炼化装置大型机组润滑油站油雾回收系统改造

杨 文，卢 永，王 威，刘建新

(中国石化海南炼油化工有限公司，海南儋州 578101)

在炼化企业生产装置中，有大量的汽轮机、压缩机、发电机等大型机械设备，润滑油站作为这些大型设备润滑系统中的重要组成部分，对设备的转动部件起到润滑冷却的作用。然而润滑油在发挥润滑效果的同时，由于受主机齿轮或轴承的摩擦、剪切以及传热作用的影响必然会引起温升，升温的润滑油随着回油管路将产生的热量送到润滑油站的油箱里，这些热量反复加热润滑油形成油雾，同时夹杂着碳化微小颗粒从油箱排气口溢出，溢出的油雾在空气中冷却形成油滴，与空气中的固体颗粒混合成油泥，不仅污染现场环境，也会对现场操作人员造成伤害。

本文通过探究油雾产生的机理，结合目前国内外润滑油油雾处置现状，着重介绍一种高效分离设备，并通过现场实践检验分离效果，旨在达到绿色减排、节能降耗的目的。

1 润滑油站简介

1.1 润滑油站流程

某炼油厂机组润滑油均采用集中供油方式，供油系统主要由主油泵、油冷器、温控阀、压控阀、轴承箱、油滤器及润滑油箱组成，其工作原理：润滑油系统为一个封闭的系统，润滑油储存在润滑油箱内，由主/副油泵打出分两路，旁路可经过溢流阀返回润滑油箱调节润滑油泵出口压力，主路经过油滤器、温控阀后进入油冷器进行冷却，冷却调温后经过压控阀调节润滑油总管压力，满足压力的润滑油进入轴承箱对轴承进行润滑、降温后随回油总管返回润滑油箱。

根据API614标准[1]，为了保证轴承箱处的过热油烟能被顺利排出箱外，压缩机配套润滑系统油箱负压必须在0～2 kPa可调范围内，否则会引起轴承和动密封处的渗油现象，导致安全隐患。故润滑油箱上必须设置排烟口，防止油箱因油雾积聚憋压。

1.2 现场润滑油箱排烟口情况

目前该炼油厂共有9座大型润滑油站，技术参数如表1所示。

由表1可以看出，该炼油厂机组润滑油箱排烟口的排烟形式主要分为直排大气和离心式排烟风机2种，现场具体情况见图1～图4。

可以看出直排大气的排烟形式有大量的油雾排出，排烟口下存在严重积油，且轴承箱处均出现渗油现象，每个月收集废油10 L左右。

表1 润滑油站主要参数 L

图1 排烟口直排大气

图2 直排排烟口布满油污

图3 离心式排烟风机

离心式排烟风机的排烟形式相比直排，排烟口油雾较少，且积油情况较好，每月收集废油20 L左右。

图4 离心式排烟风机口下布满油污

1.3 小结

根据表1可统计出，目前每个润滑油站的月均补油量为84.75 L，全厂全年补油量为12 204 L，在现场无明显泄漏的前提下，这些补加的润滑油的主要损耗为油雾溢出，折合经济损失超20万元。

由以上情况可以看出，治理现场润滑油油雾不仅能改善现场的环境情况，而且在目前精细管理的趋势下，对于节约生产成本具有积极的意义。

2 油雾现象及原因分析

2.1 润滑油油雾现象

润滑油系统(如图1)运行过程中，润滑油通过油泵加压进入轴承箱，在轴瓦与轴的相对运动中起到带走摩擦热量及润滑的作用。从润滑油系统流程看来，油雾产生的主要原因为润滑油受热高温蒸发所致。由于润滑油带走了轴瓦的热量，长期循环积累，润滑油温度超过了饱和温度，液体发生沸腾产生油雾，并以微小的颗粒从润滑油箱上的排气孔排出，这些排放的油雾颗粒直径非常细小(90%以上在1 μm以下)，极易与空气中的固体颗粒混合凝结形成黏附力极强的空气污染物，吸入人体后会黏附在呼吸器官表面，严重影响周围人群的身体健康，同时现场环境有大量的油污污染(如图2)。

2.2 目前国内外油雾处理措施分析

根据润滑油雾产生的原因，目前国内外治理油雾的方式主要有：重力沉降法、惯性碰撞法、离心式分离法、过滤分离法、静电除尘法等。

2.2.1重力沉降法

由于油雾液滴的密度大于空气密度，当油雾通过一段较长的空间时，液滴会慢慢沉降下来，这种方式叫重力沉降分离，一般分为卧式和立式2种结构。由于重力沉降形式效率不高，需要一个较大的空间进行设备安装改造，对于目前现场润滑油站而言无法实现，故排除在外。

2.2.2惯性碰撞法

这种方法主要是利用油雾液滴的惯性，当油雾气流突然改变运动方向时，油雾来不及改变方向，将直接碰撞到分离器表面上被收集。这种分离器的结构形式及原理与传统的迷宫密封类似，主要采用波纹板式，其具有结构简单、处理风量大的优点，但是由于现场润滑油站气流风速最高可达到5～10 m/s，现场需要使用特别长的一段波纹管加以配合，同时由于这种结构形式对润滑油难以做到充分回收，往往会造成油雾的二次夹带污染，故其无法满足目前现场润滑油站使用要求。

2.2.3离心式分离法

离心式分离法是将溢出油雾引至分离器中，利用离心力作用将油雾与空气混合物进行分离，从而对油雾进行回收[2,3]。因其结构简单，占地面积小，分离效率高，是目前较为常见的措施，其过滤精度一般在15～20 μm，目前该炼油厂共有2个润滑油箱使用。

