压缩机润滑油应用简介

压缩机润滑油应用简介 1 旋转式压缩机 每种型号的压缩机对润滑油的要求都是不同的 旋转式压缩机的润滑油功能是润滑在压缩 过程中滑入和滑出的叶片 润滑油也作为叶片与机架间的密封剂使用 使气体压缩成为可 能 通常 ISO68 150 的产品满足旋转式压缩机的粘度要求 2 往复式压缩机 往复式压缩机提供了一个很大的流出压力容量范围从 1barg 至 1000barg 往复式压缩机 油润滑汽缸 曲轴箱部件 线圈 活塞 阀门和装填杆 曲轴箱部件包括十字头轴承 十 字接头 十字头导承和曲柄销 近来的制冷应用表明 操作粘度小于 10cSt 的 ISO15 润滑 油可提供合适的润滑作用 然而 依靠气体分子量和流压操作 加工和碳氢化合物气体往 复式压缩机的经典使用是 ISO68 680 产品 在大多数往复式压缩机中 一种流体作为润滑剂使用于所有部件 较小的往复式压缩机使 用喷溅润滑油 较大的装置通常使用一种油泵系统以润滑上方的曲轴箱部件 一些大型设 备使用两种不同的润滑油 一种用于汽缸而另一种用于其它需润滑的部件 由于汽缸润滑 油须与气体共存 故必须与向下液流过程兼容 汽缸润滑油可设计成为特殊气体或操作条 件提供润滑作用 3 螺杆式压缩机 螺杆式压缩机通常用来压缩烃和生产气体 流压范围从 1 25barg 它们具有许多优点 包括改进压缩效率 低流出温度 高可靠性和由于简单的机械构造所致的较少维护 螺杆式气体压缩机油必须具备几种功能 它们润滑轴承 在螺杆与机架之间提供足够的密 封 移去压缩过程中的热量 冲去压缩机中的任何微粒以及保护系统免于腐蚀 较低的粘 度限制是 10 20cSt 在对轴承的油供温度以及 5cSt 在流出条件下以确保合适的密封 上部的润滑油粘度取决于为轴承提供足够的润滑油的能力 典型的上部粘度限制是 30 100cSt 通常 ISO68 220 润滑油满足螺杆式压缩机的粘度要求 准确的粘度级别依赖于 操作条件和气流成分 由于系统的闭环设计 合成产品特别适用于螺杆式压缩机 润滑油与压缩气体进入分离器 分离的油经过一个油冷却器再回流入压缩机 在这个过程中润滑油的降解可导致如轴承故 障 密封不够或腐蚀等压缩机问题 在许多应用中 合成压缩机润滑油的使用能造成有效 的烃压缩和生产气体 合成润滑油在压缩机中的应用合成润滑油在压缩机中的应用 通常压缩机采用石蜡基 环烷基矿物油作润滑剂 近年来压缩机在材料 和设计方面得到很大发展 对润滑材料提供了日益苛刻的要求 由于矿 物油与烃气接触时互溶造成粘度损失 化工原料气将矿物油携带入加工 过程中引起催化剂中毒 矿物 油在压缩机内易形成积炭等 矿物油已不能适应条件更苛刻 的压缩机应用 合成润 滑油的性能明显优于矿物油 如高粘度指数 低倾点 防止 烃稀释 低挥发性 好的热安定性 水解安定性 抗乳化性 化学稳定 性及与橡胶和金属的相容性 合成润滑油的选择范围宽 所以必须考察 各种不同的合成油的特点 为改进的压缩机正 确选择合适的润滑剂 1 压缩机的类型及其润滑要求 压缩机按压缩气体方式的不同 分为容积式和速度式两大类 容积式压缩机是依赖气缸内作往复运动的活塞或作旋转运动的转子来改 变气体容积 从而压缩气体 提高压力 速度式压缩机则是借助于高速 旋转叶轮的作用 使气体得到很高的速度 然后又在扩压器中急剧降速 使气体的动能变为位能 即压力能 两种压缩机 按其结构和压缩气体方式的不同 可分为以下几种型式 压 缩机棗容积式棗往复式棗活塞式 膜片式 回转式棗叶片式 螺杆式 液环 式 转子式 速度式棗离心式轴流式 此外 按压缩介质和用途不同 压 缩机又可分为动力用压缩机和工艺用压缩机两种 前者压缩介质为空气 主要用于驱动气动机械 工具和物料输送 