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空气压缩机油性能要求
   1. 基础油质量要高
    压缩机油的基础油可分为矿物油型和合成油型两大类。矿物油型压缩机油的生产一般经溶剂精制、溶剂脱蜡、加氢或白土补充精制等工艺得到基础油,再加入多种添加剂调合而成。

    压缩机油的基础油一般要占成品油的95%以上,因此基础油的质量优劣直接关系到压缩机油成品油的质量水平,而基础油的质量又与其精制深度有着直接关系。精制深度深的基础油,其重芳烃、胶质含量就少。残炭低,抗氧剂的感受性就好,基础油的质量就高,它在压缩机系统中积炭倾向小,油水分离性好,使用寿命相对就长一些。

    合成油型的基础油是以化学合成的方法得到的有机液体基础油再经过调配或加入多种添加剂制成的润滑油。其基础油大部分是聚合物或高分子有机化合物。合成油的种类很多,用作压缩机油的合成油主要有合成烃(聚α-烯烃)、有机酯(双酯)、聚亚烷基二醇、氟硅油和磷酸酯等5种。合成油型压缩机油的价格比矿物油型压缩机油昂贵得多,但合成油的综合经济效益仍超过普通矿物油。它具有氧化安定性,积炭倾向小,可超过普通矿物油的温度范围进行润滑,使用寿命长,可以满足一般矿物油型压缩机油所不能承受的使用要求。

   2. 基础油馏分要窄
    研究压缩机油的工况认为:改善基础油构成是提高压缩机油质量的关键性因素。由轻、重两种组分调合成的压缩机油注入压缩机气缸后,其中的轻组分因挥发性过强而提前离开工作部位影响润滑效果,而其中的重组分则因挥发性差,完成工作任务后不能迅速离开工作工作部位,长而久之在热与氧的作用下易生成积炭。因此,在这样的工况下,润滑油应选用窄馏分的组分油,不应选用多种馏分混合的组分油。

    19号压缩机油是用含有大量残渣组分的宽馏分油调制而成的,在使用中压缩机积炭量较大。因此,要提高压缩机油的质量应将19号压缩机油中的残渣组分去掉,选用窄馏分基础油。(中国空压机网 www.KongYaji.com

   3. 粘度要适宜
    在动力润滑的条件下,油膜厚度随油品的粘度提高而增加,但摩擦力亦随油品粘度的提高而增加。粘度过低的润滑油不易形成足够强的油膜,会加速磨损,缩短机件的使用寿命。反之,润滑油粘度过高,会加大内摩擦力,使压缩机的比功率增大,以致增大功耗和油耗,也会在活塞环槽内、气阀上、排气通道内等处形成沉积物。因此,选择合适的粘度是正确选用压缩机油的首要问题。西安交通大学通过试验证明:在同一型号的压缩机上采用相同的试验条件,使用较低粘度牌号的油品比使用高粘度牌号的油品最多可降低压缩机的比功率约10%,而机件磨损量却无明显差异。因此,在保证润滑的前提下,选择适宜粘度牌号的油品,对于节能和压缩机的可靠运行有着很重要的影响。

    西安交通大学通过研究总结出国内各种往复式空气压缩机选择最佳粘度牌号压缩机油的规范,见表1和表2。

表1    传动机构选油表(供参考)
活塞力,kN 冬季 夏季
≤35 N32、N46 N46、N68
>35 N32、N46 N68
表2    气缸部位选油表(供参考)
排气压力,MPa 冬季 夏季
≤1 N46、N68 N68、N100
1-10 N68、N100 N100、N150
10-40 N100、N150 N150(N220)
   4. 粘温性能要好
    喷油内冷回转式空气压缩机在工作过程中反复被加热和冷却。因此,要求油品粘度不应由于温度变化而有太大变化,应具有良好的粘温性能。精制的压缩机油的粘度指数均在90以上。

