李星星

(國家管網(wǎng)西部管道公司生產(chǎn)運行部，新疆 烏魯木齊 830013)

1 引言

大型離心壓縮機組作為長輸天然氣管道的核心增壓設(shè)備，主要由離心壓縮機、電機、燃機等關(guān)鍵設(shè)備集成，采用工業(yè)礦物油、合成油對轉(zhuǎn)動軸承和齒輪潤滑油和冷卻。潤滑油系統(tǒng)作為壓縮機組的重要組成部分，油品物性的變差直接造成壓縮機軸承磨損，造成機組轉(zhuǎn)子不規(guī)律運行和振動升高，長期造成軸承疲勞損傷，孔探等檢查不及時進一步造成設(shè)備其他零部件故障失效。壓縮機組現(xiàn)場運維和管理人員在新油品的應(yīng)用、油品現(xiàn)場應(yīng)用物性變化、取樣送檢、循環(huán)過濾、油品更換等全過程給予足夠的重視，保障核心設(shè)備的安全可靠運行，兼顧現(xiàn)場運行的經(jīng)濟性，為了規(guī)范新油品的物性，科學(xué)管控現(xiàn)場油品的使用過程，管道離心壓縮機組潤滑油應(yīng)用技術(shù)是一項系統(tǒng)工程。

2 潤滑油主要物性指標

潤滑油主要物性指標有粘度、閃點、顆粒度(機械雜質(zhì))、總酸值、含水、色度、抗乳化度、金屬元素。粘度是油品流動性的核心指標，油品內(nèi)摩擦力的性能，根據(jù)使用的設(shè)備和軸承，確定合適的運行粘度油品，礦物油運行粘度指數(shù)以40 ℃應(yīng)用條件劃分，合成油以100 ℃劃分。閃點是油品使用安全性的重要指標，根據(jù)油品的餾分和蒸發(fā)性確定閃點高低，粘度相同的油品閃點越高越好。顆粒度反映油品運行過程中不溶于油品的機械雜質(zhì)，按照NAS 1638標準，根據(jù)不同粒徑范圍檢測出的顆粒數(shù)量進行判級，顆粒度級別遵守設(shè)備手冊運維要求?？偹嶂荡碛推分袕娝岷腿跛岬目偤?，運行過程中與新油對比酸值變化，預(yù)防零部件的腐蝕。油品含水以重量比計算，含水越少越好，水分子催生油品乳化和設(shè)備加速腐蝕，加速軸承磨損。色度在油品使用過程中都會因為氧化發(fā)生變化，表征了油品氧化安定性能下降，現(xiàn)場運行過程直觀判斷，按照ASTM D4378標準試驗監(jiān)控，顏色快速變深或變黑作為油品氧化參考?？谷榛仁菨櫥椭匾奈镄灾笜?，防止油品使用過程中接觸水分形成乳化液，影響潤滑性能。磨損金屬元素根據(jù)油品中存在微量金屬分析，評判機組運行的整體健康狀況，大多數(shù)金屬不會明顯改變機油的性能，但確實表明磨損對機組存在潛在損害，機組常見的磨損金屬或污染物：鉻、鋁、鐵、鎳、銅、鉛、錫、銀。

3 新油品應(yīng)用技術(shù)要求

結(jié)合管道壓縮機組的關(guān)鍵設(shè)備，區(qū)分軸承的技術(shù)選型，確定油品的使用要求。一般離心壓縮機、大功率電機、工業(yè)燃機采用瓦塊軸承，采用礦物潤滑油，特性粘度大，油膜較容易形成，可傾斜式設(shè)計建立油膜保護轉(zhuǎn)子；航改型輕燃機采用滾棒和滾珠組合方式，滿足高速、輕量化、高溫散熱快運轉(zhuǎn)的需求，采用人工合成潤滑油，油品耐高溫，閃點高，安全可靠。為了應(yīng)對不同的使用設(shè)備和環(huán)境，選用礦物油和合成油物性指標各有側(cè)重，按照設(shè)備手冊潤滑油技術(shù)要求，如設(shè)備手冊不明確和未做規(guī)定，參照關(guān)鍵設(shè)備通用技術(shù)要求，需要重點管控新油品的物性參數(shù)。

