聯堿廠二氧化碳螺桿壓縮機組油箱進水問題的分析解決

袁如濤，田宏偉，舒 曉

(重慶湘渝鹽化股份有限公司，重慶 萬州 404000)

1 問題出現

LG430/3.8螺桿壓縮機組是我公司聯堿生產輸送二氧化碳原料氣的關鍵設備，2臺螺桿壓縮機全開并正常運行，不配置備用機組，所以它的運行狀況直接影響聯堿碳化塔的正常生產。2#螺桿壓縮機組至2007年10月投用以來，一直運行正常。2020年5月聯堿裝置停車大修，6月1日恢復生產，6月8日發現機組油箱潤滑油油色微微“發黃”，出現變質“乳化”現象，嚴重危及機組的正常使用。因生產需要，2#螺桿壓縮機組不能停車進行全面排查，所以短時間內沒能很快找到問題的原因，只得臨時調備3臺濾油機24 h不間斷的對機組油箱潤滑油進行濾水作業，才能勉強維持機組油箱潤滑油不繼續變質“乳化”。我們對機組油箱油質進行了跟蹤抽樣分析調查，調查分析結果見表1。

從上表1可以看出，更換全部機組潤滑油不能阻止油中水分增加、油質變“乳化”的問題，調配濾油機濾水也只是權宜之計。

2 原因分析

2.1 螺桿壓縮機組所用潤滑油說明

我廠2#螺桿壓縮機組潤滑油使用的是32#汽輪機油，2007年10月投入生產運行的10多年內，機組一直運行比較正常，機組潤滑油使用情況也很好，沒有變質“乳化”現象發生。2020年5月全廠停產大修期間，換油前，5月24日我們對供應商提供的潤滑油的各項指標都進行了檢測，全部符合國家標準，6月1日該機組投入運行后出現的潤滑油變質乳化問題應該排除了潤滑油本身的質量問題。

表1 機組潤滑油變質“乳化”情況抽樣調查表(5/24～/7/23)

2.2 機組油箱潤滑油變質乳化原因分析

從螺桿壓縮機工藝流程圖來看，機組潤滑油中進水的途徑很多，且油中進了軟水還是循環水也不好一下子分析判斷清楚，為此我們進行了如下分析。

2.2.1 機組油箱是否進了循環水

從螺桿壓縮機組用循環水工藝流程圖來看，如果機組氣缸體夾套腔穿孔，冷卻夾套用循環水(工作壓力0.40 MPa)只會漏入壓縮氣缸中隨同軟水一起進入被壓縮的工藝二氧化碳氣體中，不能進入機組油箱中。電機空氣冷卻器列管穿孔，冷卻用循環水只會漏入風冷入口而損壞電機，不會進入機組油箱中，冷卻用循環水和潤滑油在油冷卻器中會互竄可使循環水進入機組油箱中，但經過我們對油站油冷卻器殼程、管程單獨試壓查漏，均沒有發現殼程中竄入水，管程中竄入油，所以冷卻用循環水不可能進入機組油箱中。

另外，我們將變質乳化的潤滑油靜置后，抽取其中水分進行分析，發現Ca2+離子濃度(以CaCO3計)很低，只有0.25 mg/L，與我公司生產用循環水中Ca2+離子濃度68 mg/L相差很大，這進一步證明，機組油箱中進入的水不可能是循環水，極有可能是軟水，于是我們繼續進行如下分析。

2.2.2 機組油箱是否進了軟水

從螺桿壓縮機軟水工藝流程圖來看，軟水的作用是冷卻轉子，并且控制排氣溫度。軟水噴出冷卻陰、陽轉子后會進入被壓縮后的二氧化碳氣體中，隨壓縮后的二氧化碳氣體經過出口膨脹節、經排出消音器中氣水分離器分離后，進入軟水回水系統中，正常情況下，軟水是不可能進入機組潤滑油系統中的，但如果機組進、出端軸密封組件失效，二氧化碳原料氣、軟水、潤滑油才有可能互竄。

為此，我們查閱螺桿壓縮機組裝配圖紙，對進、出端密封組件的各零部件功能進行了仔細分析，吸入端軸封、排出端軸封均采用石墨做的迷宮式填料箱，其中裝有四個整體的石墨環，石墨環外側用鋁環加固。在石墨環的一端有一波紋形彈簧，使石墨環端面產生預緊力，借以密封氣體，防止泄漏。吸入端填料箱外端還有左右梯形螺紋密封，排出端軸封內端有前置密封，中間是平滑型密封和輔助密封的密封空氣入口，外端面上是甩水環和推力甩油環，用以防止氣、水、油相互滲竄，從密封設計原理及機組使用10多年的運行情況分析，機組進、出端軸密封組件屬多層次組合式密封，在防止氣、水、油相互滲竄上可達到95%的密封效果，另從壓縮機工作原理上分析，螺桿壓縮機在正常工作時，吸入端軸封基本是“平壓或微負壓”，噴出的冷卻用軟水只會隨被壓縮二氧化碳氣體流向排出端，而不會由于吸入端軸封失效進入吸入端軸承潤滑水中而進入機組油箱。只有當排出端軸封嚴重失效，被壓縮后的二氧化碳氣體中混入的大量軟水帶壓后，才能通過軸封進入潤滑油中進入機組油箱。我們查閱全廠停車大修結束后6月1日～6月30日該機組的所有崗位運行記錄日報表，排出端軸封溫度、振動都沒有出現異常超標的情況，這基本上可以排除排出端軸封失效的可能，所以軟水從機組排出端密封處進入潤滑油中的量應該非常少，不至于引起機組潤滑油進大量水而變質“乳化”。

