免的，管路、法蘭、油箱等部位進(jìn)入空氣是隨時(shí)存在的，會在軸瓦的摩擦部位，管路的紊流區(qū)域，形成擠爆，也就是微燃燒效應(yīng)。溫度瞬時(shí)從1100 ℃上升到3000 ℃以上，形成局部燃燒，產(chǎn)生大量膠質(zhì)物，進(jìn)一步磨損油泵和機(jī)械密封摩擦副。

2.2 殘?zhí)康奈：?/h3>

潤滑油運(yùn)行中如果形成了油泥殘?zhí)浚鸩匠练e在潤滑油系統(tǒng)的各個(gè)部位，如附著在油泵軸承、調(diào)速系統(tǒng)元件及沉積在過濾器、機(jī)械密封摩擦副等。①加劇了油泵軸承磨損；②引起電液轉(zhuǎn)換器、錯油門等控制部件閥芯卡澀下降，運(yùn)行準(zhǔn)確度下降。造成調(diào)速系統(tǒng)失控；③附著堅(jiān)硬顆粒，造成設(shè)備磨損；④造成機(jī)械密封的動靜環(huán)表面結(jié)焦，加劇磨損和泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

3 優(yōu)化解決方案

針對此次潤滑油站出現(xiàn)的污染情況，進(jìn)行了專業(yè)調(diào)研，并對復(fù)雜的混油現(xiàn)狀進(jìn)行了取樣分析。根據(jù)檢測報(bào)告和結(jié)果，最終進(jìn)行三級在線過濾凈化設(shè)計(jì)，分別為預(yù)過濾、干樹脂吸附、收集過濾凈化系統(tǒng)。同時(shí)預(yù)過濾罐濾芯兼?zhèn)湮瓦^濾的能力。

同時(shí)泵前濾后設(shè)置了先進(jìn)的取樣裝置。便于跟蹤油凈化的效果?？紤]到油箱體積只有3 m3，以及油箱的壓力波動。設(shè)置15 L/min 的設(shè)計(jì)流速，壓力最大0.6 MPa 和低功率1.1 kW。

（1）油泵流量設(shè)計(jì)15 L/min，是根據(jù)油箱體積大小，油箱存儲油的大小設(shè)計(jì)的泵流量。同時(shí)和樹脂濾芯工作原理的吸附流量相匹配。

干性離子交換樹脂濾芯的使用主要就是能吸附部分殘?zhí)俊⒂湍嘁约叭芙鈶B(tài)的油泥。由于油站使用的是SH46#合成油，存在合成基礎(chǔ)油和添加劑之間的飽和性不穩(wěn)定問題。而樹脂的吸附交換作用，對潤滑油的添加劑損耗有一定影響。前期運(yùn)行需要油液檢測進(jìn)行監(jiān)控。

對于潤滑油的溶解物和懸浮物的綜合處理?？赡軐?dǎo)致溶解潤滑油的添加劑被一起吸附。潤滑油的添加劑，如抗氧化劑、清凈分散劑、抗泡沫劑、極壓添加劑等都是SH46#潤滑油核心添加劑，直接影響潤滑油的使用壽命和效果。但這些添加劑都是微小顆粒物溶解于潤滑油中，有被離子交換樹脂濾芯有吸附的風(fēng)險(xiǎn)，使用時(shí)需要做添加劑方面的針對性檢測。對于機(jī)組潤滑油運(yùn)行狀態(tài)正常后的凈化，可以關(guān)掉干性離子交換樹脂一段時(shí)間，不能長期在線投用。

通過以上監(jiān)控措施，減少干性樹脂對合成油添加劑的影響，盡最大可能延長潤滑油的使用周期。

（2）設(shè)計(jì)的在線凈化裝置功率低，不會對油箱螺桿泵抽油進(jìn)行擾動。整機(jī)采取不修鋼加工制造，防止目前在用潤滑油腐蝕。由于SH46#合成油混進(jìn)重油帶來水分升高，考慮到在線凈化裝置脫水的安全性，以及油箱存油只有1.5 m3的原因，不能使用大功率的真空脫水凈油機(jī)對油泵的壓力形成擾動。使用吸水濾芯吸水，可使水分逐步下降。

（3）由于大量的殘?zhí)恳约盎烊氲南炗蛯儆诜菢O性物質(zhì)，靜電吸附和平衡電荷集聚技術(shù)雖然對亞微米級顆粒物有作用，但不易帶上電荷，同時(shí)購置成本和維護(hù)費(fèi)用也比較高不建議使用。