2.2.4过滤分离法

该方法是通过过滤介质将颗粒物阻流下来，从而与气流分离，这种分离方法称为过滤分离。最常见的油雾过滤介质是金属网，大于金属网孔径的油雾液滴和直接撞击到金属网丝的油雾液滴被拦下来[4]。除了直接拦截作用外，还有以下几种运动状态的液滴可被回收：①液滴的不规则运动，被丝网粘附；②多个粒径小于丝网孔径的液滴同时经过某一丝网孔，液滴之间桥接而被吸附；③当某一个孔拦截到一个液滴时，该孔将被阻塞，使其它液滴难以通过，从而分离出更多液滴。其过滤精度一般在10～15 μm。

2.2.5静电沉积法

油雾带电荷后，进入高压电场，在电磁力作用下，粉尘被电极板吸附，进而从气流中分离出来，这种分离方法称为静电沉降法。由于炼油厂对所有设备都有防爆要求，静电沉积因其特性，无法用于炼油厂的润滑油雾治理中。

通过以上几种方法的分析，离心式分离法和过滤分离法都能很好地适应润滑油箱排烟口的改造，但分离效率、分离精度都较低，从现场使用的情况看，仍然存在大量的油雾，故探究将离心式分离法和过滤法相结合的方式进行油雾分离，使油雾润滑装置既能保证现场油雾排放达标，又满足润滑油箱负压要求。

3 油雾处理装置

3.1 原理

油雾处理装置流程分为离心粗分离、聚结分离、排出3个步骤，如图5所示(其中，MV01、MV02为蝶阀，MV03为球阀)。

图5 油雾处理装置流程

油雾排气口通过聚结分离器与防爆风机的进气口相连，依靠风机的吸力将油雾从润滑油油箱抽出，油雾首先经过一级分离器进行粗分离，然后经过聚结分离器分离空气和油滴，洁净的气体经风机排出，油滴返回油箱。该装置设计有旁通阀，当风机故障时，旁通阀能及时打开将油雾通过自然压差排出，防止油箱憋压。

3.2 一级分离装置

一级分离装置采用离心式旋分器，其主要作用为预先分离60%的油雾[5]，脱除较大的油滴，以及油雾中携带的油泥，延长聚结滤芯的使用寿命。

3.3 聚结分离装置

聚结分离器主要分为过滤、聚结、分离3个步骤，由过滤层、内支撑层、保护层、聚结层、外支撑层、排液层组成。因为油雾中除了含有油滴外，还含有各类固体颗粒，而固体颗粒如果进入聚结层将严重影响聚结器的使用寿命，所以油雾在通过粗旋分后进入聚结分离装置前，必须经过高效深层过滤。

聚结滤芯主要性能指标为：过滤精度不低于1 μm；滤芯滤材抗腐蚀能力强，不与化学有机溶剂相融，端盖和骨架采用不锈钢材质。聚结层根据介质表面张力的不同进行聚结，聚结层由3～4层玻璃纤维滤纸+复合纤维进行多层缠绕，油雾经过由内向外孔径逐渐变大的气体通道，亚微米级的玻璃纤维能高效地捕捉细小的油雾颗粒，通过多层聚结形成大液滴，实现小油滴到大油滴的结构性变化。

通过聚结层后油气将进入分离层，大油滴在气体的带动下向前运动，因其具有亲油-疏油极性与分离层发生碰撞聚合，然后大油滴下层降到油滴底部，通过回油管，返回油箱；合格气体由防爆风机提供动力源排出润滑油箱外。

改造后现场如图6所示。

3.4 回收润滑油分析情况

对某循环氢压缩机油雾回收装置回油管的润滑油进行采样，分析结果如表2所示。由表中数据可以看出回油管的润滑油指标满足机组润滑油使用标准，不会污染润滑油箱中的润滑油。润滑油中水含量较高主要是由于空气中的水分与油雾一起聚结返回，油箱每月脱水即可。

表2 某循环氢压缩机油雾回收装置回油管的润滑油采样分析结果

4 应用效果

4.1 经济效益

以某循环氢压缩机油雾回收装置为例，加装油雾分离器前每年需要额外补充46号润滑油816 L，在加装油雾分离器后每年只需额外补油96 L。油箱产生的油雾被分离成油液回到油箱，可降低90%润滑油的额外损耗，单台机组年运行成本节约1.2万元。

4.2 油雾回收情况

改造前该循环氢压缩机非甲烷总烃排放量为90 mg/m3以下，加装此种油雾分离器后，非甲烷总烃排放量为7 mg/m3以下，远低于GB 31570-2015《石油工业污染物排放标准》中规定的120 mg/m3。

5 结论

大型机械设备运行过程中，油雾大量溢出造成环境污染及危害操作人员健康的问题，通过分析现场油雾产生的机理，对排气口进行油雾分离回收优化改造，上述问题得到明显改善，体现在以下方面。

a) 从经济效益来看，通过优化改造后，润滑油的补加量有了明显的降低，整个工厂全年润滑油补加量从原来的12 204 L减少至1 220 L左右，润滑油损耗下降90%，直接经济效益达18.3万元，达到了节能降耗的目的。

b) 从环保层面来看，杜绝了润滑油雾的随意排放，不仅现场环境得到有效改善，同时也减少了油雾颗粒对现场操作人员健康的危害，实现了企业减负与节能减排的双赢。