高溫油泵潤滑油站在線清洗凈化分析與應用

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PLAN54 集中供油。目前渣油、蠟油和重油因機械密封泄漏，串入沖洗油回油管路攜帶至油站，進入潤滑油系統，造成潤滑油顆粒污染物增加、殘炭增加，油站的隔離油（SH46#合成型長壽命極壓潤滑油）面臨嚴重污染。從而導致高溫油泵機械密封冷卻效果不佳、密封結焦，密封泄漏故障頻發。SH46#潤滑油是合成油，如果進行多次置換，費用高，費油排放造成環保壓力大。同時每次置換不能全部更換，導致集中供油系統始終存在殘炭等污染問題。由于生產裝置連續生產不能停機，不具備更換機械密封的條件。

1 指標檢測

針對混油導致的設備生產故障，需要找到經濟合適的最優解決方案。經過多次調研以及專家討論，首先對潤滑油污染現狀進行檢測分析。SH46#合成油樣品送CMA 實驗室檢測，取樣日期：2021 年4 月14 日，編號：2104047，出廠日期：2018 年12月6 日，檢測數據見表1。

表1 高溫油泵集中油站初次檢測數據

根據集中油站實際情況，結合理化指標和污染指標，對檢測數據進行了具體分析：

（1）從檢測數據分析，黏度正常，酸值和銅片腐蝕基本合格。證明目前雖然介質重油和潤滑油部分混合，但沒有發生明顯相溶和化學反應。油站系統暫時不會受到腐蝕，但需隨時關注黏度和酸值的變化。

（2）殘炭指標嚴重超標。殘炭的是在特定條件下礦物油樣品蒸發后剩下的殘余物。指油品在規定的實驗條件下受熱蒸發、裂解和燃燒形成的焦黑色殘留物。殘炭是表明潤滑油中膠狀物質和其他污染物的間接指標。SH46#潤滑油屬于合成油，耐高溫，一般殘炭值很小。但目前殘炭已高達0.67%，證明油系統由于高溫重油的混入，不僅重油中的殘炭高，而且提高了潤滑油站的油溫，加速了部分氧化和熱分解。從清潔度指標上看，有大塊顆粒的殘炭存在油系統中，但受管路濾芯精度和材質限制，已不能有效攔截。

（3）清潔度嚴重超標，5～15 μm 顆粒數8 428 580 是合格數量64 000 的131 倍，15～25 μm 顆粒數1 665 233 是合格數量11 400 的146 倍，25～50 μm 的顆粒數38 853 是合格數202 519 倍。證明殘炭和其它粉塵，顆粒物質含量多，需要及時凈化過濾處理。

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

2 形成原因與生產損失

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

油泥、殘炭沉積在軸承表面，加劇磨損、溫度升高，都會導致泵站的非計劃停機。石化關健機組的非計劃停車會引起上下游煉油產品損失和排放，至少導致上百萬元的生產損失。國家環保措施越來越嚴，對煉化裝置的排放要求日益嚴格。

混油以及高溫自身氧化和熱分解，開始逐步產生亞微米級的油泥、膠質、殘炭等難以用在線管路濾芯解決。油泥和殘炭是潤滑油緩慢氧化的降解產物，遇到高溫會加速形成更多的殘炭油泥。高溫對隔離油產生了嚴重氧化作用。隨著長周期的運行，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備無法檢測，屬于不穩定的高分子聚合有機物，機械過濾濾芯難以去除。

2.1 油泥殘炭產生的原因

2.1.1 氧化和高溫熱分解

醛類和酮類等初級氧化產物，通過進一步的鏈式反應生成高分子聚合物。聚合物不斷發展，超過油液承載能力，逐漸從油液中“脫離”，沉積在潤滑油系統表面。形成油泥殘炭的早期一般為軟質的棕色膠狀外觀，但隨著時間推移和熱循環，顏色變黑，逐漸變硬，緊密粘著在金屬表面。渣油、蠟油和重油混入導致潤滑油高溫，溫度的冷熱變化加速殘炭油泥膠質物的形成。

2.1.2 添加劑的耗解

合成油的基礎油本身與添加劑的相溶性不穩定，容易在高溫熱分解狀態下大量添加劑析出懸浮沉積。

2.1.3 潤滑油中含有空氣

集中潤滑系統進入空氣是不可避免的，管路、法蘭、油箱等部位進入空氣是隨時存在的，會在軸瓦的摩擦部位，管路的紊流區域，形成擠爆，也就是微燃燒效應。溫度瞬時從1100 ℃上升到3000 ℃以上，形成局部燃燒，產生大量膠質物，進一步磨損油泵和機械密封摩擦副。