后者压缩介质 为所有气体 用于工艺流程中气体的压缩和输送 目前广泛应用的各种气体压缩机有离心式 活塞式 叶片式 螺杆式等几种 由于润滑条件相对苛刻 需要使用合成油 一些以特殊气体 为介质的压缩机也需要 使用具有特殊性能的合成油 2 合成油的类型及其性能 酯类油 双酯和多元醇酯 聚 烯烃 PAO 聚烷撑二醇 PAG 和氟化硅油能满足大多数气体压缩机的应用要求 是目前气体压 缩机使用最广泛的合成润滑剂 新近发现加氢裂解饱和烃是压缩机可接 受的润滑剂 合成油具有独特的物理性能 在温 度极限 粘温特性和挥发性方面明显优于矿物油 2 1 温度极限 合成油解决的许多润滑问题与温度有关 为了防止水和其他 致冷剂在压缩机系统中冷凝 所以压缩机的工作温度较高 超过一般润 滑剂的耐热能力 使用矿物油 由于蜡的胶凝作用和差的粘温特性 在 野外或无加热条件环境中压缩机起动困难 选择合成油可避免这些问题 2 2 粘温特性 比较了合成油与矿物油的粘温特性 说明合成油在极限温度 能提供有效的润 滑 合成油的粘度指数较高 在高温运转条 粘温曲 线比较 件下提供较高的粘度 在低温下压缩机容易起动 运转过程 中粘度较高的合成油为 螺杆式压缩机提供高的容积效率 2 3 挥发性 合成油的挥发性低 该特性减少油的补偿 防止杂质被带入 下一步骤中 合成 油的蒸汽压比矿物油的小 3 合成油在压缩机中的应用 压缩机的压缩介质有空气 烃类气体 化学加工气体 惰性 气体和工业气 体及致冷剂气体 现按不同压缩介质分别介绍气体压缩 机用的合成油 3 1 合成油在空气压缩机中的应用 3 1 1 离心式空气压缩机 合成和加氢裂解饱和烃用于离心式空气压缩机的密封件 齿 轮和轴承的润滑 此类压缩机使用合成油的主要目的是节能 某些工业气体生 产厂中使用大功率 高达 5 88MW 离心式空气压缩机 总动力消耗达 4 38 万美元 月 PAO 具有长的水解安定性和优良的水分离性 使用 PAO 一 年的节能费用可以抵 偿 9 个月因使用合成油增加的费用 此外能延长换油周期 延长油过滤器的使用寿命 和检修间隔 减少停工时间 炸药厂基于安全因素选择合成油 特殊配制的 PAO 化学稳定 性好 可阻止硝化 使压缩机使用安全 3 1 2 回转叶片式空气压缩机 ISO 68 粘度级多元醇酯可用于高温回转叶片式空气压缩机 这类压缩机在低压 315 6 下连续操作 润滑油的工作温度为 148 9 3 1 3 螺杆式空气压缩机 工作条件为 0 689MPa 82 的螺杆空气压缩机使用 PAO 优于双酯 因为 PAO 长期 水解安定性较好 并且与压缩机中的橡胶和塑料材料相容 与空气压缩系统配伍 是注油式螺杆压缩机用的各种润滑油的加速寿命试验结果 试验使用 25HP 螺 杆压缩机 在 104 4 110 下操作 通常为 71 82 高粘度指数 HVI 润滑油的加速寿命和双酯相等 1800 h 大大超 过两种溶剂精制的矿物油 HVI 润滑油在正常操作下 单级螺 杆空气压缩机 0 689M Pa 71 82 相对清洁的空气 的工作寿命长得多 用食品级 PAO 基础油配制与食品接触的符合美国食品和药品 管理 FDA 法规 21 C FR178 3570 的空气压缩机润滑油 原来的食品级螺杆空气 压缩机润滑油的寿命为 40 00 h 加入符合 FDA 添加剂后 食品级 PAO 在压缩机中的润滑 寿命高达 8000 h 对工作温度高于 93 连续重负荷的多级高压螺杆空气压缩 机来说 使用多元 醇酯比 PAO 好 工作寿命可延长 1 倍 二甲基硅油具有优良的粘度指数 VI 400 热氧化安定性和 水解安定性 但金属对金属润滑性差 已开发出改进润滑性的添加剂 改进的二甲基硅油已于 