淺析往復式空壓機潤滑油選用

1、淺析往復式空壓機潤滑油選用摘要： 對往復式空壓機潤滑油發(fā)展歷程做出簡要概述，根據(jù)壓縮介質(zhì)、排氣壓力和溫度，結合運動粘度、 閃點、 氧化安定性、 積碳傾向性等選型指標， 分析探討 CFA34往復式空壓機潤 滑油選型實例，為往復式空氣壓縮機潤滑油選型提供一定的參考。文 / 袁宗澤1、引言往復式空壓機用于氣缸、 活塞、活塞環(huán)、 填料等與壓縮空氣直接接觸的工作部件潤滑的，稱 為氣缸潤滑 1-2 ，多采用壓力潤滑方式， 其原理主要依靠專門的注油器在壓力下注入氣缸強 制潤滑，注油點和注油量均可控制，各潤滑點由單獨的油管供油。往復式空壓機的潤滑，除采用自潤滑材料外，均要求在相對運動運動表面注入適量潤滑油，

2、形成一定厚度油膜，以減少摩擦、磨損，降低功率損耗。此外，潤滑油還能起到阻塞、密封 氣體以及清洗冷卻的作用。 因此正確選擇潤滑油的牌號和注油量， 是保證往復式空氣壓縮機 安全、可靠運行的重要基礎。潤滑油隨著基礎油及添加劑的發(fā)展、 壓縮機的種類區(qū)別較大， 實際運用中應根據(jù)壓縮機的工 況，結合潤滑油理化指標，選型出適宜壓縮機的潤滑油。2、潤滑油發(fā)展概略往復式空壓機油主要分為礦物油型和合成油型，我國最早于 20 世紀 60 年代對照蘇聯(lián) OCT1861-54標準 3 ，開始研究和生產(chǎn)礦物油型潤滑油， 并發(fā)布了石油化工部標準 SY-1216-66， 該標準中僅有 HY-13和 HY-19兩個牌號， HY

3、-13未加添加劑， HS-19 增加了抗氧防腐劑， 當時 的油品無法滿足高壓、高溫工況，易產(chǎn)生積碳，對活塞和氣閥損壞較大。之后在此基礎上修 訂完善了 SY-1216-77版標準，但牌號仍然較少。1981 年， ISO 開始逐漸發(fā)布潤滑油標準族ISO6743， 1987 年首個空氣壓縮機潤滑油國標ISO6743-3A/3B（3B適用于冷凍壓縮機）發(fā)布。 2003年， ISO發(fā)布 6743-3：2003 標準，取消 了 3A 和 3B 之分 4 。我國在 1991 年正式執(zhí)行 GB 12691-90 ，于 1992 年正式替代 SY-1216-77。該標準主要規(guī)定了 礦物油型空氣壓縮機油的技術條件

4、，其中根據(jù)排氣壓力、溫度、級壓力比和最終排氣壓力， 分成了輕載荷（ DAA）和中載荷（ DAB） 2 類油品，適宜有油潤滑往復式空氣壓縮機，并按 40運動粘度分為 32#、46#、68#、100#、150#5 個牌號，較原標準增加了 3個。1992年，我國正式發(fā)布了 GB/T 7631.9-92。1997年，對照 ISO 6743-3A：1987和 ISO6743-3B： 1988，對其進行了第一次修訂，發(fā)布了 GB/T7631.9-1997 標準 5 。該標準中根據(jù)分了輕載荷（DAA）、中載荷（ DAB）、重負荷（ DAC） 3 個種類， 5 個牌號共計 15 種。標準中約定俗稱 DAA 和

5、 DAB 為礦物質(zhì)油， DAC 為合成油。 2014 年經(jīng)第二次修訂，發(fā)布 GB/T7631.9-2014 標 準，該標準對標 ISO 6743-3：2003 標準，取消了 DAC分類，其中 DAA 和 DAB 除了載荷區(qū)分 外，均包含礦物油和合成油 4， DAA 類主要包括深度精制的礦物油，半合成和全合成油， DAB類主要包括特殊配置的礦物油、 半合成和全合成油。 研究認為， 這與空氣壓縮機市場中 螺桿式逐漸成為主流有較大關系。目前，往復式空壓機工況逐漸向“三高”發(fā)展，即高壓、高壓差和高排溫6 ，空氣壓縮機潤滑油的發(fā)展趨勢為高可靠性、 長壽命。 隨著空氣壓縮機工況條件逐漸苛刻， 對潤滑油的要

