楊 文，盧 永，王 威，劉建新

(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南儋州 578101)

在煉化企業(yè)生產(chǎn)裝置中，有大量的汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備，潤(rùn)滑油站作為這些大型設(shè)備潤(rùn)滑系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)部件起到潤(rùn)滑冷卻的作用。然而潤(rùn)滑油在發(fā)揮潤(rùn)滑效果的同時(shí)，由于受主機(jī)齒輪或軸承的摩擦、剪切以及傳熱作用的影響必然會(huì)引起溫升，升溫的潤(rùn)滑油隨著回油管路將產(chǎn)生的熱量送到潤(rùn)滑油站的油箱里，這些熱量反復(fù)加熱潤(rùn)滑油形成油霧，同時(shí)夾雜著碳化微小顆粒從油箱排氣口溢出，溢出的油霧在空氣中冷卻形成油滴，與空氣中的固體顆?；旌铣捎湍啵粌H污染現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，也會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員造成傷害。

本文通過(guò)探究油霧產(chǎn)生的機(jī)理，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外潤(rùn)滑油油霧處置現(xiàn)狀，著重介紹一種高效分離設(shè)備，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐檢驗(yàn)分離效果，旨在達(dá)到綠色減排、節(jié)能降耗的目的。

1 潤(rùn)滑油站簡(jiǎn)介

1.1 潤(rùn)滑油站流程

某煉油廠機(jī)組潤(rùn)滑油均采用集中供油方式，供油系統(tǒng)主要由主油泵、油冷器、溫控閥、壓控閥、軸承箱、油濾器及潤(rùn)滑油箱組成，其工作原理：潤(rùn)滑油系統(tǒng)為一個(gè)封閉的系統(tǒng)，潤(rùn)滑油儲(chǔ)存在潤(rùn)滑油箱內(nèi)，由主/副油泵打出分兩路，旁路可經(jīng)過(guò)溢流閥返回潤(rùn)滑油箱調(diào)節(jié)潤(rùn)滑油泵出口壓力，主路經(jīng)過(guò)油濾器、溫控閥后進(jìn)入油冷器進(jìn)行冷卻，冷卻調(diào)溫后經(jīng)過(guò)壓控閥調(diào)節(jié)潤(rùn)滑油總管壓力，滿足壓力的潤(rùn)滑油進(jìn)入軸承箱對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑、降溫后隨回油總管返回潤(rùn)滑油箱。

根據(jù)API614標(biāo)準(zhǔn)[1]，為了保證軸承箱處的過(guò)熱油煙能被順利排出箱外，壓縮機(jī)配套潤(rùn)滑系統(tǒng)油箱負(fù)壓必須在0～2 kPa可調(diào)范圍內(nèi)，否則會(huì)引起軸承和動(dòng)密封處的滲油現(xiàn)象，導(dǎo)致安全隱患。故潤(rùn)滑油箱上必須設(shè)置排煙口，防止油箱因油霧積聚憋壓。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑油箱排煙口情況

目前該煉油廠共有9座大型潤(rùn)滑油站，技術(shù)參數(shù)如表1所示。

由表1可以看出，該煉油廠機(jī)組潤(rùn)滑油箱排煙口的排煙形式主要分為直排大氣和離心式排煙風(fēng)機(jī)2種，現(xiàn)場(chǎng)具體情況見(jiàn)圖1～圖4。

可以看出直排大氣的排煙形式有大量的油霧排出，排煙口下存在嚴(yán)重積油，且軸承箱處均出現(xiàn)滲油現(xiàn)象，每個(gè)月收集廢油10 L左右。

表1 潤(rùn)滑油站主要參數(shù) L

圖1 排煙口直排大氣

圖2 直排排煙口布滿油污

圖3 離心式排煙風(fēng)機(jī)

離心式排煙風(fēng)機(jī)的排煙形式相比直排，排煙口油霧較少，且積油情況較好，每月收集廢油20 L左右。

圖4 離心式排煙風(fēng)機(jī)口下布滿油污

1.3 小結(jié)

