离心式压缩机油箱泡沫原因分析

吴磊+孙大新+李韶辉+梁德君+刘中国+王辉

摘要：离心式压缩机作为化工炼化企业核心生产设备其润滑油油箱泡沫问题会导致压缩机轴承润滑不良引起机组振动严重时会造成安全生产事故。文章从离心式压缩机润滑油油质、润滑系统故障、润滑系统油箱设计等方面分析了离心式压缩机润滑油油箱泡沫产生的原因为石油化工行业以及其他生产行业润滑油油箱泡沫问题分析解决方案提供了参考借鉴对于保证安全生产、提高经济效益具有重要意义。

关键词：离心式压缩机；轴承润滑；泡沫；润滑系统；油箱设计

中图分类号：TE62637文献标识码：A 文章编号：1002 3.1.19（2016）01 0054 05

0引言

离心式压缩机属于速度型压缩机的一种其工作原理为气体介质经过高速旋转的叶轮获得速度能和压力能速度能通过扩压器作用进一步转化为压力能气体压力的增加有利于气体介质正常输送至下一工艺流程。我国石油化工生产企业从60年代开始大量运用离心式压缩机近几十年新建的炼油厂、化工厂均采用了离心式压缩机[1]黎明摩托车的“前生”与“今世”[J]摩托车201.3（6）：1.1-2.2。离心式压缩机具有流量大、转速高、工作效率高等特点目前我国炼化企业、化工企业所用大型离心式压缩机几乎都是进口主要包括日立、三菱重工、苏尔寿、阿特拉斯、英格索兰、库伯等公司我国仅在部分非关键生产车间以及工况相对较为缓和的生产车间实现了离心式压缩机国产化国内生产离心式压缩机厂家主要包括沈阳鼓风机厂、陕西鼓风机厂及杭州杭氧厂等[2]。

离心式压缩机正常平稳的运行对于企业的安全生产起到至关重要的作用其辅助系统是其平稳运行的先决条件离心式压缩机辅助系统包括润滑系统、密封系统、电气仪表系统等在实际生产中又以润滑系统故障导致压缩机无法正常工作较为常见润滑系统故障中润滑油油箱泡沫问题是一种必须引起足够重视的现象润滑油油箱产生泡沫会导致机组润滑不良从而造成压缩机异常振动、轴承温度升高并且进一步损害压缩机机组甚至会造成压缩机紧急被迫停车给生产带来巨大的经济损失所以及时有效地分析解决压缩机机组润滑油油箱泡沫问题对于保障机组正常运转很有必要。本文从离心式压缩机所用润滑油性能以及离心式压缩机润滑系统故障、机组润滑油油箱结构设计等方面综合讨论了油箱泡沫问题产生的原因为石油化工行业以及其他生产行业润滑油油箱泡沫问题分析解决方案提供参考借鉴。

1离心式压缩机润滑油性能分析

1.1用油简介

离心式压缩机目前普遍应用于石油、化工、化肥等重要生产流程中往往是重要生产工艺中的“心脏装备”[3]离心式压缩机基本结构由定子和转子

组成定子由气缸和隔板组成转子是高速旋转组件包括主轴、叶轮、推力盘等组件见图1。离心式压缩机主要润滑部位指转子部分高速旋转的轴承摩擦副除此之外润滑部位还包括离心式压缩机原动机（电动机和汽轮机）的轴承摩擦副以及连接原动机和压缩机的齿轮箱中的齿轮摩擦副离心式压缩机润滑油一般起着润滑、冷却、防锈、密封等作用[4]。离心式压缩机润滑油应选用设备说明书推荐的油品通常与原动机选用同一油品便于减少辅助设施和操作管理。离心式压缩机大多为汽轮机驱动因此通常选用汽轮机油作为离心式压缩机机组润滑油。GB 1.11.20-201.1《涡轮机油》规定了不同质量级别的汽轮机油划分标准[5]离心式压缩机在用油标准一般参考GB/T 7596-2008《电厂运行中汽轮机油质量》[6]。

1.2油品性能分析

离心式压缩机润滑油油箱出现油沫问题时首先需要关注润滑油质量问题在对润滑油分析检测时需着重关注润滑油抗泡性能及空气释放值。润滑油在实际使用过程中与空气接触空气被泵吸入或者通过机械搅拌进入油中将会产生夹带空气或泡沫。泡沫是指浮在润滑油表面直径较大（>1 mm）的气泡；分散在油中使油品呈现雾状、短时间难以透明、

