Авторы: С.Ю. Зубкова, Р.А. Романов (ООО «Балтех»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №4/2018

Современные нефтехимические предприятия представляют собой высокотехнологичные комплексы, содержащие большое количество сложного и опасного оборудования. В настоящее время на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях используется большое количество насосно-компрессорного оборудования (НКО). Рассматриваемое оборудование служит для перекачивания различных жидкостей с разными температурными интервалами, широким спектром химических и физических свойств (взрывоопасных, токсичных и т.д.). Большая часть НКО работает в различных агрессивных и высококоррозионных средах, а также при высоких температурах. Интегральный показатель надежности функционирования всего предприятия напрямую зависит от исправности каждого аппарата и техни-ческого узла всего перерабатывающего комплекса.

Повышению надежности и безопасной работы насосно-компрессорного оборудования уделяется особое внимание. В результате происходящих в металле процессов оборудование стареет и изнашивается, появляются очаги коррозии, усталостного изменения структуры материала, растрескивание и т.д.

Для уменьшения процессов изнашивания в насоснокомпрессорном оборудовании используется смазывание трущихся деталей. Масло циркулирует внутри машины и создает разделяющую пленку между трущимися поверхностями, препятствуя их истиранию и разрушению. Но ничто не вечно. Механизмы со временем все равно изнашиваются, и продукты износа неизбежно попадают в масло. Одновременно портится и само масло: в нем появляются продукты его собственного окисления, расходуются противоизносные и противоокислительные присадки, рвутся длинные полимерные цепи молекул присадок, обеспечивающих нужную вязкость.

К тому же при отсутствии надлежащей защиты в маслосистему могут проникать вода и грязь извне. В итоге, теряя свои первоначальные свойства и накапливая твердые примеси, масло начинает работать как абразив, вызывая еще больший износ. Практика показывает, что более 80% отказов машин обусловлены загрязнением масла. Перед инженером, эксплуатирующим оборудование, встают вопросы: сколько еще прослужит начинающая разрушаться машина? Можно ли предсказать, что в ней сломается? Как обеспечить максимально возможный срок ее службы? Самое простое – следовать рекомендациям по эксплуатации, которые дает производитель машины, например, менять масло 1 раз в год. Так в большинстве случаев и делают. Когда машина ломается, ее просто останавливают на ремонт. Те, кто не считает денег. Тот, кто деньги считает, имеет возможность существенно продлить срок эксплуатации машины и сократить время внеплановых простоев. Для этого применяется диагностический контроль оборудования по состоянию смазочного масла. Простые экономические расчеты показывают, что следить за состоянием, например насоса или компрессора, во много раз дешевле, чем останавливать и ремонтировать их при катастрофическом отказе.

Если заметить и устранить проблему вовремя, можно сохранить работоспособность машины с минимальными потерями: заменить подшипник, насос, фильтр и т.п. Для выявления неполадок в оборудовании на самых ран-них стадиях и используют диагностический контроль, или, другими словами, мониторинг состояния смазочного масла. Этот широко признанный и эффективный подход пока не получил в нашей стране должного распро-странения.

Идеология анализа масла в процессе его эксплуатации в корне отличается от идеологии анализа масла при его производстве. Если при производстве важно обеспечить попадание показателей качества в заданные, заранее известные пределы, определенные стандартами и техническими условиями, то при диагностическом контроле надо следить не столько за абсолютными значениями контролируемых показателей, сколько за изменением их значений во времени. Такой подход часто называют анализом трендов. Набор определенной статистики и анализ получаемых данных позволяет делать важные выводы о состоянии масла и оборудования. В диагностическом контроле к традиционным показателям качества масла, таким как вязкость, температура вспышки, содержание присадок, добавляются новые: общее содержание ферромагнитных загрязнителей и металлов износа, содержание сажи, нитрование, сульфирование.

Для всестороннего исследования свойств работающего масла создаются специализированные лаборатории анализа масла или используются уже готовые комплексные лаборатории типа мини-лабораторий серии BALTECH OA, которые дают возможность определять оставшийся ресурс масла и устанавливать срок его службы на основании реальных свойств масла в конкретном технологическом оборудовании. Такой подход позволяет значительно оптимизировать эксплуатационные расходы: масло заменяется только тогда, когда оно полностью отработало свой ресурс. Потребитель избавляется как от необходимости сливать еще пригодное к применению масло, так и от последствий работы на масле с уже выработанным ресурсом.

