天然氣管道壓縮機組潤滑油應用技術

李星星

(國家管網西部管道公司生產運行部，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備，主要由離心壓縮機、電機、燃機等關鍵設備集成，采用工業礦物油、合成油對轉動軸承和齒輪潤滑油和冷卻。潤滑油系統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，造成機組轉子不規律運行和振動升高，長期造成軸承疲勞損傷，孔探等檢查不及時進一步造成設備其他零部件故障失效。壓縮機組現場運維和管理人員在新油品的應用、油品現場應用物性變化、取樣送檢、循環過濾、油品更換等全過程給予足夠的重視，保障核心設備的安全可靠運行，兼顧現場運行的經濟性，為了規范新油品的物性，科學管控現場油品的使用過程，管道離心壓縮機組潤滑油應用技術是一項系統工程。

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)、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，油品內摩擦力的性能，根據使用的設備和軸承，確定合適的運行粘度油品，礦物油運行粘度指數以40 ℃應用條件劃分，合成油以100 ℃劃分。閃點是油品使用安全性的重要指標，根據油品的餾分和蒸發性確定閃點高低，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，按照NAS 1638標準，根據不同粒徑范圍檢測出的顆粒數量進行判級，顆粒度級別遵守設備手冊運維要求。總酸值代表油品中強酸和弱酸的總和，運行過程中與新油對比酸值變化，預防零部件的腐蝕。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生變化，表征了油品氧化安定性能下降，現場運行過程直觀判斷，按照ASTM D4378標準試驗監控，顏色快速變深或變黑作為油品氧化參考。抗乳化度是潤滑油重要的物性指標，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 新油品應用技術要求

結合管道壓縮機組的關鍵設備，區分軸承的技術選型，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，可傾斜式設計建立油膜保護轉子；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。為了應對不同的使用設備和環境，選用礦物油和合成油物性指標各有側重，按照設備手冊潤滑油技術要求，如設備手冊不明確和未做規定，參照關鍵設備通用技術要求，需要重點管控新油品的物性參數。

3.1 礦物油技術特性

天然氣管道安裝電驅壓縮機組、動力渦輪、中船重工國產GT25000工業燃機、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和油箱，單次注油量6000～10000 L，運行過程中根據軸承大小，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32或者46，潤滑油生產商根據粘度指數定義礦物油牌號。

(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 ℃，在工業燃機和動力渦輪高溫區使用重點關注新油閃點，以防高溫泄漏引發起火。

3.2 合成油技術特性

天然氣管道安裝燃驅壓縮機組，使用航改型燃機LM2500、RB211，軸承結構使用輕質合成潤滑油，與離心壓縮機組潤滑油系統獨立設計，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，回油管路設置回油碎屑檢測，預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果圖表分析金屬元素變化趨勢，監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 新油品應用注意事項

設備使用新油品前，參照設備手冊選用符合設備特性的潤滑油型號，明確上述油品的具體物性指標，嚴格控制工廠內生產油品的工藝流程，確保出廠前的滑油品質達到規定技術要求。針對進口和國產批次分裝的潤滑油，抽樣送檢第三方檢測機構，確定物性指標滿足現場應用要求后發運現場，預防批次油品質量問題影響設備的安全運轉。

針對新投產設備首次用油，由于設備運輸中軸承進行油脂防銹、安裝過程中管路顆粒污染，在設備運轉前嚴格執行油循環過濾檢測，將系統內污染物清洗干凈，油品送檢合格后才可以投運設備。

4 油品使用過程技術控制措施

重視壓縮機組潤滑油在現場使用過程全生命周期的技術管控，做好油品加注、運行監控、指標評判、循環過濾、油系統清洗更換的技術措施管控，制定科學的運維技術標準，從各環節保障油品的品質合格，滿足壓縮機組長周期的安全可靠運行。

4.1 規范油品取樣

(1)根據設備類型制定科學的取樣化驗周期，燃機用油建議采樣周期3個月；

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

(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)取樣時將內塞倒置在潔凈區域，并使用一定體積的油液潤洗取樣瓶(取樣瓶規格為1000 mL，潤洗體積一般為50～100 mL)，潤洗次數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處于取樣瓶高度3/4，取樣量為2瓶，取樣結束后將內塞及瓶蓋擰緊，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，檢測結果提供不同粒徑范圍內的顆粒數量，根據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，預防燃機運行過程中損傷擴大風險。

4.3 循環過濾

油品檢驗發現顆粒度超標，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，發現理化指標不合格，采用油凈化設備進行循環過濾處理，凈化濾芯符合NAS1638或ISO4406標準，小型濾油機執行ASTMD1142 AWS D1.1標準。

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

4.4 更換油品注意事項

通過循環過濾等預處理，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。

(3)當油箱內舊油排完后，利用儀表風對油箱做適當的吹掃和通風，通過油箱人孔進入油箱，利用干凈的白布和面團對油箱內表面進行清理，徹底清洗油箱內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、批次質量、現場加注、采樣送檢、污染處置、系統沖洗和更換是一項全面系統的工作，預防由于油品質量、污染、性能下降造成設備損傷，用時兼顧滑油更換頻次的經濟性，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

做好新油出廠、分裝前檢測報告復核備案，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 監控油品物性指標

(1)一般油品化驗分析機構只提供油品狀態綜合評價結果，不提供具體理化指標的化驗數據，造成部分指標數據失真影響油瓶的檢測結果，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果，與歷史數值進行對比分析，防止取樣不規范或化驗操作造成錯誤評判。

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

5.3 油品更換和油系統使用建議

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

(2)防止加熱器過熱造成油品結焦失效，定期對油箱加熱器進行抽檢。

(3)防止油系統零部件脫落進入供油系統損傷設備。供油系統建議采用孔板調節支管油流量，燃機使用合成油系統單向閥，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的“血液”，運維單位加強潤滑油品質的監控，預防核心設備的損傷，建立科學的選型、監測、維護和更換體系，保障潤滑油的安全可靠和經濟運行，將潤滑油列入動設備的關鍵預防性運維工作，潤滑油納入壓縮機組全生命周期管理意義重大。