4 在線凈化設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)施

經(jīng)過前期的調(diào)研和檢測分析，決定采用在線清洗凈化技術(shù)。經(jīng)過充論證，根據(jù)油站油箱體積、壓力等實(shí)際數(shù)據(jù)，需要保證生產(chǎn)裝置穩(wěn)定運(yùn)行。使用在線凈化裝置進(jìn)行在線殘?zhí)亢陀湍囝w粒的處理。

4.1 凈化流程設(shè)計(jì)介紹

先進(jìn)行40 μm 金屬濾網(wǎng)攔截，保證大顆粒不磨損齒輪泵。通過泵和電機(jī)，進(jìn)入到預(yù)過濾罐，放置一個(gè)5 μm 濾芯過濾。從預(yù)過濾罐出來，進(jìn)入中間再生干樹脂罐，進(jìn)行油泥殘?zhí)刻幚怼Ｗ詈笫占奘? μm 濾芯進(jìn)行末端收集過濾。根據(jù)使用情況和壓力變化，可以配置精度更高的濾芯。泵前和收集罐后設(shè)計(jì)2 個(gè)取樣閥，可以方便采集取樣。泵前取樣代表了油箱潤滑油的狀態(tài)，收集罐后取樣代表了凈油機(jī)過濾效果，以方便分析集中油站凈化的效果。

4.2 特點(diǎn)優(yōu)勢

主要內(nèi)容：①去除潤滑油固體顆粒物等以保證潤滑系統(tǒng)正常運(yùn)行；②移動式設(shè)計(jì)可以在10 m 內(nèi)的地方使用；③設(shè)計(jì)加裝再生罐，可以除去殘?zhí)浚湍?，膠質(zhì)物；④外接透明鋼絲軟管能適應(yīng)各種場合使用要求；⑤濾芯過濾器上設(shè)有壓差發(fā)訊器，當(dāng)濾芯的工作壓力差過大時(shí)，壓差發(fā)訊器會自動報(bào)警提示操作人員更換濾芯，并油泵停止工作，避免油泵電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行；⑥底部裝有堅(jiān)固的車輪，可以移動使用；⑦過油的管路、濾罐等都采用不銹鋼設(shè)計(jì)。

4.3 在線過濾凈化步驟和效果

主要內(nèi)容：①先根據(jù)潤滑油站運(yùn)行情況，進(jìn)行預(yù)過濾和收集過濾。如果有報(bào)警，及時(shí)更換濾芯；②運(yùn)行7 d 后，先取樣監(jiān)測，根據(jù)檢測結(jié)果，再放置干樹脂濾芯，進(jìn)行除油泥除殘?zhí)刻幚?；③后期每運(yùn)行半個(gè)月，進(jìn)行前后取樣分析檢測，郵寄到第三方CMA油液檢測公司；④觀察合成油添加劑的變化。

4.4 制定凈化服務(wù)達(dá)到驗(yàn)收指標(biāo)（表2）

表2 高溫油泵集中油站驗(yàn)收指標(biāo)

5 實(shí)施效果

經(jīng)過現(xiàn)場的安裝和使用，在線凈化裝置安全平穩(wěn)，檢測數(shù)據(jù)改善明顯。

5.1 第三方CMA 實(shí)驗(yàn)室檢測指標(biāo)

對比4 月15 日（凈化前）、7 月8 日（凈化中）和7 月26 日（凈化中）取樣指標(biāo)，酸值和殘?zhí)慷嫉玫搅嗣黠@的下降，顆粒污染度等級從NAS12 級快速下降到NAS7 級（表3），高溫油泵潤滑油輔助油站的污染得到了明顯的解決。

表3 高溫油泵集中油站在線清洗凈化實(shí)施效果

5.2 石化企業(yè)內(nèi)部檢測

7 月7 日與14 日兩次進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部檢測，14 日濾后較7日濾前，酸值、殘?zhí)抠|(zhì)量分?jǐn)?shù)分別下降84.8%和45.5%，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 高溫油泵集中油站石化內(nèi)部檢測實(shí)施效果

6 結(jié)束語

經(jīng)過一個(gè)月連續(xù)在線凈化清洗技術(shù)裝置投運(yùn)和檢測，設(shè)計(jì)和研發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)完全滿足了現(xiàn)場的運(yùn)行條件，也沒有對SH46#潤滑油添加劑有影響。保證了PLAN54 集中供油站安全平穩(wěn)運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期的效果。對石化煉油廠蒸餾裝置的集中供油混油污染問題，提供了有價(jià)值的參考和借鑒。