直径较小（<1 mm）的气泡叫做夹带空气或者分散起泡。润滑油抗泡性能测试是表征油品表面泡沫消除难易程度或者表面泡沫稳定性的方法[7]抗泡性能可以通过添加抗泡剂来改善抗泡剂是一种可以降低液体与空气界面间表面张力的添加剂抗泡剂的正确使用可以使润滑油油品泡沫特性大为改善。空气释放值是用来表征油中雾沫空气或分散气泡能否快速析出的一种手段[8]。油品空气释放值与润滑油基础油或者配方体系关系密切。分析离心式压缩机润滑油油箱出现泡沫问题时油品抗泡性能不合格会使润滑油油箱表面回油产生的泡沫难以消除累积的泡沫甚至会从油箱呼吸口溢出空气释放值不达标会导致油中夹带雾沫空气过多油中空气没来得及完全释放就被油泵吸入进入下一个润滑循环在压力突降或者油温升高时溶解的空气从油中突然释放出来会导致泵的气穴腐蚀和系统控制精度的下降[9]。

离心式压缩机润滑油长时间在苛刻工况条件下运行自身会存在一定程度的氧化或者降解油品氧化产物为酸、油泥和水这些物质会进一步促进氧化造成抗泡性及空放性能的下降。引起油品抗泡性能和空气释放值性能的下降除了油品本身老化原因之外另一重要原因是润滑油受到外在污染。油品外在污染因素很多不同品牌润滑油的混用由于配方体系的不同会影响油品的使用性能系统运行之前润滑油管路颗粒物质未清除干净会导致颗粒物污染系统检修期间管道残存的化学物质会导致化学污染系统正常运转时密封系统的泄露会导致原料污染或者水气污染等[10]。

为了防止因污染带来的润滑油品质劣化而导致离心式压缩机油箱泡沫问题首先需要选用高品质的汽轮机油保证油品使用寿命新购进的汽轮机油与原用的不同油品混用时需通过相容性实验来判定是否可以混用系统检修过后加入润滑油之前需对润滑管道进行清洗并保证清洗过后的润滑油油品合格方可重新加入正常运转所需的油品系统正常运转时需做好油品分析监测和补加油工作从油品角度来保障设备的正常运行[11]。

如果能够确定是因为油品原因导致离心式压缩机润滑油油箱出现油沫对于油品理化指标的分析参照GB/T 7596-2008判定是否需要加强油品过滤或者分水措施油品使用时间过长或者其他原因导致空气释放值不合格可考虑重新换油避免因为油沫问题造成离心式压缩机设备损坏。油品抗泡性能不合格一般是因为油中抗泡剂大量消耗造成目前通用的方法是在线补加抗泡剂抗泡剂补加时需要事先按照一定稀油比例稀释分少量多次加入。保证新加入的抗泡剂能够随着润滑系统的循环运转充分分散在油中改善油品抗泡性能[12]。

2离心式压缩机润滑系统故障分析

2.1润滑系统

一般离心式压缩机润滑系统由润滑油箱、主油泵、辅助油泵、油过滤器、油冷却器、高位油箱等部分组成润滑油油箱主要作用是润滑油存储、回油沉降、脱气处理等。油箱内部设有过滤挡板用来保证回路润滑油进入吸油泵之前具有充分的停留时间离心式压缩机上部往往设有油雾分离器油雾分离器可以排除油箱中气体和水分油雾分离器在压缩机正常运转之前开启保证油箱微负压状态一方面有利于轴承回油顺利流入油箱另一方面使轴承回油中夹带空气或者水蒸气及时排出。离心式压缩机油站一般设有两台油泵主油泵用于正常供油辅助油泵在润滑系统出现故障或者主油泵出现问题导致供油不足时自动开启润滑油泵主要作用是为离心式压缩机各个润滑点提供正常流量和压力的润滑油。离心式压缩机轴承多是滑动轴承正常运转时轴和轴瓦之间会形成一层油膜为了防止润滑系统脏物质或者外来颗粒物进入压缩机轴承影响润滑油膜导致轴瓦擦伤在进油路会设有油过滤器离心式压缩机润滑油过滤器精度一般为10 μm可以保证进入压缩机滑动轴承润滑油的清洁度。离心式压缩机转速一般较高经过压缩机轴承润滑的油会有一定程度升温为了控制进油温度在正常范围之内进油路会设有油冷却器油冷却器一般分为主用和备用两台经过油冷却器的润滑油以正常油温进入润滑轴承起到润滑冷却作用。高位油箱是为了保证主润滑油泵和辅助润滑油泵同时不能正常供油压缩机采取紧急停机措施之后仍能提供一定量的润滑油高位油箱润滑油依靠重力作用沿进油管进入润滑点以维持润滑需求一般高位油箱储油量不小于5 min供油时间[13]。

