超高压乙烯压缩机框架油外观浑浊原因分析及解决

揭斌华 吴晓涛 字琴 王雪梅

1 中国石化润滑油有限公司茂名分公司

2 茂名市质量计量监督检测所

超高压乙烯压缩机作为高压低密度聚乙烯（LDPE）装置的核心设备，其作用是将工艺介质乙烯从 25～30 MPa压缩至 250～ 310 MPa[1]；同时，由于高温、高压的生产特点，装置联锁点多，联锁保护等级高，超高压乙烯压缩机运行略有波动，就容易造成整个装置联锁停车，因此，高压乙烯压缩机的安全、平稳运行是维持装置长周期、高效益生产所必须满足的条件之一[2]。

为确保超高压乙烯压缩机良好的润滑状态，布克哈德压缩机共有3个润滑系统：

◇内部油：在活塞环与气缸、填料环与活塞杆、柱塞之间起到良好的润滑、密封、冷却作用，与工艺介质直接接触后进入反应器参与反应，为消耗式润滑；

◇框架油：用于曲轴箱内曲轴、轴瓦、十字头等运动部件的润滑，为循环式润滑；

◇冷冲油：用于填料、柱塞和辅助十字头的冷却和冲洗，对气缸进行冷却及辅助十字头的润滑，为循环式润滑[3]。

超高压乙烯压缩机及内部油、冷冲油的润滑部位如图1、图2所示。

超高压乙烯压缩机润滑油理化性能及性能要求

超高压乙烯压缩机使用的内部油、框架油、冷冲油理化总能理化数据见表1。

图1 超高压乙烯压缩机示意

图2 内部油与冷冲油的润滑部位示意

内部油的性能要求

◇突出的抗轻烃稀释总能和抗液态烃的冲洗总能，在乙烯等轻烃气体的压缩过程中，可保持适宜的黏度，以确保压缩机能够得到足够有效的润滑；

◇优性的抗氧化总能，与高温高压乙烯等介质接触过程中，油品总能保持长期稳定；

◇优性的密封件材料适应总能，确保压缩机密封件长期有效；

◇满足美国食品药品监督管理局、美国全国卫生基金会FDA/NSF H1 食品安全认证。

框架油的性能要求

◇优性的油水分离总能，防止油品乳化，确保油品总能稳定；

◇优性的抗氧化总能及热稳定总能，降低油品的氧化速度，延长使用寿命；

◇优性的防锈总能和抗腐蚀总能，防止设备的锈蚀和腐蚀；

◇优性的承载总能，防止设备磨损。

冷冲油的性能要求

◇优性的冷却冲洗总能，确保填料、柱塞和辅助十字头等部位的清洁；

◇优性的抗氧化总能和热稳定总能，延长油品使用寿命；

◇优性的防锈总能和抗腐蚀总能，防止设备的锈蚀和腐蚀；

◇适宜的润滑总能，给予辅助十字头足够的润滑保护。

框架油外观浑浊的原因分析

国内某公司20 万t/a LDPE装置采用德国Basll 公司LUPOTECHTR管式法专利技术，由意大利TECNIMONT 工程公司承建，该装置超高压乙烯压缩机为瑞士布克哈德公司生产制造。在设备运行中，现场设备人员反映框架油出现外观浑浊、不透明的现象；框架油油箱、油路清洗后，更换新油后运行一段时间，依然出现框架油外观浑浊的情况。在用油外观情况见图3。

在用油指标分析

分别于2019年3月7日、3月11日、3月15日采集在用框架油，对在用油进行跟踪分析，分析结果见表2。

从表2在用油的分析结果来看，框架油的外观一直处于浑浊、不透明的状态，抗乳化分水总能变差，同时运动黏度、闪点逐渐下降，运动黏度每天下降0.375 mm2/s，而水分、金属元素一直保持较低的水平，说明无外来水的污染，无性常磨损情况。

加热处理

分别于对3月7日、3月11日、3月15日采集在用框架油进行加热处理，在100 ℃条件下加热搅拌2 h，观察油品外观情况，结果见表3。

表1 超高压乙烯压缩机润滑油理化性能

图3 在用油外观情况

从表3可见，加热后的在用油外观依然保持浑浊、不透明，同时，表2中在用油的水分含量小于0.01%（质量分数），说明在用油浑浊的原因可排除水分的影响。

过滤处理

分别采用5 μ、0.45 μ的滤纸对在用框架油进行真空抽滤，抽滤后观察油品外观情况，结果见表4。

从表4来看，分别采用5μ、0.45μ的滤纸过滤后的油样外观依然保持浑浊、不透明，同时，表2中在用油的Si、Cu、Fe元素含量较小，说明在用油浑浊的原因可排除外来粉尘、金属元素磨损的影响。

离心处理

取100 mL在用框架油于离心管中，在2 000 r/min的转速下离心处理10 min，离心处理后的情况如图4、表5所示。

表2 在用框架油指标分析情况

表3 在用框架油加热处理后的外观情况

表4 在用框架油过滤处理后的外观情况

由图4、表5可知，经过离心处理后的在用框架油出现分层现象，上层油样外观透明，而下层油样外观浑浊，且下层油样约为9.0 mL左右，说明在用油中混入与框架油不互溶的油品，导致在用油外观浑浊、不透明。

红外分析

分别对框架油新油、离心处理后的上层油样、下层油样进行红外光谱分析，分析结果如图5所示。

从图5红外光谱分析结果来看，离心处理后的上层油样与框架油的新油谱图基本一致，而下层油样与新油的谱图基本不一致。同时，下层油样谱图中出现3 500 cm-1处的羟基峰、1 700 cm-1处的羰基峰、1 150～1 060 cm-1处的醚峰，说明下层油样为内部油，而内部油为聚醚，由环氧乙烷( EO) 、环氧丙烷( PO) 、环氧丁烷( BO) 或四氢呋喃( THF) 等聚合而成[4]，其与矿物油成分的框架油不互溶，因此，当框架油混入内部油后，外观出现浑浊、不透明的现象。

框架油油箱改造方案

针对框架油中混入内部油致使外观浑浊、不透明的情况，建议对框架油进行现场改造，改造方案如图6所示。在油箱内增加挡板，增加框架油在油箱内的停留时间，混入的内部油因密度差而沉降分离，定期将底部内部油从排污口排出，减缓内部油的影响，使框架油保持良好的使用总能。

结论

目前，超高压乙烯压缩机框架油外观浑浊、不透明、黏度下降的现象普遍存在，但国内各石化企业对该现象的关注较少。为查明原因，本文分别采用加热、过滤、离心等手段对在用框架油进行处理，经红外光谱分析，基本确定框架油外观浑浊、不透明的原因是混入内部油。同时，为保障超高压乙烯压缩机的安全、平稳运行，建议加强框架油外观、黏度、框架油中内部油含量等指标的监控，及时将内部油排出，确保框架油保持良好的润滑总能。

图4 离心处理后的外观情况

表5 在用框架油离心处理后的外观情况

图5 离心处理后油样的红外光谱图

图6 框架油油箱改造方案示意