20 世纪 70 年代引入市场 在压缩机的使用时间已超过 40000 h 使用结果令人满意 最大问 题是润滑油更换费用高 关键是气油分离器的设计和保养费 用高 3 1 4 往复式空气压缩机 在空气压缩机中使用合成油的主要原因之一是清洁 即减少 油泥 沉淀和积炭 有机酯作曲轴箱润滑剂能提高清洁度 传热良好 减少摩 擦和运动部件的阻力 从而减少维修和停工时间 减少动力耗费 7 2 曲轴箱使用合成油 节省动力 3 动力费以 0 04 美元 1500 小时计算 节省的费用可抵销至少 6 个月因改用合成油而增 加的额外费用 对于大型往复式空气压缩机的单程气缸润滑 常见的问题是 在气缸和排气阀中 形成残炭和油泥 引起频繁的维修和停车 另外残炭 锈蚀 润滑剂过量和高压作用使压缩系统在低于 149 的情况下自动起火 甚至引起爆炸 使用多元醇酯可以解决这些问题 换用合成油后 节省 的费用可抵销 1 6 年因改用合成油增加的额外费用 3 2 合成润滑油在气体压缩机中的应用 3 2 1 化学加工气体压缩机 合成油成功地解决了化学加工气体压缩机润滑问题 化学加 工气体与一般矿物 油可能发生反应 由于矿物油有抑制催化剂的倾向 许多化 工厂禁止使用此类润滑油 典型的化学加工气体包括氯代甲烷 二氧化 硫 氯化氢 氨 混杂的加工气体如 CO 2 氯硅氧烷 氯化烃 含 微量矿酸的气体等 当易反应的气体被压缩时 压缩机设备和润滑油受 到化学腐蚀 且随温度 压力升高而加剧 合适的润滑油有 PA O 硅油和加氢裂解饱和烃 PAO 和加氢裂解饱和烃有优良的抗化学腐蚀性 选择合适的 基础油可以解决酸和 其他易反应化合物相遇的压缩机润滑问题 但纯氧压缩机只 能使用全氟烃油和氯化 烃油 加氢裂解饱和烃是比较新型的润滑油 原油馏分在 300 和 20 785 kPa 条件下接 受加氢处理 硫 氮和氧化合物完全分解 芳香化合物转变 为饱和环烷烃 再进行两次真空蒸馏 除去挥发物和其他杂质 脱蜡和 第二次氢处理去掉残留杂质 基础油是稳定的异构烷烃和环烷烃的混合 物 其润滑性与 PAO 相似 与其他合成油混合能 进一步改善油的润滑性能 氟化硅油是部分氟化的聚硅氧烷 除了纯氧和某些强氧化剂 几乎对所有的化 合物具有完全的惰性 用于处理氯代甲烷 氯和 HCl 的压缩 机 但氟化硅油因价格昂 贵 超过 800 美元 加仑 而限制了它们的使 用 烷基甲基硅油在使用中形成韧性厚膜 具有天然的润滑性 该油在金属 部件表 面提供长期的保护性油膜 在 HCl CO2 和含少量硫酸的氯 代甲烷应用中提供有效 润滑 3 2 2 惰性气体和工业气体压缩机 惰性气体和工业气体压缩机应用中气体纯度很重要 并且要 考虑润滑剂可能产 生抑制催化剂的活性作用 只有质量最好的基础油才能润滑 N2 He CO2 等惰性 气体和 H2 等工业气体压缩机 PAO 加氢裂解饱和烃和 PAG 与上述气体不互溶 在回转式 压缩机中提供更好的 容积效率 为工业气体压缩机提供满意的使用 3 2 3 烃类气体压缩机 除上述烃类致冷剂外 烃气体还包括天然气 油井气 垃圾 气 在轻烃气体压缩机中 由于稀释度低 也可以使用矿物油作 润滑剂 但合成润 滑剂在这些应用中具有可靠性 其独特的粘度特性和与烃的 相容性使用系统工作效 率提高 许多重烃气体压缩机必须使用合成油 烃与大多数润滑油完全可溶 溶解度取决于压缩机的工作压 力和温度 在不同温度和压力下丙烷对 ISO 220 聚丙二醇的稀释度 在一定温度下压力升高 烃气对油 的稀释度增大 而在一定压力下温度升高 稀释度减小 烃气溶于油 使油的粘度减小 如果稀释度太大 油的粘度减至不能提供 充分润滑的程度 那么设备过早失效 基于烃气的这些特点 