2.2故障分析

离心式压缩机油箱出现油沫在分析检测油品各方面性能指标合格之后需要考虑压缩机润滑系统故障导致油沫现象发生。多数情况下油泵抽空或者漏气会使润滑油产生大量泡沫吸油泵抽空或者漏气导致油箱起沫问题较为严重这意味着进油路夹杂着大量气泡的润滑油会流经离心压缩机轴承带有气泡的润滑油难以形成连续稳定的润滑油膜造成压缩机轴承异常震动遇到这种情况需要快速查找油泵吸入口漏气点做好泄漏措施避免更大的事故发生[14]。离心式压缩机油箱油雾分离器故障亦是造成油箱润滑油起泡原因之一油箱设置油雾分离器主要目的是使压缩机齿轮箱、油箱产生负压使压缩机、电机或汽轮机轴承回油顺畅消除压缩机轴封处和电机油封的漏油同时通过电机驱动的油雾分离器能够及时把回油中的溶解空气或者水汽抽出避免在油箱累积进入吸油泵使进油路出现油沫带有油沫的润滑油进入离心式压缩机轴承造成润滑不良。油雾分离器故障会使回油中夹带的部分空气难以排出去在油箱中形成累积泡沫压缩机油箱出现油沫问题可以检查油雾分离器是否工作正常油箱负压是否保持在正常范围之内。

3离心式压缩机润滑油箱系统设计原因分析

如果是新机组刚投入运转出现油箱起泡问题可以怀疑是油箱系统设计不良导致润滑油油箱出现大量油沫。目前离心式压缩机油箱设计主要参考PI 614标准[15]但PI标准并没有对油箱设计参数提出具体要求油箱设计一般需遵循以下几个原则[16-17]：（1）油箱必须有足够大的面积一方面满足油品散热要求另一方面保证润滑油在油箱中具有足够的停留时间从而能够充分地进行沉降分离以及泡沫分离油箱容积的大小与润滑系统需要润滑油量以及吸油泵额定功率有关；（2）油箱中需安置热交换器用来机组冷启动时对润滑油预热；（3）油箱管口及接口处需妥善密封防止润滑油被外界污染；（4）油箱内部应该有隔板设置使轴承回油进入吸入泵之前有充分的停留时间；（5）吸油泵尽量远离回油管线增加油液循环距离使油箱中润滑油能够及时沉降杂质、分离油沫和水分；（6）回油管线要插入油液面以下或者设置回油挡板用来降低回油流速避免因为回油造成油箱润滑油冲击扰动造成大量起泡现象。其结构见图2。

油箱设计制造的不合理一方面造成回油冲击液面底部沉降杂质等赃物带入油中使油品抗泡性能变差但压缩机停止运转之后油箱液面趋于稳定泡沫现象消失另一方面会导致回油在油箱没有充分的停留时间来不及释放油中夹带的空气或水气会在油箱形成泡沫累积影响机组正常润滑。油箱设计构造的更改需事先联系油箱系统生产厂家在不影响润滑油进油路润滑油量和回油流量的情况下可做部分系统改造。

4结论

离心式压缩机一般推荐使用汽轮机油离心式压缩机润滑油油箱出现泡沫问题现象可分为油品性能原因、润滑系统故障原因、润滑系统油箱设计原因等其中油品性能原因要重点关注润滑油空气释放值指标及抗泡性能指标分析油品是否因老化或者受到外在污染导致性能下降润滑系统故障原因的分析要着重查看吸油泵、油雾分离器等装置的前后工作状态系统油箱设计原因需要联系油箱生产厂家进行部分系统改造要综合离心式压缩机正常运转工况及其他辅助系统设备结构构造分析解决油箱泡沫问题。

参考文献：

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[6] GB/T 7596-2008 电厂用运行中汽轮机油质量标准[S]

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