合成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。图1说明了合成油能提供的宽温使用范围。#07:图1矿物油和合成油的温度极限比较

　　2.2粘温特性

　　图2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，在高温运转条图2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yao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

　　ISO68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。

　　图3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℃)。图3螺杆压缩机润滑油加速寿命试验

　　由图3所示，高粘度指数(HVI)润滑油的加速寿命和双酯相等(1800h)，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，0.689MPa，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21CFR178.3570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4000h。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8000h。

　　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40000h，使用结果令人满意。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。多元醇酯的性能见表1。

　　项目数值粘度100℃11.3粘度37.8℃76.7闪点285自动点温度℃462.8蒸发损失,%(22h,148.9℃)0.4氧化稳定性(42h,218.3℃*5L/h)酸值增加,%1.7137.8℃粘度增加,%13.5四球试验(54℃,600r/min,1h,392N)磨斑直径mm0.373.2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qing、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PAO、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20785kPa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。图4示出了图4不同温度下烃气与油的关系

　　在不同温度和压力下丙烷对ISO220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。图5是烃稀释下聚丙二醇的粘温曲线。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。图5稀释度对烃气/油混合物粘度的影响

　　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