   5. 闪点要适宜
    闪点是指油品在大气压力下加热形成的蒸气压力,达到用明火点燃的下极限浓度时的温度。闪点过高,油品馏分就重,粘度亦大,沥青质等含量就高,使用时易积炭。若片面追求高闪点的压缩机油,反而会成为不安全因素。所以,压缩机油的闪点要求适宜即可。

    闪点只是油品使用的安全指标之一,压缩机油闪点一般控制在200℃以上都可以安全使用。

   6. 积炭倾向性要小
    压缩机油抗积炭倾向性如何对压缩机油的可靠运行是至关重要的。在实际工业使用中,大中型压缩机由于积炭而发生着火爆炸的事故已屡见不鲜。

    在油品中易形成残炭的主要物质是沥青质、胶质及多环芳烃的叠合物。润滑油料经深度精制后均可去掉大部分以上物质。一般低粘度和深度精制的润滑油残炭值低,在使用中不易积炭。因此,优质的L-DAB压缩机油应选用深度精制的不含残渣(光亮油)的窄馏分基础油。添加剂也应尽量选用无灰型添加剂。

    现在国内外评定空气压缩机油积炭倾向性的试验方法普遍采用润滑油老化特性测定法(GB/T 12709)和减压蒸馏蒸出80%后残留物性质(GB 9168)。这两项试验方法的试验条件较为苛刻,如果油品的精制深度不够或含有残渣油(光亮油)组分或选用有灰添加剂,都很难达到优质标准。

   7. 极好的氧化安定性
    从往复式压缩机的使用工况看,润滑油在气缸活塞部位与热的压缩空气不断接触会引起油品的氧化、分解,生成胶质和各种酸类物质。如有磨损的金属杂质掺入,更易引起氧化。分解的油气在压气缸中与氧混合到一定浓度和温度时,可能自燃和有气缸爆炸的危险。因此,往复式压缩机油的氧化安定性是保证油品质量的关键指标。

    从回转式压缩机的使用工况看,润滑的环境苛刻。油品在循环使用中,易被氧化变质生成各种酸类、胶质、沥青质等物质,使油品的颜色变深,酸值增高,粘度增大并出现沉积物,从而减少油的喷入量,使油品和机器的温度升高,产生过量磨损,降低工作性能,甚至可能引起气缸爆炸的危险。因此,回转式压缩机油的氧化安定性是保证油品能长期安全使用的主要质量指标,国内的试验方法为GB/T 12581汽轮机油氧化安定性测定法。

   8. 不腐蚀金属、防锈性好
    压缩机的油冷却等部件的材质为铜或铜金属,易被腐蚀,会使油品出现早期氧化变化变质,生成油泥。这就要求油品应有良好的抗腐蚀能力。

    空气中的水分易在间歇操作的压缩机气缸内冷却,这对润滑不利并能产生磨损和锈蚀,要求压缩机油应具有良好的防锈蚀作用。

   9. 油水分离性好
    压缩机在运行中不断与空气中的冷凝水相遇并被剧烈搅拌,易产生乳化现象,造成油气分离不清,油耗增大。由于油被乳化而使油膜破坏,造成磨损。乳化的油会促使灰尘、砂砾和污泥分散,影响阀的功能,增加摩擦、磨损和氧化。因此,优质压缩机油均具有好的抗乳化性能和油水分离性能。

   10. 极好的消泡性
    回转式压缩机油在循环使用过程中,循环速度快,是油品处于剧烈搅拌状态,极易产生泡沫。压缩机油在启动或泄压时,油池中的油也易起泡,大量的油泡沫灌进油气分离器,使阻力增大,油耗增加,会造成严重过载、超温等异常现象。因此,优良的回转式压缩机油均加有抗泡沫添加剂,以保证油品的泡沫倾向性(即起泡性)小和泡沫稳定性(即消泡性)好。

