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

(中国石油大连润滑油研究开发中心)

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

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]。离心式压缩机具有流量大、转速高、工作效率高等特点，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。GB11120－2011《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/T7596－2008《电厂运行中汽轮机油质量》[6]。

图1 离心式压缩机结构简图

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(＞1mm)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(＜1mm)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?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?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]。

表1　电厂运行中汽轮机油质量

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/T7596－2008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10μm，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5min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?要参考API614标准[15]，但API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。

图2 离心式压缩机润滑油油箱结构简图

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:

[1]刘丽娟.离心式压缩机发展现状及前景展望

[2]陈宗华.国内大化肥装置离心式压缩机的现状

[3]赵岩.离心式压缩机常见故障分析及诊断方法

[4]王书敏，何可禹.离心式压缩机技术回答

[5]GB11120－2011涡轮机油[S].

[6]GB/T7596－2008电厂用运行中汽轮机油质量标准[S].

[7]GB/T12579－2002润滑油泡沫特性测定法[S].

[8]SH/T0308－1992润滑油空气释放值测定法[S].

[9]杨俊杰，陆思聪，周亚斌.油液监测技术

[10]刘达彬，李广良，催蕊.浅谈离心式压缩机的润滑及常见润滑系统故障

[11]袁汝康.原料气压缩机润滑油气泡原因分析及处理

[12]杨凯利，刑希东，金日锋，等.解决抗燃油泡沫及空气释放值超标的有效途径

[13]王占荣，陈研，王宏.油站及油站中各组部件的用途

[14]何文丰.汽轮机－离心压缩机组共用润滑油路系统分析

[15]API614－4th，石油化工和气体工业用润滑、轴密封和控制油系统及辅助设备

[16]左成柱.离心压缩机润滑系统设计原则及关键参数确定

[17]董清久，马明生，王丽州.大型离心压缩机润滑油系统结构分析与优化设计

（中国润滑技术论坛(2015)暨中国内燃机学会油品与清洁燃料分会第五届学术年会）