2.2 殘炭的危害

潤滑油運行中如果形成了油泥殘炭，逐步沉積在潤滑油系統的各個部位，如附著在油泵軸承、調速系統元件及沉積在過濾器、機械密封摩擦副等。①加劇了油泵軸承磨損；②引起電液轉換器、錯油門等控制部件閥芯卡澀下降，運行準確度下降。造成調速系統失控；③附著堅硬顆粒，造成設備磨損；④造成機械密封的動靜環表面結焦，加劇磨損和泄漏的風險。

3 優化解決方案

針對此次潤滑油站出現的污染情況，進行了專業調研，并對復雜的混油現狀進行了取樣分析。根據檢測報告和結果，最終進行三級在線過濾凈化設計，分別為預過濾、干樹脂吸附、收集過濾凈化系統。同時預過濾罐濾芯兼備吸水和過濾的能力。

同時泵前濾后設置了先進的取樣裝置。便于跟蹤油凈化的效果。考慮到油箱體積只有3 m3，以及油箱的壓力波動。設置15 L/min 的設計流速，壓力最大0.6 MPa 和低功率1.1 kW。

（1）油泵流量設計15 L/min，是根據油箱體積大小，油箱存儲油的大小設計的泵流量。同時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炭、油泥以及溶解態的油泥。由于油站使用的是SH46#合成油，存在合成基礎油和添加劑之間的飽和性不穩定問題。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。前期運行需要油液檢測進行監控。

對于潤滑油的溶解物和懸浮物的綜合處理。可能導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險，使用時需要做添加劑方面的針對性檢測。對于機組潤滑油運行狀態正常后的凈化，可以關掉干性離子交換樹脂一段時間，不能長期在線投用。

通過以上監控措施，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）設計的在線凈化裝置功率低，不會對油箱螺桿泵抽油進行擾動。整機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）由于大量的殘炭以及混入的蠟油屬于非極性物質，靜電吸附和平衡電荷集聚技術雖然對亞微米級顆粒物有作用，但不易帶上電荷，同時購置成本和維護費用也比較高不建議使用。

4 在線凈化設備設計與實施

經過前期的調研和檢測分析，決定采用在線清洗凈化技術。經過充論證，根據油站油箱體積、壓力等實際數據，需要保證生產裝置穩定運行。使用在線凈化裝置進行在線殘炭和油泥顆粒的處理。

4.1 凈化流程設計介紹

先進行40 μm 金屬濾網攔截，保證大顆粒不磨損齒輪泵。通過泵和電機，進入到預過濾罐，放置一個5 μm 濾芯過濾。從預過濾罐出來，進入中間再生干樹脂罐，進行油泥殘炭處理。最后收集罐是3 μm 濾芯進行末端收集過濾。根據使用情況和壓力變化，可以配置精度更高的濾芯。泵前和收集罐后設計2 個取樣閥，可以方便采集取樣。泵前取樣代表了油箱潤滑油的狀態，收集罐后取樣代表了凈油機過濾效果，以方便分析集中油站凈化的效果。

4.2 特點優勢

主要內容：①去除潤滑油固體顆粒物等以保證潤滑系統正常運行；②移動式設計可以在10 m 內的地方使用；③設計加裝再生罐，可以除去殘炭，油泥，膠質物；④外接透明鋼絲軟管能適應各種場合使用要求；⑤濾芯過濾器上設有壓差發訊器，當濾芯的工作壓力差過大時，壓差發訊器會自動報警提示操作人員更換濾芯，并油泵停止工作，避免油泵電機超負荷運行；⑥底部裝有堅固的車輪，可以移動使用；⑦過油的管路、濾罐等都采用不銹鋼設計。

4.3 在線過濾凈化步驟和效果

主要內容：①先根據潤滑油站運行情況，進行預過濾和收集過濾。如果有報警，及時更換濾芯；②運行7 d 后，先取樣監測，根據檢測結果，再放置干樹脂濾芯，進行除油泥除殘炭處理；③后期每運行半個月，進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 制定凈化服務達到驗收指標（表2）

表2 高溫油泵集中油站驗收指標

5 實施效果

經過現場的安裝和使用，在線凈化裝置安全平穩，檢測數據改善明顯。

5.1 第三方CMA 實驗室檢測指標

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，酸值和殘炭都得到了明顯的下降，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施效果

5.2 石化企業內部檢測

7 月7 日與14 日兩次進行企業內部檢測，14 日濾后較7日濾前，酸值、殘炭質量分數分別下降84.8%和45.5%，具體數據見表4。

表4 高溫油泵集中油站石化內部檢測實施效果

6 結束語

經過一個月連續在線凈化清洗技術裝置投運和檢測，設計和研發的產品已經完全滿足了現場的運行條件，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運行，達到了預期的效果。對石化煉油廠蒸餾裝置的集中供油混油污染問題，提供了有價值的參考和借鑒。