根據(jù)表1可統(tǒng)計(jì)出，目前每個(gè)潤(rùn)滑油站的月均補(bǔ)油量為84.75 L，全廠全年補(bǔ)油量為12 204 L，在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)明顯泄漏的前提下，這些補(bǔ)加的潤(rùn)滑油的主要損耗為油霧溢出，折合經(jīng)濟(jì)損失超20萬(wàn)元。

由以上情況可以看出，治理現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑油油霧不僅能改善現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境情況，而且在目前精細(xì)管理的趨勢(shì)下，對(duì)于節(jié)約生產(chǎn)成本具有積極的意義。

2 油霧現(xiàn)象及原因分析

2.1 潤(rùn)滑油油霧現(xiàn)象

潤(rùn)滑油系統(tǒng)(如圖1)運(yùn)行過(guò)程中，潤(rùn)滑油通過(guò)油泵加壓進(jìn)入軸承箱，在軸瓦與軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中起到帶走摩擦熱量及潤(rùn)滑的作用。從潤(rùn)滑油系統(tǒng)流程看來(lái)，油霧產(chǎn)生的主要原因?yàn)闈?rùn)滑油受熱高溫蒸發(fā)所致。由于潤(rùn)滑油帶走了軸瓦的熱量，長(zhǎng)期循環(huán)積累，潤(rùn)滑油溫度超過(guò)了飽和溫度，液體發(fā)生沸騰產(chǎn)生油霧，并以微小的顆粒從潤(rùn)滑油箱上的排氣孔排出，這些排放的油霧顆粒直徑非常細(xì)小(90%以上在1 μm以下)，極易與空氣中的固體顆?；旌夏Y(jié)形成黏附力極強(qiáng)的空氣污染物，吸入人體后會(huì)黏附在呼吸器官表面，嚴(yán)重影響周?chē)巳旱纳眢w健康，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有大量的油污污染(如圖2)。

2.2 目前國(guó)內(nèi)外油霧處理措施分析

根據(jù)潤(rùn)滑油霧產(chǎn)生的原因，目前國(guó)內(nèi)外治理油霧的方式主要有：重力沉降法、慣性碰撞法、離心式分離法、過(guò)濾分離法、靜電除塵法等。

2.2.1重力沉降法

由于油霧液滴的密度大于空氣密度，當(dāng)油霧通過(guò)一段較長(zhǎng)的空間時(shí)，液滴會(huì)慢慢沉降下來(lái)，這種方式叫重力沉降分離，一般分為臥式和立式2種結(jié)構(gòu)。由于重力沉降形式效率不高，需要一個(gè)較大的空間進(jìn)行設(shè)備安裝改造，對(duì)于目前現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑油站而言無(wú)法實(shí)現(xiàn)，故排除在外。

2.2.2慣性碰撞法

這種方法主要是利用油霧液滴的慣性，當(dāng)油霧氣流突然改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，油霧來(lái)不及改變方向，將直接碰撞到分離器表面上被收集。這種分離器的結(jié)構(gòu)形式及原理與傳統(tǒng)的迷宮密封類似，主要采用波紋板式，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理風(fēng)量大的優(yōu)點(diǎn)，但是由于現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑油站氣流風(fēng)速最高可達(dá)到5～10 m/s，現(xiàn)場(chǎng)需要使用特別長(zhǎng)的一段波紋管加以配合，同時(shí)由于這種結(jié)構(gòu)形式對(duì)潤(rùn)滑油難以做到充分回收，往往會(huì)造成油霧的二次夾帶污染，故其無(wú)法滿足目前現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑油站使用要求。

