合成压缩机油的工业应用

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发表于 2002-5-18 17:59 |只看该作者 |倒序浏览

合成压缩机油的工业应用

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近十多年，世界范围内的合成及半合成压缩机油需求量迅速增长，其主要由于随着压缩机技术的提高，向高压、高速、安全可靠，小型化，长寿命发展，因而对压缩机油的性能提出了更苛刻的要求，促进了合成压缩机油推广应用。
从用户的经济观点讲，选择合成油主要的为了节约资金，由于合成润滑油与矿物油相比具有优异的综合性能，如：高温氧化安定性好，残炭低，闪点高、挥发性低，低温性能好，润滑性能好，使用温度范围宽等等。由于采用了合成压缩机油可明显延长换油周期（延长8－10倍）；减少过滤器和油气分离器更换；减少机械另件如活塞环、轴承及密封件的更换次数，不仅降低了材料费，而且降低人工费用开支。特别的采用合成酯油，可明显减少油泥、沉淀和枳炭。提高曲轴箱的清洁度，保证良好传热，减少磨擦和运动部件的阻力，明显的降低动力耗费，一般节约7％左右。总的来讲，由于采用合成油，可取得很大的经济效益。

　　从安全因素来讲，用于压缩输送空气、化学气体等介质的压缩机，过去采用矿物润滑油，主要是往复式压缩机时常发生着火、爆炸等事故，引起了人们的关注，在分析事故原因中，有一半是由于润滑油与高温高压的空气接触发生剧烈氧化，生成焦炭物堵塞出口阀及出口管线的结果。并着手从两个方面研究解决这类问题：一是不断提高压缩技术水平，开发及改进压缩机的结构，出现了旋转叶片式、螺杆式压缩机等，目前此类压缩机由于结构简单、体积小、运转平稳、噪音小及维修费用低等优点，近二十年来发展很快，已经占据了相当大的市场，特别是在中小型压缩机已经占据主导地位, 早在七十年代末日本回转式压缩机已占压缩机总产量的76％。由于螺杆式压缩机有独立的油循环系统，很大程度上解决了由于积炭引起的安全事故。但这种喷油内冷式压缩机在使用过程中，供油呈雾状并与高温压缩气体充分混合，润滑油以很高的循环速度、反复地被加热和冷却，同时空气中的水气及腐蚀性气体更加速了的油品的氧化变质。这就对润滑油提出了更苛刻的要求，解决在高的排气温度下，抑制润滑剂的降解和沉淀问题。促进了合成压缩机油发展，多年来的实践证明合成压缩机油可以满足了高温、高压、高速等苛刻条件下工作的各类压缩机的性能要求，并以高出矿物油几倍的寿命安全无故障工作。

　　从环境保护方面来讲，由于合成压缩机油挥发度低，压缩气体带出的油降至很低，因而对大气的污染减少了。同时合成双酯型压缩机油具有可生物降解性能，同样减少了对环境的污染，是符合环境保护要求的绿色润滑剂，因而备受关注和采用。

　　目前，合成润滑油在压缩机领域得到广泛应用，其中注油式和浸油式回转式螺杆式空气压缩机及大型往复式压缩机是用量最大的市场之一。如西欧在八十年代末合成压缩机油销售量为6000t , 九十年代初上升到来10000。而美国销售量更大已超过15000t , 而且正以大于10％／年的速度增加。

　　目前下列各类型压缩机正在使用或扩大使用合成压缩机油：

压缩机类型使用的压缩机类型
空气压缩机双酯、多元醇酯、PAO、烷基苯、
冷冻压缩机  烷基苯、PAO、新型多元醇酯、
乙烯压缩机  聚醚、聚异丁烯、PAO 、
天然气输送压缩机  多元醇酯
氧气压缩机  磷酸酯
船用LNG  PAO、酯类

二、合成压缩机油的类型及其特点：

　　目前用做压缩机油的合成油有酯类(双酯、新戊基多元醇酯)、合成烃、聚醚及硅油等。可根据压缩机的结构、压缩介质、技术参数及工况条件来选用合成油的类型。上述几种合成油除具有共同的特性外，又各有不同的特点，