    此外,还要求油品挥发性小,合适的倾点,无机械杂质和水分等性能,以保证压缩机能长期安全运行。

   11. 必须通过压缩机油的台架试验
    目前,德国、美国、英国、日本等西方国家都开展了压缩机油的台架试验研究,探索用实机试验评定压缩机油的积炭倾向及使用寿命。由西安交通大学负责,上海703研究所和锦西炼化总厂参加的“往复空压机油的台架评定与选用技术研究”已取得压缩机行业的认可,并已通过中国石油化工总公司的技术鉴定。该项目选择了空压机油积炭评定和寿命评定的两种有代表性的压缩机,建立了评定台架,确定了评定方法。台架试验的主要内容有:

    1) 评定台架主要参数,见表3

        表3 评定台架主要参数

项目 积炭倾向评定试验机 寿命评定试验机
型式与型号 WP110型单列两级水冷
差动式空压机
Z-0.2/10
单缸立式风冷空压机
排气温度,℃ 一级 190±1 二级 180±1 200±2
排气压力,MPa 一级 0.5 二级 3.0 10
压力比 一级 6 二级 5 11
转速,r·min-1 970 840
油耗量,g·h-1 <5 <1.2
评定时数,h 120 600
    2) 积炭评定指标
    DAA级油积炭量/参比油19号压缩机油积炭量 ≤ 1
    DAB级油积炭量/参比油19号压缩机油积炭量 ≤ 1/5

    3) 寿命评定指标
    酸值改变量<0.15mgKOH/g
    粘度改变量<10%
    重复性误差<15%

    上述评定台架和评定方法已用于9家炼厂空压机油产品质量的评定(见表4)。提出的选用方法已在国内几十家压缩机制造厂和用户推广使用。

        表4  9种DAB油的积炭与HS-19油的比值(gDAB/g19号)
油样编号 №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 №9
积炭比值 1/10 1/1.5 1/9 1/12 1/3.7 1/7.5 1/5 1/14 1/4.5
    该台架评定方法能较准确、可靠地评定DAA、DAB级不同配方的往复空压机油的实用性能。

   气体压缩机油性能要求
    1. 天然气

    天然气压缩机的润滑一般用矿物油型压缩机油。但天然气会被油吸收,使油的粘度降低,因此选用油的粘度牌号一般要比相同型号,同等压力的空气压缩机所用油的粘度牌号要更高些。(中国空压机网 www.KongYaji.com

    不同天然气中乙烷以上的可凝物含量,干气为2-13ml/m3以内,贫气为13-40ml/m3,湿气为40-54ml/m3

    对湿气或贫气,宜在压缩机中加3%-5%的脂肪油。湿度大的可掺10%-20%的脂肪油,亦有用5%-8%不溶的植物油无敏脂或动物脂混合油,以防凝聚物的液体冲洗油膜。

    对含硫气体最好用SAE 30的重负荷发动机油。对发动机和压缩机在一起的设备,可用发动机所用的相同润滑油,以保护设备不被含硫气体腐蚀。

    在7.5MPa压力以上时,对含硫气体使用SAE 50或SAE 60的重负荷发动机油。

    2. 烃类气体

    这类气体能与矿物油互溶,从而降低油品的粘度。高分子烃气体在较低压力下会冷凝,因此要考虑湿度,对润滑油的要求与天然气相同。
    丙烷、丁烷、乙烯、丁二烯这些气体易与油混合,会稀释润滑油。为此,需要用较粘的油,以抵制气体和其冷凝液的稀释和冲洗的影响。
    压缩纯度要求特别高的气体如丙烷,一般采用无油润滑。若采用油润滑时,可用肥皂润滑剂或乙醇肥皂溶液,以提供必要的润滑。

    压缩高压合成用的乙烯时,为了避免润滑油的污染,影响产品性能和纯度,应采用无污染的合成油型压缩机油或液体石蜡等作为润滑油。例如,从日本引进的30万吨乙烯装置上的二台高压和超高压压缩机内部用润滑剂为聚异丁烯,其分子量为1500。