3.1 礦物油技術(shù)特性

天然氣管道安裝電驅(qū)壓縮機組、動力渦輪、中船重工國產(chǎn)GT25000工業(yè)燃機、SOLAR金牛星和大力神系列燃機均使用礦物潤滑油，共用一套潤滑油系統(tǒng)和油箱，單次注油量6000～10000 L，運行過程中根據(jù)軸承大小，單軸承箱供油量60～150 L/min，采用螺桿泵供油，無回油泵，靠油品自回流或者負壓油箱增加回油量。礦物油重點管控運動粘度、抗乳化性、顆粒度、含水、酸值、閃點6個指標，具體管控標準如下：

(1)運動粘度按照ASTM D445標準檢測，設(shè)備手冊無特殊說明，一般在40 ℃條件下測試，按照礦物油牌號粘度指數(shù)32或者46，潤滑油生產(chǎn)商根據(jù)粘度指數(shù)定義礦物油牌號。

(2)顆粒度要求相對較低，按照NAS 1638標準檢測，不要超過8級。

(3)抗乳化性可依據(jù)ASTM D1401標準，檢測過程中不形成乳化液最低時間超過20 min。

(4)含水參照GB/T 11133標準，按照重量計量，百分比低于0.02%。

(5)酸值按照ASTM D974標準檢測，計算強酸和弱酸的綜合，單位mgKOH/g，新油酸值低于0.15。

(6)閃點按照ASTM D92標準檢測，一般不低于230 ℃，在工業(yè)燃機和動力渦輪高溫區(qū)使用重點關(guān)注新油閃點，以防高溫泄漏引發(fā)起火。

3.2 合成油技術(shù)特性

天然氣管道安裝燃驅(qū)壓縮機組，使用航改型燃機LM2500、RB211，軸承結(jié)構(gòu)使用輕質(zhì)合成潤滑油，與離心壓縮機組潤滑油系統(tǒng)獨立設(shè)計，一般安裝在燃機附近，單次注油量800L左右，有供油泵和回油泵，回油管路設(shè)置回油碎屑檢測，預(yù)防軸承等零部件失效造成燃機重大損傷事件。合成油理化指標較嚴苛，相對礦物油增加了較多的人工添加劑，潤滑油的價格較高，重點管控指標除了上述6個指標，還需重點關(guān)注金屬元素分析和氧化度，具體管控標準如下：

(1)按照上述標準，運動粘度在100 ℃條件下，根據(jù)牌號小于15；航改燃機對顆粒度要求較嚴格，RB211燃機在西門子最新發(fā)布運維手冊要求6級，LM2500燃機在GE運維手冊給定粒徑范圍下顆粒數(shù)量要求7級；含水重量比低于0.05%；總酸值低于0.1；閃點一般大于260 ℃。

(2)氧化度又稱氧化安定性，按照ASTM D2272標準檢測，RPVOT測試結(jié)果不低于1000 min。

(3)金屬元素變化表征了軸承等零部件磨損情況，按照AA/ICP測試方法檢測12種金屬元素含量，LM2500燃機規(guī)定了原子吸收法和放射法的限值，見表1、2，RB211燃機未對磨損金屬含量建立條件限制，需要定期油品采樣和結(jié)果圖表分析金屬元素變化趨勢，監(jiān)測軸承等零部件磨損情況。

表1 原子吸收法限值

表2 原子放射法限值

3.3 新油品應(yīng)用注意事項

設(shè)備使用新油品前，參照設(shè)備手冊選用符合設(shè)備特性的潤滑油型號，明確上述油品的具體物性指標，嚴格控制工廠內(nèi)生產(chǎn)油品的工藝流程，確保出廠前的滑油品質(zhì)達到規(guī)定技術(shù)要求。針對進口和國產(chǎn)批次分裝的潤滑油，抽樣送檢第三方檢測機構(gòu)，確定物性指標滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求后發(fā)運現(xiàn)場，預(yù)防批次油品質(zhì)量問題影響設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)。