6、 求不斷增加，有高溫氧化安定性、積碳傾向性低、 粘溫性能好、揮發(fā)性弱和壽命長的合成潤 滑油品得到了較快的發(fā)展 7-8 。3、空氣壓縮機油品理化指標3.1 粘度粘度為潤滑油最主要的指標， 定義為一定溫度條件下內(nèi)摩擦系數(shù)與密度之比。 粘度大表示潤 滑時內(nèi)摩擦阻力大， 將增大潤滑功率損耗；粘度過小，則不能生成適宜厚度的油膜，影響潤 滑性能，增加摩擦功和磨損。潤滑油粘度還會隨溫度變化而變化，一般潤滑油低溫時變化小，超過60 時變化較大。表征粘度隨溫度變化的程度的是粘度指數(shù)， 定義為 40與 100下粘度的比值， 當粘度指數(shù)高 于 80 時，常認為是高粘度指數(shù)潤滑油。由于壓縮機在使用中被反復冷卻和加熱，

7、常要求粘 度指數(shù)適宜的潤滑油，即粘度不能隨溫度變化而有太大變化。3.2 閃點當潤滑油被加熱時， 其表面即開始形成油蒸汽， 當油品在大氣壓力下加熱形成的蒸汽壓， 達 到用明火點燃的下限濃度時，發(fā)生瞬息燃燒時的溫度即為閃點。閃點過高，說明油品餾分重、粘度大、瀝青質(zhì)等含量高，使用時易積碳；閃點過低，當氣缸 內(nèi)溫度過高時， 易發(fā)生燃燒爆炸， 造成人員傷害和設備損壞。 閃點作為油品安全性的重要指 標，一定要適宜，一般文獻建議選型時閃點高于使用溫度 2030即可。3.3 氧化安定性氧化安定性表示油品抵抗大氣或氧氣作用保持其性質(zhì)不變的能力， 在空氣壓縮機中， 潤滑油 在氣缸金屬表面形成的油膜，在金屬催化作用

8、下與空氣中的氧氣發(fā)生化學反應，生產(chǎn)脂酸、 焦油、瀝青等產(chǎn)物，使?jié)櫥蜕珴勺兒?，粘度和酸值增加，并能析出膠狀沉積物阻塞油道、 濾油器、氣閥等。氧化安定性差將會縮短潤滑油壽命周期， 增大壓縮機故障或損壞概率， 是一個需要控制的指 標，可通過選用合適的基礎油、添加抗氧化劑等措施調(diào)制出適宜的油品。3.4 積碳傾向性 積碳傾向性以金屬壁面生產(chǎn)的薄膜積碳的百分數(shù)來衡量， 從氣缸和壓縮空氣一起排出的潤滑 油，一部分以濕潤狀態(tài)附著在排氣閥和排氣管道表面， 在高壓高溫下， 在金屬表面易生成薄 膜積碳，影響設備安全運行。實踐證明， 高粘度的油易產(chǎn)生積碳， 低粘度的環(huán)烷基油有時也 生成大量積碳 9 ，為防止積碳產(chǎn)生

9、，應根據(jù)壓縮機負荷和壓力溫度條件，選擇適宜粘度的 潤滑油。3.5 其他往復式空壓機油中抗磨性、 抗乳化性等也是較為重要的指標。 抗磨性代表壓縮機在使用中的 抗磨性能， 實驗室多用摩擦磨損試驗儀， 磨跡小說明壓縮機油的抗磨損能力、潤滑性好?？?乳化性多表征油品從液態(tài)水中分離的性能，分離的時間越短，抗乳化性越好。4、CFA34往復式空壓機潤滑油選型案例4.1 CFA34往復式空壓機CFA34空氣壓縮機為美國卡麥?。?CAMERON）4列 4級往復式空壓機，轉速 1490r/min ，流 量 45Nm3/min ，最高排氣壓力 32MPa。 14 級排氣壓力分別為 3.9MPa、8.6MPa、 21

10、MPa 和 32MPa，14 級排氣溫度分別為 142、140、 148和 92。氣缸為有油潤滑，通過 CPI 注油分配塊強制潤滑和控制油量，設無油流開關檢測手段。4.2 潤滑油選型案例 在壓縮機調(diào)試投運初期， 根據(jù)廠家推薦使用了殼牌萬德利 S2B 320#工業(yè)齒輪潤滑油， 經(jīng)過近 1 年運行發(fā)現(xiàn)，活塞桿出現(xiàn)異常磨損，局部出現(xiàn)發(fā)藍現(xiàn)象。經(jīng)查殼牌潤滑油 -用戶手冊知， S2B 系列是通用工業(yè)軸承和循環(huán)系統(tǒng)的潤滑油，主要用 于循環(huán)系統(tǒng)、 油潤滑軸承、 錕頸軸承及工業(yè)用閉式齒輪系統(tǒng)。 而 CFA34往復壓縮機氣缸潤滑 為非軸承、非循環(huán)潤滑系統(tǒng)，且活塞桿異常磨損，說明油膜厚度不足，潤滑油粘度不合適。