    焦炉气大部分是氢合格甲烷,气体不纯净,因此,一般用离心式压缩机。如采用往复式压缩机,可选用DAA 100或DAA 150空气压缩机油。

    3. 惰性气体

    惰性气体一般对润滑油无作用,氢、氮可使用与压缩干空气相同的压缩机油。

    对氩、氖、氦等稀有贵重气体,往往要求气体中绝对无水,并不带有任何油质。因此,一般用膜式压缩机,没有气缸润滑问题。

    二氧化碳及一氧化碳均与矿物油有互溶性,会使油的粘度降低,如果有水,还会产生腐蚀性碳酸。因此,在保持干燥的同时,应选用更高粘度牌号的润滑油,以减少油气带出。

    压缩二氧化碳介质的润滑油的粘度一般不低于SAE 50含添加剂的油,压力14MPa时用SAE 40的油。

    二氧化碳与油混合会使气体污染。当该气体用来加工食品或不允许污染时,应选用液体石蜡或乙醇肥皂作为润滑剂。

    新型合成食品级螺杆式压缩机的润滑剂可选用聚α-烯烃合成油。聚α-烯烃油经过两次加氢,可以符合食品级的要求,口试无毒,对皮肤和眼睛无刺激性,符合工业白油规格。

    采用离心压缩机压缩氨或合成气(常含大量氨)时,系统必须保持干燥,尽可能减少油与输送气接触。因为有水分存在时,氨与油的酸性氧化物作用会生成沉淀。选用润滑油时,最好选用专用的抗氨型汽轮机油。

    4. 化学活性气体

    这类气体与润滑油有作用,应慎重考虑。
    氯和氯化氢在一定条件下可与烃起作用,不能使用矿物油。这类气体的压缩机常用无油润滑压缩机,也有用浓硫酸作为润滑剂的。

    硫化氢压缩机的润滑系统及气缸要保持干燥。如有水分存在,则此气体腐蚀性很强,润滑油的选择与压缩湿空气时相同,建议使用抗氧防锈型汽轮机油。

    氧气压缩机通常使用无油润滑压缩机。
    一氧化二氮与二氧化硫均能与油互混,因而会降低油的粘度,故应使用粘度牌号较高的润滑油,如采用SAE 40或SAE 50的油。
    压缩一氧化二氮时不能用有分散剂的重负荷发动机油,因为添加剂会与可能生成的硝酸起作用而产生大量的沉积物。

    当压缩二氧化硫时,由于二氧化硫是一种选择性溶剂,它有助于分出润滑油中任何生成焦油状的成分,并沉淀出来。建议选用防锈抗氧型汽轮机油,并应经常检查油样是否有沉渣。

   气体压缩机油的选择
    压缩机润滑剂的选择取决于压缩机的结构类型、工作参数(压缩比、排气压力和排气温度等)及被压缩气体的性质等多种因素,活塞式压缩机工作条件较为苛刻,对润滑剂选择也较为严格,这里将重点予以说明。

    1. 不同的压缩气体决定了对润滑剂类型的选择

    在氧气压缩机里,氧分会使使矿物性润滑油剧烈氧化而引起压缩机燃烧和爆炸,因此避免采用油润滑,或者采用无油润滑的方式,或者采用水型乳化液或蒸馏水添加质量分数6%-8%的工业甘油进行润滑;在氯气压缩机里,烃基润滑油可与氯气化合生成氯化氢,对金属(铸铁和钢)具有强烈的腐蚀作用,因此一般均采用无油润滑或固体(石墨)润滑。对于压缩高纯气体的乙烯压缩机等为防止润滑油混入气体中去影响产品的质量和性能,通常也不采用矿物油润滑,而多用医用白油或液态石蜡润滑等等。只是在一般空气、惰性气体、烃类(碳氢化合物)气体、氮、氢等类气体压缩机中,大量广泛采用了矿物油润滑。表1列出了压缩机压送不同气体时所用润滑剂的选用参考表。