針對新投產(chǎn)設(shè)備首次用油，由于設(shè)備運輸中軸承進行油脂防銹、安裝過程中管路顆粒污染，在設(shè)備運轉(zhuǎn)前嚴格執(zhí)行油循環(huán)過濾檢測，將系統(tǒng)內(nèi)污染物清洗干凈，油品送檢合格后才可以投運設(shè)備。

4 油品使用過程技術(shù)控制措施

重視壓縮機組潤滑油在現(xiàn)場使用過程全生命周期的技術(shù)管控，做好油品加注、運行監(jiān)控、指標評判、循環(huán)過濾、油系統(tǒng)清洗更換的技術(shù)措施管控，制定科學(xué)的運維技術(shù)標準，從各環(huán)節(jié)保障油品的品質(zhì)合格，滿足壓縮機組長周期的安全可靠運行。

4.1 規(guī)范油品取樣

(1)根據(jù)設(shè)備類型制定科學(xué)的取樣化驗周期，燃機用油建議采樣周期3個月；

(2)取樣過程中設(shè)備最好處于運行狀態(tài)，采集油品動態(tài)樣品。如果設(shè)備只有在停機時才能取樣，應(yīng)在停機后立即取樣；

(3)取樣位置為供油管路過濾器之后，取樣前將管路周邊擦拭干凈，避免灰塵、顆粒污染油樣；

(4)取樣前先沖洗殘存在管路死角(不流動)的油樣，確保取得的樣品具有代表性，沖洗體積一般為不流動管路體積的5倍以上；

(5)取樣時將內(nèi)塞倒置在潔凈區(qū)域，并使用一定體積的油液潤洗取樣瓶(取樣瓶規(guī)格為1000 mL，潤洗體積一般為50～100 mL)，潤洗次數(shù)3次以上，潤洗過程中確保油液充分潤洗取樣瓶。潤洗后直接取樣，取樣瓶中油樣液面應(yīng)處于取樣瓶高度3/4，取樣量為2瓶，取樣結(jié)束后將內(nèi)塞及瓶蓋擰緊，并盡快將油樣送往實驗室進行分析。

4.2 檢驗和結(jié)果評判

(1)潤滑油指標檢驗和理化指標核對，具體掌握顆粒度、酸值、含水、閃點、抗乳化度、氧化安定性運行指標，燃機用油增加金屬元素，關(guān)注每季度理化指標變化趨勢。

(2)顆粒度化驗指標嚴格遵守NAS1638標準或者ISO4406標準，檢測結(jié)果提供不同粒徑范圍內(nèi)的顆粒數(shù)量，根據(jù)實際油液各尺寸段的污染程度，按照最高等級來判別顆粒是否超標，RB211燃機控制在6級，LM2500燃機控制在7級，5～15 μm的顆粒危害最大。

(3)通過定期油品采樣和結(jié)果圖表分析潤滑油使用情況，通過增加和建立磨損金屬含量的變化趨勢監(jiān)測壓縮機的健康。采用這種趨勢分析，西門子不建議對磨損金屬含量建立條件限制，GE公司對12種金屬元素含量做了明確限制，預(yù)防燃機運行過程中損傷擴大風(fēng)險。

4.3 循環(huán)過濾

油品檢驗發(fā)現(xiàn)顆粒度超標，避免人員取樣造成理化指標異常問題，立即進行二次采樣送檢，發(fā)現(xiàn)理化指標不合格，采用油凈化設(shè)備進行循環(huán)過濾處理，凈化濾芯符合NAS1638或ISO4406標準，小型濾油機執(zhí)行ASTMD1142 AWS D1.1標準。

油過濾設(shè)備至少包括預(yù)過濾和收集精過濾兩項功能，可以根據(jù)油品情況，增加脫水聚結(jié)工藝處理，結(jié)合油箱的容量選用不同排量的濾油機，結(jié)合油品的特性選用預(yù)過濾和精過濾濾芯的過濾精度。