2.2.3離心式分離法

離心式分離法是將溢出油霧引至分離器中，利用離心力作用將油霧與空氣混合物進(jìn)行分離，從而對(duì)油霧進(jìn)行回收[2,3]。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，分離效率高，是目前較為常見(jiàn)的措施，其過(guò)濾精度一般在15～20 μm，目前該煉油廠共有2個(gè)潤(rùn)滑油箱使用。

2.2.4過(guò)濾分離法

該方法是通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)將顆粒物阻流下來(lái)，從而與氣流分離，這種分離方法稱為過(guò)濾分離。最常見(jiàn)的油霧過(guò)濾介質(zhì)是金屬網(wǎng)，大于金屬網(wǎng)孔徑的油霧液滴和直接撞擊到金屬網(wǎng)絲的油霧液滴被攔下來(lái)[4]。除了直接攔截作用外，還有以下幾種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的液滴可被回收：①液滴的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，被絲網(wǎng)粘附；②多個(gè)粒徑小于絲網(wǎng)孔徑的液滴同時(shí)經(jīng)過(guò)某一絲網(wǎng)孔，液滴之間橋接而被吸附；③當(dāng)某一個(gè)孔攔截到一個(gè)液滴時(shí)，該孔將被阻塞，使其它液滴難以通過(guò)，從而分離出更多液滴。其過(guò)濾精度一般在10～15 μm。

2.2.5靜電沉積法

油霧帶電荷后，進(jìn)入高壓電場(chǎng)，在電磁力作用下，粉塵被電極板吸附，進(jìn)而從氣流中分離出來(lái)，這種分離方法稱為靜電沉降法。由于煉油廠對(duì)所有設(shè)備都有防爆要求，靜電沉積因其特性，無(wú)法用于煉油廠的潤(rùn)滑油霧治理中。

通過(guò)以上幾種方法的分析，離心式分離法和過(guò)濾分離法都能很好地適應(yīng)潤(rùn)滑油箱排煙口的改造，但分離效率、分離精度都較低，從現(xiàn)場(chǎng)使用的情況看，仍然存在大量的油霧，故探究將離心式分離法和過(guò)濾法相結(jié)合的方式進(jìn)行油霧分離，使油霧潤(rùn)滑裝置既能保證現(xiàn)場(chǎng)油霧排放達(dá)標(biāo)，又滿足潤(rùn)滑油箱負(fù)壓要求。

3 油霧處理裝置

3.1 原理

油霧處理裝置流程分為離心粗分離、聚結(jié)分離、排出3個(gè)步驟，如圖5所示(其中，MV01、MV02為蝶閥，MV03為球閥)。

圖5 油霧處理裝置流程

油霧排氣口通過(guò)聚結(jié)分離器與防爆風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口相連，依靠風(fēng)機(jī)的吸力將油霧從潤(rùn)滑油油箱抽出，油霧首先經(jīng)過(guò)一級(jí)分離器進(jìn)行粗分離，然后經(jīng)過(guò)聚結(jié)分離器分離空氣和油滴，潔凈的氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)排出，油滴返回油箱。該裝置設(shè)計(jì)有旁通閥，當(dāng)風(fēng)機(jī)故障時(shí)，旁通閥能及時(shí)打開(kāi)將油霧通過(guò)自然壓差排出，防止油箱憋壓。

3.2 一級(jí)分離裝置

一級(jí)分離裝置采用離心式旋分器，其主要作用為預(yù)先分離60%的油霧[5]，脫除較大的油滴，以及油霧中攜帶的油泥，延長(zhǎng)聚結(jié)濾芯的使用壽命。

3.3 聚結(jié)分離裝置

聚結(jié)分離器主要分為過(guò)濾、聚結(jié)、分離3個(gè)步驟，由過(guò)濾層、內(nèi)支撐層、保護(hù)層、聚結(jié)層、外支撐層、排液層組成。因?yàn)橛挽F中除了含有油滴外，還含有各類固體顆粒，而固體顆粒如果進(jìn)入聚結(jié)層將嚴(yán)重影響聚結(jié)器的使用壽命，所以油霧在通過(guò)粗旋分后進(jìn)入聚結(jié)分離裝置前，必須經(jīng)過(guò)高效深層過(guò)濾。