表1 压缩机压送不同气体时所用润滑剂的选用参考表

介质类型 对润滑剂的要求 推荐润滑剂
空气(1) 因有氧,油的抗氧化性能要好,油的闪点应比最高排气温度高40℃ L-DAB100或L-DAB150号防锈抗氧压缩机油
氢氮 无特殊影响,可用与(1)相同的油 普通压缩机油传动部件用L-AN100 全损耗系统用油
氩、氦、氖 气体较贵重、气体中应不含水分和油,多用膜片式压缩机压送 内腔用L-HL32液压油、汽轮机油或全损耗系统用油
会使润滑油剧烈氧化和爆炸,不用矿物油润滑 用无油润滑或蒸馏水加质量分数为6%-8%的工业甘油
在一定条件下与烃作用生成氯化氢 无油润滑(石墨)
硫化氢,二氧化碳,一氧化碳 润滑油应不含水分,否则水溶解气体可生成酸,会破坏润滑性 防锈抗氧压缩机油或汽轮机油
二氧化碳,二氧化硫(2) 能与油互溶,降低粘度,油中应不含水分并应防止生成腐蚀性酸 防锈抗氧汽轮机油
如有水分会与油的酸性氧化物生成沉淀,与酸性防锈剂生成不溶性皂 防锈抗氧汽轮机油
天然气 湿而含油 湿气用复合压缩机油干气用压缩机油
石油气 会产生冷凝液稀释润滑油 L-DAB100或L-DAB150号防锈抗氧压缩机油
乙烯 避免润滑油与压送气体混合而影响产品性能,不用矿物油润滑 白油或液体石蜡
丙烷 与油混合可被稀释,高纯度的丙烷应用无油润滑 乙醇肥皂润滑剂,防锈抗氧汽轮机油
焦炉气,水煤气 对润滑油无特殊影响,但气体较脏,含硫多时有破坏作用 压缩机油
煤气 杂质多,易弄脏润滑油 经过滤的压缩机油,传动部件用L-AN46、L-AN68、L-AN100全损耗系统用油
    2.润滑油粘度的选择

    在多级的空气压缩机中,前一级气缸输出的压缩气体通常经冷却后恢复到略高于进气时的温度被送入下一级气缸,因气体已被压缩故相对湿度较高,当超过饱和点时,气体中的水分将可能凝结,该水分具有洗净作用,可使气缸表面失去润滑油;其次在烃类气体压缩机中,它不仅可溶解在润滑油中降低了油的粘度,而且凝结的液态烃也同水分一样对缸壁具有洗涤作用,因此对于多级、高压、排气温度较高的烃类气体压缩机和空气湿度较大的空气压缩机易选用粘度较高的油品,粘度较高的油品对金属的附着性好,并对密封有利。如中低压烃类气体和空气压缩机宜用L-DAA100的压缩机油,高压多级宜用L-DAA150的压缩机油。喷油回转式压缩机选用油的粘度情况也与此类似,压力较低时选用100℃运动粘度为5mm2/s的N32回转式压缩机油,压力较高时选用运动100℃粘度为11-14 mm2/ s的N100回转式压缩机油。

    其次为防止凝结的液态烃和空气中的水分对润滑油的洗净作用,可采用质量分数3%-5%的动物性油(如猪油或牛油)与矿物油相混合的润滑油,动物性油与金属的附着力强,容易抵抗"水洗",阻止润滑油的流失。

    3.油品的代用

    在采用油润滑的往复和回转容积式压缩机中除用相应牌号的压缩机油外,还可采用防锈抗氧的汽轮机油、航空润滑油、汽缸油等作为代用的油品,但这些代用油品的性能不应低于相应的压缩机油的质量指标,或应满足在具体条件下的使用要求。当气体压缩机采用油润滑时,外部零件和内部零件的润滑可用同一牌号的润滑油,也可采用不同牌号的润滑油,但不论内部零件采用何种类型的润滑介质,而外部传动零件的润滑都应采用矿物性的润滑油。