　　合成油的使用温度极限

项目起动运转温度连续运转温度间歇运转温度;
矿物油－35∽－12℃ －12∽105℃ 105∽160℃
PAO ― ―  58∽―43℃  43∽175℃  175∽298℃
加H半合成油  48∽―32℃  32∽168℃  168∽260℃
多元醇酯  54∽―30℃  30∽204℃  204∽260℃
聚醚－40∽-20℃ --20∽200℃ 200∽250℃

　　不同类型压缩机油润滑性能对比

项目四球机磨损数据(磨斑直径 mm) 磨擦系数
1200rpm
75℃ 1800rpm
150℃ 1200rpm
75℃ 1800rpm
150℃
(398N)
石油基  0.43 0.78 0.099 0.111
双酯型  0.36 0.58 0.079 0.079;
PAO型  0.40 0.42 0.093 0.079

　　合成油与矿物油生物降性对比（CEC-L33-T-82法）

油类型 100℃粘度m㎡/s 生物降解率％粘度指数
精制矿物油 ⒑4 24  90∽102
5.2 17
PAO 3.6  9 145
PAO  7.8  0  155
双酯 3－5 75∽100 145
多元醇酯  4－9 70∽100 135
聚醚  6－40 ＞180

1．酯类油

　　用作合成压缩机油的酯类主要有新戊基多元醇酯和双酯。酯类油以它特有的优异的综合性能满足了大多数螺杆式及往复式空气压缩机的润滑要求。

　　酯类油突出的优点是：

　　良好的高低温性能、热氧化安定性、闪点和自然点比矿物油高出40℃左右，使用温度比矿物油高出50℃。
极低的挥发度，耗油量少，仅为矿物油耗油量的1／8。

　　残炭低、溶融性好，保持润滑系统的高清净度，加之闪点高和自然高，大大提高了设备运转的安全性，避免安全事故的发生。

　　酯类油是具有极性与金属表面形成的油膜强度高, 因而磨擦系数低，具有良好的润滑性能。

　　酯类油的导热系数高，其导热率比矿物油出动15％，同时比热较大，热容量比矿物油大5∽10％。因而散热性好，可有效降低油箱及润滑系统的温度。

　　酯类油毒性极低、且具有可生物降解性，特别是用于压缩机油的双酯和多元酯生物降解率可达90％以上，可减少对生态环境的污染。

　　合成油解决的许多润滑问题与温度有关，为了解决防止水和其它但这超过一般矿物油的耐热能力致冷剂在压缩机系统中冷凝。所以要求压缩机在高温下工作有利，。由于矿物油含有蜡的凝胶作用及件件低温性能差，粘度指数低，在野外和低温条件下压缩机启动很困难。而合成油良好的高低温性能、粘温性能、宽的使用温度范围，解决了上述问题。合成油在高温下具有较高的粘度，在低温下容易压缩机容易启动，运转过程中粘度较高的合成油保证了螺杆式压缩机具有高的容积效率。

　　合成酯型压缩机油则更适用于工作温度高于93℃，连续重负荷的多级高压螺杆式空气压缩机，使用寿命可比PAO型油延长一倍。合成酯油另一主要特点是残炭低，使用中抑制油泥、沉淀和积炭的产生，提高了曲轴箱及油品的清洁度，使传热良好、减少磨擦和运动部件的阻力，从而减少维修和停工时间，可减少动力耗费用7.2％节省动力3％。而合成酯用于往复式空气压缩机，其高闪点和良好的氧化安定性更显出其优越性，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，更严重的是原用矿物油时，由于残炭、锈蚀润滑剂的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。

　　由于双酯型压缩机油的应用，取得了相当可观的经济效益。如国外某公司用了三年时间对100台回转叶片式和螺杆式压缩机试验，对试验的双酯型压缩机油及压缩机进行跟踪监测，所有试验的压缩机都超过了予期的换油时间。回转叶片式压缩机换油期由原来用矿物油的500小时延长到4000小时以上，其中有几台试验持续了10000多小时。回转螺杆式压缩机则由原来的1000小时延长到8000小时以上，而有几台试验长达13000多小时。同样在往复式压缩机用双酯油进行试验，提高了气缸和曲轴箱的清洁度，使阀门的清洗周期延长了七倍。