2.2.3 儀表空氣壓力下降失去輔助密封作用

我們再次回頭分析2#螺桿壓縮機組用儀表空氣工藝流程時，發現儀表空氣有一路進入了排出端軸封，而吸入端軸封裝置沒有儀表空氣進入，查閱《LG430/3.8螺桿壓縮機組使用說明書》，發現對機組用儀表空氣壓力有明確規定，“必須保持在0.35～0.40 MPa內”，但是沒有明確說明儀表空氣進入排出端軸封的作用，我們大多數技術人員認為，保證這個壓力值是為了確保軟水氣動控制調節閥正常工作，通過軟水氣動控制調節閥開度(噴水量)與機組排氣溫度的自動聯鎖，保證排氣溫度不超標，并不清楚儀表空氣還有其它的作用。為徹底弄清楚儀表空氣的用途，我們查閱了停車大修前一個月機組崗位日報表，發現大修前2#螺桿壓縮機組儀表空氣支管壓力一直穩定在0.38～0.40 MPa內，但是此時我們現場檢查2#螺桿壓縮機組儀表支管上壓力表時，發現壓力比以前下降了，并在0.25～0.30 MPa內頻繁波動，機組排氣溫度無異常，軟水氣動控制調節閥正常工作，機組運行正常，但是機組油箱潤滑油中在不斷進水油變質“乳化”。為什么停車大修6月1日開車后，2#螺桿壓縮機儀表空氣支管壓力下降波動頻繁呢？沿機組儀表管線進行察看，發現在二氧化碳壓縮機廠房外50 m處公用管廊上，從儀表空氣總管接出的2#螺桿壓縮機儀表空氣DN50支管上，另接出了一根DN50管線去往其它工段，所以使進入2#螺桿壓縮機排出端軸封的儀表空氣壓力下降并在0.25～0.30 MPa內頻繁波動。經查閱全廠停車大修項目，增加的儀表支管是聯堿廠煅燒工段儀表空氣改造進行了施工，并沒有通知二氧化碳壓縮崗位，崗位操作工認為只要軟水調節控制閥工作正常，儀表空氣壓力下降頻繁波動對機組運行不會有什么其它的影響。這一儀表空氣管線的變化，使我們意識到進入機組排出端軸封儀表空氣壓力下降頻繁波動應該是機組油箱進水、油變質“乳化”的根本原因。我們從理論上分析，根據氣體密封原理，進入排出端軸封的儀表空氣肯定有輔助密封作用，當進入排出端的儀表空氣壓力小于機組排氣壓力0.35 MPa時，輔助密封作用將失效，被壓縮二氧化碳中的冷凝水會竄入軸承潤滑油中進入機組油箱，引起油變“乳化”。

2.3 解決機組油箱進水問題

如是，我們于2020年7月23日臨停2#螺桿壓縮機，更換機組全部潤滑油的同時，將大修時增加的儀表空氣支管割除封堵，恢復了原來2#螺桿壓縮機儀表空氣管線，在2#螺桿壓縮機投入運行1周后，對機組潤滑油進行抽樣分析，油中水分為0，粘度31.2 cSt，油色清亮，機組運行各項指標正常。經過一個多月的努力攻關，我們終于將2#二氧化碳螺桿壓縮機組油箱進水問題徹底解決。

3 經驗教訓

通過此次油中進水事故的分析處理，使我們認識到，大型新型機組在投入使用后，對機組的運行狀況需要再認識、再學習，不斷的分析機組各零部件的設計原理，全方位完全掌握機組各零、部件的功能與作用，平時更要多注意機組工藝管線的變化，不能隨意改動原安裝時的管線，因為任何微小的變化都會給機組正常運行帶來重大的影響，實際上在大型機組的運行管理上，工藝、設備、電氣、儀表等專業是密不可分有機的整體，任何一個專業在一個細節上微小的變化都會影響到機組的正常運行，此次機組油箱進水變質“乳化”問題的解決經驗分享給大家，以供同行業在大型機組運行管理上借鑒。