    气体压缩机用油举例及润滑系统维护
   
表1 为各种油润滑的气体压缩机选油的参考表

压缩机型式 排气压力/MPa 压缩级数 润滑部位 润滑方式 合适粘度 / (mm2/s) (100℃) 推荐油品
往复活塞式 移动式 0.7-0.8
0.7-5
1-2
2-3
气缸及传动部件 飞溅式润滑 7-10
10-12
DAA100或DAB100空压机油
固定式 5-20
20-100
>100
3-5
5-7
多级
气缸及传动部件 压力强制润滑及压力注油润滑 12-18
18
18-22
DAA或DAB100、150空压机油4502合成油
回转容积式 滑片式 干式 < 0.3
0.7
1
2
气缸轴承 无油润滑油环或油脂润滑   2号轴承润滑脂
喷油式 0.7-0.8
0.7-2
1
2
气缸及轴承 喷油循环式 4-5 2DAG32,46,或100回转压缩机油
螺杆式 干式 0.3-0.5 1 轴承及同步齿轮 油环或油脂润滑   2号轴承润滑脂
喷油式 0.6-0.7
1.2-2.6
2
3-4
气缸及轴承 喷油循环式 5-7 DAG32-N68,或100回转压缩机油
涡轮式 离心式     轴承及密封环 压力循环式、油环式或油脂润滑 5-8 L-TSA32、L-TSA46、L-TSA68抗氧汽轮机油或2#轴承润滑脂
轴流式    
    带“十字头”的压缩机的外部传动零件可用L-AN68、L-AN100全损耗系统用油,不带“十字头”的压缩机外部零件可用与气缸相同牌号的压缩机油。

    气体压缩机润滑系统的使用及维护
    气体压缩机中最常见的故障是活塞与活塞环、转子部件、滑动支承处的异常磨损和咬合,十字头滑块的咬合,及异常发热等。这些故障都直接或间接地与润滑系统和润滑装置的使用维护不当有关。作为使用维护人员除了应学习掌握有关的润滑系统及其装置的组成原理、性能结构、使用要求等一般知识外,还应在实践中不断总结积累经验,加强日常使用维护工作,以保证压缩机及其润滑系统经常保持良好的运行状态。在日常点检和定期维修中应注意以下各点:

    (1)注意保持润滑油液的清洁 脏油或变质的润滑油会引起加速零件磨损的恶性循环,对强制循环式的润滑系统应注意及时更换和清洗发生堵塞的滤油器中的滤芯;应避免油箱或油池中的油液暴露在空气中,以防灰尘和污物等混入油中,对无压的油箱和油池一般可采用空气滤清器使其与大气沟通;中、大修时应从油中取样化验其成分,如达到或超过换油指标,应全部或部分更换和补充新油。通常每3个月至半年(或工作2000-4000h)可更换一次新油。回转式压缩机油的换油指标如表2所示,可供参考。

表2 回转式压缩机油换油标准

项目 换油标准
运动粘度(40℃)
总酸值/[mg(KOH)/g]
水分(体积分数)/%
沉淀/(mg/100mL)
颜色
新油粘度的±10%
大于0.5
小于0.1
大于20
急剧变深
    (2)应定期检查 应定期检查气缸、气阀及排气管道等处是否积聚有固体的炭粒和胶泥,一经发现应及时清除,否则可能引起气缸的燃烧爆炸、加大排气阻力,造成异常发热。

    (3)应注意压缩机的工作状态 应注意观察压缩机的工作状态,定期检查气缸气阀的润滑磨损状况,适时调整润滑油量,防止出现润滑油量过大和润滑油量不足的情况。对强制循环系统,润滑压力指示过低或明显下降,往往使润滑油量不足,此时应及时停机维修,必要时应更换备品和备件。

    (4)注意保持润滑系统中的油温 油箱或油池中油液的正常温度以40-50℃为宜,油温过高,油液的粘度降低,油易氧化变质,油温过低,粘度增高,流动性变差,两者都会引起润滑不足的状况。油温除可从温度表(计)得到直接的观测指示外,从气缸内冷循环水或油冷却器的冷却水温也可得到间接的反应,冷却水温过高和过低都将影响润滑油的工作温度及润滑油的粘度。
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