　　目前世界各大石油公司如Mobil、shell、BP、Esso、Castrol、Caltex、Ethel、Tanneco、Amoco 等等都开发了自己的酯类合成压缩机油系列产品。

　　双酯型压缩机油的典型数据

项目  Tanneco Anderol 系列 Mobil Rarus 系列
-495 -496 -497 -500 －824 －826 －827
ISO粘度级别 32 46 68 100; 32 68 100
运动粘度厘斯 40℃ 28.0 42.6 61.2 94.7 28.2; 66.5 87.0
　　　　　　　100℃ 5.5 8.0 7.4 9.2 5.3 7.5 8.2
粘度指数 130 150 74 60 100 63 50
闪点 ℃ 230 232 237 ＞240  232 221 221
凝点 ℃ －60 －60 －37 －37 －54 －37 －36

2. 合成烃（PAO）

　　合成烃这里主要指聚α烯烃，由于合成烃油在许多性能优于矿物油，因此在工业领域应用越来越广，其中包括压缩机油的应用。

　　合成烃具有倾点低、粘温性能好、粘度指数高，闪点高、蒸发损失小、残炭低、良好的高温和热氧化安定性，对非金属及金属材料适应性好，无毒等特点。
合成烃油主要的性能特点：

项目  PAO4 PAO8 矿物油 HVI
100N 200SN
运动粘度 mm/S 100℃ 3.84 7.82 3.81 6.42 3.75
　　　　　　　40℃ 16.7 30.92 18.6 40.79 16.2
　　　　　　　-40℃  2390  18200  固体固体固体
粘度指数  130 145 89 102 121
倾点 ℃  －72 －57 －15 －6 －26
闪点 ℃  213 258 200 212 206

　　从上述数据看出合成烃油的粘度指数大于是135，可以代替粘度指数改进剂用于调配各类润滑油，并具有良好的抗剪切性能。良好的高低温性能可在较宽的温度范围内使用，保证油品在寒区野外作业的机械设备具有良好的低温启动性能和泵送性。

　　合成烃油在化学性能方面具有：良好的热安定性，

　　几种油的热稳定性对比 (铝板温度310℃ 、油温度计121℃)

油品名称清洁度评分
矿物油 0
烷基芳烃 2.0
聚α烯烃 8.0
双酯 8.0
聚α烯烃／多元醇酯 9.5

　　注评分标准 10为清洁 0 为严重积炭

１。良好的抗氧化安定性：

　　聚а烯烃比矿物油具有更好的氧化安定性，如同样条件下进行氧弹试验，压力降至172Kpa的时间矿物油100SN和250SN分别为100分钟和180分钟。而PAO4号和6号分别为380和400分钟，比矿物油延长了一倍的时间。

２。良好的水解安定性:

　　聚a烯油具有良好的抗水解安定性，一般在有水的情况下比较稳定。

３。良好的材料适应性：

　　聚a烯烃油与矿物油对金属和非金属材料的适应性基本相同，

聚a烯烃的主要缺点：

　　一是会使某些橡胶产生收缩和变硬，这样会影响密封性能，为此需加入橡胶膨胀剂。

合成烃油对各种橡胶性能的影响

橡胶名称重量变化％  体积变化％  硬度变化％
丁腈胶－8.9  －11.4  ＋29.5
氯丁胶  －1.9 －1.2 ＋16.5
氟橡胶＋0.2 ＋0.5 －1.0
石棉橡胶＋7.2 ＋9.1 －3.5

　　另一缺点是对某些添加剂溶解性差。以上两个问题可以通过加入少量酯类油得以解决。

合成烃油的应用：

　　由于合成烃优良的综合性能，使其应用范围不断扩大。特别适用于在高温下及宽温度范围使用的润滑油及在寒区、严寒区及野外作业的机械设备一般矿物油满足不了要求的情况下。目前已经在汽车发动机油、压缩机油、液压油、齿轮油、循环系统用油等得到广范应用。