4.4 更換油品注意事項

通過循環(huán)過濾等預(yù)處理，不達標使用油品進行更換新油處理，為了防止更換新油品被舊油品污染，制定油沖洗方案對油系統(tǒng)進行沖洗，基本流程需要排油、清理油箱、清洗注油機及油濾、注入新油、使用前管路沖洗和油循環(huán)測試。

(1)壓縮機機組停機，停止加熱器，靜置24 h后，開展排油操作，將油箱里的舊油排放到收納容器。

(2)利用各油管低點排污閥或法蘭將管路中的油盡量排放干凈，利用儀表風(fēng)壓力將去回油冷器地下管線及管路低點存油排出，排油時必須做好連接，將油排放到容器內(nèi)。

(3)當油箱內(nèi)舊油排完后，利用儀表風(fēng)對油箱做適當?shù)拇祾吆屯L(fēng)，通過油箱人孔進入油箱，利用干凈的白布和面團對油箱內(nèi)表面進行清理，徹底清洗油箱內(nèi)部并用壓縮空氣吹干，檢查確認后進行油箱封閉。

(4)油品裝入油箱循環(huán)24 h后進行第一次采集檢驗，1000 h或運行1個月后，進行第二次采集檢驗，取油樣要用專用取樣瓶。

5 油品完整性管理建議措施

壓縮機組潤滑油選型、批次質(zhì)量、現(xiàn)場加注、采樣送檢、污染處置、系統(tǒng)沖洗和更換是一項全面系統(tǒng)的工作，預(yù)防由于油品質(zhì)量、污染、性能下降造成設(shè)備損傷，用時兼顧滑油更換頻次的經(jīng)濟性，針對油品完整性管理提出以下建議措施：

5.1 控制新油品質(zhì)

做好新油出廠、分裝前檢測報告復(fù)核備案，庫存潤滑油滿5年抽樣送檢，不同品牌型號油品不宜混兌。

5.2 監(jiān)控油品物性指標

(1)一般油品化驗分析機構(gòu)只提供油品狀態(tài)綜合評價結(jié)果，不提供具體理化指標的化驗數(shù)據(jù)，造成部分指標數(shù)據(jù)失真影響油瓶的檢測結(jié)果，造成使用油品失效的錯誤評價。壓縮機組使用單位要明確送檢油品的檢驗物性指標要求，跟蹤每項物性檢測結(jié)果，與歷史數(shù)值進行對比分析，防止取樣不規(guī)范或化驗操作造成錯誤評判。

(2)出現(xiàn)顆粒度超標問題，核對不同粒徑范圍顆粒數(shù)，評判粒徑超標原因分析，重點關(guān)注25 μm粒徑以上的檢測超標檢測結(jié)果，多數(shù)由于取樣過程樣品受到沙塵污染。

5.3 油品更換和油系統(tǒng)使用建議

(1)燃驅(qū)壓縮機組使用航改型、工業(yè)型燃機價格高昂，出現(xiàn)軸承等疲勞損傷，需要返廠修復(fù)，失效因素基本涉及滑油品質(zhì)問題，燃機維修價格較高，建議燃機用油10年定期更換，加密過程監(jiān)控。

(2)防止加熱器過熱造成油品結(jié)焦失效，定期對油箱加熱器進行抽檢。

(3)防止油系統(tǒng)零部件脫落進入供油系統(tǒng)損傷設(shè)備。供油系統(tǒng)建議采用孔板調(diào)節(jié)支管油流量，燃機使用合成油系統(tǒng)單向閥，建議燃機大修期間進行維修更換，加強回油碎屑的元素分析和來源判別。

壓縮機組作為天然氣管線的“動力艙”，潤滑油是機組正常運轉(zhuǎn)的“血液”，運維單位加強潤滑油品質(zhì)的監(jiān)控，預(yù)防核心設(shè)備的損傷，建立科學(xué)的選型、監(jiān)測、維護和更換體系，保障潤滑油的安全可靠和經(jīng)濟運行，將潤滑油列入動設(shè)備的關(guān)鍵預(yù)防性運維工作，潤滑油納入壓縮機組全生命周期管理意義重大。