聚結(jié)濾芯主要性能指標(biāo)為：過(guò)濾精度不低于1 μm；濾芯濾材抗腐蝕能力強(qiáng)，不與化學(xué)有機(jī)溶劑相融，端蓋和骨架采用不銹鋼材質(zhì)。聚結(jié)層根據(jù)介質(zhì)表面張力的不同進(jìn)行聚結(jié)，聚結(jié)層由3～4層玻璃纖維濾紙+復(fù)合纖維進(jìn)行多層纏繞，油霧經(jīng)過(guò)由內(nèi)向外孔徑逐漸變大的氣體通道，亞微米級(jí)的玻璃纖維能高效地捕捉細(xì)小的油霧顆粒，通過(guò)多層聚結(jié)形成大液滴，實(shí)現(xiàn)小油滴到大油滴的結(jié)構(gòu)性變化。

通過(guò)聚結(jié)層后油氣將進(jìn)入分離層，大油滴在氣體的帶動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng)，因其具有親油-疏油極性與分離層發(fā)生碰撞聚合，然后大油滴下層降到油滴底部，通過(guò)回油管，返回油箱；合格氣體由防爆風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力源排出潤(rùn)滑油箱外。

改造后現(xiàn)場(chǎng)如圖6所示。

3.4 回收潤(rùn)滑油分析情況

對(duì)某循環(huán)氫壓縮機(jī)油霧回收裝置回油管的潤(rùn)滑油進(jìn)行采樣，分析結(jié)果如表2所示。由表中數(shù)據(jù)可以看出回油管的潤(rùn)滑油指標(biāo)滿足機(jī)組潤(rùn)滑油使用標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)污染潤(rùn)滑油箱中的潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油中水含量較高主要是由于空氣中的水分與油霧一起聚結(jié)返回，油箱每月脫水即可。

表2 某循環(huán)氫壓縮機(jī)油霧回收裝置回油管的潤(rùn)滑油采樣分析結(jié)果

4 應(yīng)用效果

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

以某循環(huán)氫壓縮機(jī)油霧回收裝置為例，加裝油霧分離器前每年需要額外補(bǔ)充46號(hào)潤(rùn)滑油816 L，在加裝油霧分離器后每年只需額外補(bǔ)油96 L。油箱產(chǎn)生的油霧被分離成油液回到油箱，可降低90%潤(rùn)滑油的額外損耗，單臺(tái)機(jī)組年運(yùn)行成本節(jié)約1.2萬(wàn)元。

4.2 油霧回收情況

改造前該循環(huán)氫壓縮機(jī)非甲烷總烴排放量為90 mg/m3以下，加裝此種油霧分離器后，非甲烷總烴排放量為7 mg/m3以下，遠(yuǎn)低于GB 31570-2015《石油工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的120 mg/m3。

5 結(jié)論

大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，油霧大量溢出造成環(huán)境污染及危害操作人員健康的問(wèn)題，通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)油霧產(chǎn)生的機(jī)理，對(duì)排氣口進(jìn)行油霧分離回收優(yōu)化改造，上述問(wèn)題得到明顯改善，體現(xiàn)在以下方面。

a) 從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，通過(guò)優(yōu)化改造后，潤(rùn)滑油的補(bǔ)加量有了明顯的降低，整個(gè)工廠全年潤(rùn)滑油補(bǔ)加量從原來(lái)的12 204 L減少至1 220 L左右，潤(rùn)滑油損耗下降90%，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)18.3萬(wàn)元，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

b) 從環(huán)保層面來(lái)看，杜絕了潤(rùn)滑油霧的隨意排放，不僅現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得到有效改善，同時(shí)也減少了油霧顆粒對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員健康的危害，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)減負(fù)與節(jié)能減排的雙贏。