11、后選用加德士 WS-460#潤滑油替代殼牌 S2B320#，該潤滑油使用了大約 2 年，未出現(xiàn)明顯的 積碳， 但活塞環(huán)的使用壽命相對較之前有所降低， 考慮到 WS-460#潤滑油粘度過高， 易增加 活塞桿與氣缸這對摩擦副引起的摩擦損耗。 由于在往復壓縮機中， 氣缸與活塞環(huán)引起的摩擦 損耗約占總摩擦損耗的 38%45%，填料與活塞桿引起的摩擦損耗約占 2%10%10，對高速、 高壓壓縮機中，這個比例還會更大。據(jù)此，針對CFA34往復式壓縮機的高轉速特點，同時考慮使用國內(nèi)空氣壓縮機專用潤滑油，重新按照郁永章主編活塞式壓縮機11 標準選型，探索使用低粘度潤滑油（表 1）。根據(jù)活塞式壓縮機 ，結合 C

12、FA34 往復式空氣壓縮機工況：排氣壓力32MPa，壓縮級數(shù) 4級，氣缸冷卻方式為水冷， 發(fā)現(xiàn)并無完全符合標準的， 但無論是從排氣壓力溫度和壓縮級數(shù) 維度看， N150 都為推薦牌號，因此選出中國石化長城LDAB-150 4502型空氣壓縮機油 12。在選型的同時，針對壓縮機使用中存在的積碳和磨損情況，委托國內(nèi)某研究所對 WS-460# 進行深度分析，并對國內(nèi)某新型研制的 150# 空氣壓縮機油進行對比試驗。開展WS-460#和新型 150#油高溫結焦試驗，進行活塞機后端除油設備中潤滑油ICP 分析。利用高溫斜板結焦器對 WS-460#和新型 150#在 250下做 6h 觀察實驗。 根據(jù)實驗

13、結果可知， 發(fā)現(xiàn) WS-460#生成結焦量大，顏色暗深，某型150#生成結焦量較少，說明 WS-460#積碳傾向性能不好，在高壓高溫條件下容易產(chǎn)生積碳，影響設備安全運行。對活塞機后端除油設備中潤滑油進行 ICP 分析后（表 2），從廢油元素分析來看，其含有鐵 元素含量較高，說明內(nèi)部存在磨損。進一步對比分析 WS-460#和新型 150#油抗磨性能，經(jīng)測 WS-460#在摩擦磨損試驗儀中四球 磨斑半徑為 0.464mm ，新型 150#油為 0.355mm ，說明新型 150#油具有更好的耐磨性。此外在粘度、 閃點、傾點等其他理化指標方面， 新型 150#油與 WS-460#、長城 LDAB-1

14、50 4502 基本相同（表 3）。因此認為新型 150#空氣壓縮機潤滑油在積碳傾向性、抗磨抗壓性方面優(yōu) 于 WS-460#潤滑油，有利于降低積碳產(chǎn)生、減緩摩擦損耗。目前，中國石化長城 LDAB-150 4502 型空氣壓縮機油和新型 150#空氣壓縮機潤滑油均在 CFA34機型上試用，均已連續(xù)運行約 700 臺時，目前各臺機組未發(fā)現(xiàn)明顯積碳，各級參數(shù)未 發(fā)現(xiàn)因油品引起的異常。5、結語本文梳理了往復式空壓機氣缸潤滑油發(fā)展歷程， 尤其是各類標準、 分類和牌號的變更過程和 淵源。從粘度、 閃點和積碳傾向性等關鍵性選型指標入手， 重點分析了 CFA34往復式空壓機 潤滑油選型過程， 對比使用過國內(nèi)外

15、不同牌號的 4 類油品， 得出的一些結論可供有同行業(yè)借 鑒。從選型案例中可見，針對高轉速、高壓力的純進口機型，進口油品無論是殼牌320#還是加德士 460#均有一定的優(yōu)點和缺陷，但完全可被國產(chǎn)150#空氣壓縮機專用油替代，部分指標甚至還優(yōu)于國外產(chǎn)品。 下一步將深入對比中石化 LDAB-1504502 型和新型 150#空氣壓縮機潤 滑油效果，繼續(xù)探索往復式空壓機潤滑油選型中的相關課題。參考文獻1 魏龍 .活塞式壓縮機潤滑油的選擇 J.化學工業(yè)與工程技術， 1998，19（4）：23-25.2 李微微，孫宏飛 .往復式壓縮機潤滑油的選用 J.中國設備工程， 2009，8： 28-30.3 蔡叔華 .我國壓縮機潤滑油研究的進展 J.潤滑油， 1995， 10（1）：24-27.4 吳旭東 .從 ISO 標準的演變看空氣壓縮機油的發(fā)展 J.合成潤滑材料， 2010，37（2）：36-40.5 中國石