合成油越来越多地用于烃气压缩机 包括垃圾气压缩机 油井气压缩机 各种高沸点蒸汽回收压缩机 如汽油 丁烯 和己烷蒸汽 和天然气 管线增压压缩机 下面简要介绍各种烃气压缩机 适用的合成油 对于低沸点烃气 选择 PAO 作润滑油较好 尤其是含少量强 酸和氯杂质的垃圾气 垃圾气压缩机润滑油还要加入合适的抗磨剂和 抗氧剂 油井气含有低 高沸点烃 水和硫化氢混合物 为这些压缩 机配制的 PAG 能提供 良好的抗水性 抗稀释性 也可以防止高浓度硫 化氢引起的腐蚀 PAG 防止烃气稀释的能力很强 适用于蒸汽回收压缩机 回 收己烷和丁烯蒸汽的 大型螺杆压缩机的费用达 5000 美元 天 PAG 提供优良性 能 油的携带量 补充量极 少 每年只需更换一次润滑剂以保养设备 烷基甲基硅油混合物因其良好的油膜保持能力而用于大型天 然气管道增压器气 缸润滑 需改进气缸供油系统 系统改进费用因所用润滑油 的效率提高 维修减少 不到一年就抵销 且润滑剂的耗量减少 20 倍 天然气和其他烃气还用作燃气涡轮发动机燃料 压缩机为涡 轮的连续操作提供 流速和压力适当的气体 这种情况下即使气体带少量的矿物 油也会在涡轮的气体输 入孔形成积炭 阻碍流动 引起断火 因此也 必须使用合成油 3 3 合成油在冷冻压缩机中的应用 用于压缩机致冷系统和热泵中的润滑油对系统有效性起着重 要作用 因为在压 缩机中润滑油和致冷剂可能发生反应 所以选择合适的冷冻机润滑油很 关键 3 3 1 以丙烷为致冷剂的压缩机 丙烷与矿物油互溶 致使压缩机油粘度下降 油膜厚度减小 汽缸中气体对润滑剂的冲刷或润滑剂对气相的吸收导致润滑不足 PAG 具有低倾点 高的粘度指数 优良的润滑性 特别是良好的低烃溶解性 因此广泛用于丙烷冷冻机中 PAG 在螺杆压缩机中的使用表明 PAG 的容积效率比矿物油的高 18 压力比为 2 10 时 绝热效率增加 5 8 在高压压缩机中的使用表明 与矿物油相比 在油输入速 度减小的情 况下 油的密封寿命延长 20 倍 3 3 2 以氨为致冷剂的压缩机 PAO 和 HVI 氢化异构烷烃因其明显的性能优势广泛地用作氨 致冷系统润滑油 PAO 和 HVI 烃都具有支链多的特点 能提供 三维 厚油膜 改进润 滑性 用改型的 Falex 机比较氨存在下 PAO 与环烷基础油的使用效果 发现 PAO 的磨损值低 氨致冷系统制造商的使用经验证明 PAO 和 HVI 冷冻机油都有较好的抗磨性 使用寿命比矿物油的长 因为 PAO 和 HVI 润滑油由高饱和分子组成 具有优良的热化学安定性 从而延长润滑油的工作寿命 减少油泥和积炭 PAO 粘温性能良好 符合许多致冷系统制造商的低温氨应用标准 HVI 油的粘温 性比矿物油的好 但需加入添加剂来降低倾点 改进粘 温特性 PAO 和 HVI 润滑油溶解性低 产生泡沫少 油气分离性好 经验表明 使用合适的分离器和 PAO 或 HVI 油 油携带量可望减少 30 90 结果是致冷系统更清洁 改善传热效率 HVI 油在往复 和回转螺杆式压缩机的使用中 油耗量减少 64 83 此外 PAO 和 HVI 油的其他优点是初始水含量低 与塑性材料的配伍 性好 酯与氨的相容性不好 酯类润滑剂在氨致冷系统使用中产生 油泥 长期使用后 变成固体 3 3 3 以卤化烃为致冷剂的压缩机 密封试管试验证明 PAO 在氯氟烃致冷剂环境中极其稳定 PAO 的高粘 度指数能改进致冷系统的冷起动 PAO 不含蜡 无絮凝点 不存在蜡阻塞膨胀阀和控 制管的可能性 PAO 具有宽粘度范围 粘度级选择适当可以补偿与可溶的致 冷剂接触时产生的稀释 如注油式螺杆压缩机中的 R 12 氯氟烃致冷系 统 R 12 可溶于大多数油中 环烷基矿物油的初始粘度