Для определения пригодности компрессорного и насосного масел к эксплуатации, как правило, используется оценка таких его показателей, как вязкость, окисление и изменение общего кислотного числа, которые определяются в химико-аналитической лаборатории стандартными химическими методами, определенными в соответствующих ГОСТах. Обычно полный анализ данным способом занимает нескольких часов плюс необходимость доставки проб в специализированную лабораторию. Также возможно выполнение всего комплекса, перечисленных выше анализов, за несколько минут прямо на месте работы оборудования с помощью портативного инфракрасного (ИК) анализатора Q1100 и портативного переносного вискозиметра Q3050. Оба эти прибора просты в эксплуатации и не требуют пробоподготовки образца и использования растворителей, поэтому нет необходимости в наличии химика-аналитика в штате предприятия. Анализ может быть выполнен техническим персоналом службы диагностики. Данные поставляются с любой модификацией минилабораторий серии BALTECH OA, начиная с BALTECH OA-5100.

Значительную часть числа всего технологического оборудования на предприятиях нефтехимической промышленности составляют компрессорные установки. Они представляют повышенную опасность. В поршневых и ротационных компрессорах смазочное масло находится в прямом соприкосновении со сжатым газом, имеющим высокую температуру. Масло подвергается колоссальным термическим нагрузкам вследствие высоких темпе-ратур, развивающихся при сжатии среды (это может привести к окислению масла и образованию отложений, а в случае с воздухом – к обогащению кислородом). Сжатию следует подвергать максимально очищенный воздух или газ, потому что загрязняющие примеси могут ускорить процессы окисления (например, агрессивные газы из окружающей среды могут крайне негативно влиять на эксплуатационные качества смазочного масла).

Основной причиной пожаров, возникающих в смазываемых маслом компрессорах, является образование твердых продуктов распада и уплотнения масла при его эксплуатации (коксование). Образование отложений кокса зависит от термической стабильности масла, а также от его вязкости. Применительно к компрессорным машинам вязкость является одной из основных эксплуатационных характеристик масла. От вязкости зависят потери энергии на трение, износ поверхностей трения деталей, уплотнение поршневых колец, время запуска компрессора, температура поверхностей трения. Используя любую из минилабораторий серии BALTECH OA, можно легко контролировать значение вязкости как нового, так и работающего масла, чтобы предотвратить работу оборудования не в оптимальных условиях эксплуатации.

Износ, как было указано выше, является основной причиной выхода насосно-компрессорного оборудования из строя. Проводя анализ содержания в масле ряда металлов и других элементов, можно прогнозировать скорость и степень износа узлов трения, выход оборудования из строя и проводить эффективный предупредительный ремонт и обслуживание. Для этого использу-ется построение трендов накопления в масле продуктов износа, а также определение типа частиц износа. Наиболее перспективным в этом плане является проведение анализа масла с помощью счетчика частиц, например, Q230, входящего в состав минилабораторий BALTECH OA-5300 и BALTECH OA-5400 (в максимальной комплектации). Указанный счетчик частиц позволяет не только определять количество загрязняющих частиц в масле, класс чистоты масла по ИСО 440Е и ГОСТу 1Э21Е, но и отдельно показывает количество ферромагнитных частиц и их распределение по размерам, а также выполняет классификацию частиц по типам износа: усталостный, резание, сдвиг, неметаллические частицы и капли воды. При этом с помощью поставляемого программного обеспечения OilView LIMS данные в отчете могут быть представлены уже в виде необходимых трендов, что значительно упрощает обработку получаемых данных. Счетчик Q230 также, как вискозиметр Q3050и ИК-анализатор Q1100, проводит анализ масла «как есть» без дополнительной обработки и пробоподготовки, поэтому доступен к использованию в службах диагностики после непродолжительного обучения персонала.

С целью предсказания проблемного узла в оборудовании необходимо использование атомно-абсорбционного спектрометра, например элементного анализатора Q120C, входящего в состав минилаборатории BALTECH OA-5400. Данный анализатор работает по принципу вращающегося дискового электрода. Такая конструкция позволяет анализировать масло без его предварительной пробоподготовки с точностью, сопоставимой с точностью ИСП спектрометра. И помощью элементного анализатора Q120C можно определить точный состав имеющихся в масле частиц износа, и на основании полученных сведений и данных о составе деталей оборудования определить подвергшийся разрушению узел.

Использование экспертного программного обеспечения для анализа масла OilView LIMS для мониторинга изменения контролируемых параметров масла и интерпретации полученных данных позволяет своевременно получать предупреждение и рекомендуемое корректирующее действие по обслуживанию.

Применение диагностического контроля оборудования по состоянию смазочного масла, как уже указывалось, является существенной мерой снижения затрат в нефтехимической промышленности и увеличению на-дежности и безопастности всего производства.

Для развития данного метода диагностики в нашем учебном центре организован специальный курс для повышения квалификации персонала промышленных предприятий «Трибодиагностика. Основы смазывания машин и оборудования», в ходе которого проводятся теоретические и практические занятия.