　　合成烃(PAO)油具有好的水解安定改性、优良的水分离性和高温氧化安定性，特别适用于工作压力为小于1Mpa、工作温度不高于82℃的离心式空气压缩机的密封件、齿轮和轴承的润滑。可以延长压缩机的使用寿命，一年由于延长了换油周期和检修周期延长了滤油器的使用寿命，减少了停工时间，提高了生产效率。可节省的经费远超出了由于采用合成油而增加的费用。

　　由于合成烃无毒、无色在食品和医药工业得到应用，用于食品级的合成烃螺杆式空气压缩机油加入符合美国食品和药品管理（FDA）法规的添加剂后，其工作寿命也可达到8000小时。

　　由于合成烃具有良好的抗化学稳定性，对化工厂生产的二氧化碳、二氧化硫、氯化氢、氯代,甲烷等酸性气体被压缩时，压缩机设备及润滑油均受到化学腐蚀，且随着压力和温度的升高而加剧。由于矿物油有抑制催化剂的作用，一般禁止使用。合适的润滑油有合成烃、硅油、和加氢例裂解饱合烃，由于合成烃与上述压缩气体不互溶，在回转式压缩机中保证有更好的容积效率，效果很满意。

　　合成烃在冷冻压缩机中也有广泛的应用，因具有支链多的特点，能提供三维厚油膜，提高润滑性，对以氨和卤代烃（R－12、R－22、R－114等）为致冷剂的压缩机，合成烃与致冷剂匹配极其稳定，其很高的粘度指数和良好的低温性能保证了压缩机在很低的温度下冷启动。合成烃不含蜡、无絮凝点，不存阻塞膨胀阀和控制管的问题。同时合成烃还适用于高温下工作的工业热泵。如用于压缩温度高达成120℃的R－114系统具有良好的稳定性。低粘度的合成烃在用于R－13及R-503致冷系统中，蒸发器的温度可以低于－46℃。都能很好的满足使用要求。

　　合成烃(SHC)压缩机油典型数据

项目  HITEC 系列 Mobil Rarus
5032  5046  5068  1024  1025  1026
ISO粘度级别  32  46  68  32  46  68
密度  0.85  0.856  0.859  0.856  0.858  0.859
运动粘度厘斯 40℃ 31.1  43.8  65.6  30.2  42.9  64.8
100℃  5.78  7.38  10.2  5.5  7.35  10.1
粘度指数  130  133  141  130  134  143
凝点 ℃  －54  －54  －50  －54  --54  --51
闪点 ℃ 218  245 245 220 242 246

3、聚醚类油（PAG）

　　聚醚润滑剂以环氧丙烷均聚或与环氧乙烷无规共聚的产物为主要基础材料，自二十世纪六十年代工业化以来，其应用范围不断扩大。聚醚型油由于具有低倾点、低温流动性好，高闪点、可达220℃以上，高粘度指数、一般＞200，良好的润滑性能，由于聚醚分子具有极性，承载能力高，在各种润滑状态下能形成稳定的油膜，特别对钢／青铜摩擦副的抗腐蚀性更好，独特的高温性能，尤其是利用聚醚分子中的可变因子灵活的调聚不同粘度的产品，以满足各种性能的使用要求。而聚醚与烃类气体很低溶解性的特点，因而在化工企业用于压缩输送烃类气体的压缩机得到广范应用。聚醚油的这些特点使其的成功的在高温润滑油、齿轮油、压缩机油、抗燃液压油、制动液、金属加工液及特种润滑脂基础油等等领域得到了广泛的应用。是目前合成润滑剂产量最大的类型之一。

　　在大型高压乙烯生产装置将乙烯、醋酸乙烯混合原料气体通过超高压压缩机输送到反应器中, 此类压缩机的吸气压力为26MPa, 出口压力为所欲为300MPa, 压缩机油是在柱塞与密封件之间起润滑和密封作用，而且压缩机是长期工作，工况条件十分苛刻。采用矿物油时，高压乙烯气体会很容易将压缩机油稀释，造成润滑不良、压力下降，以至引起密封件磨损、气体泄漏而造成仃工仃产。而采用聚醚型压缩机油就可以解决上述问题。

　　由于烃类气体在PAG油中的稀释度很低，回收的气体中油的携带量很小，特别适用于已烷、丁烯等烃类蒸汽的回收，耗油量很低，换油期可达一年以上。同样PAG广范用于致冷剂为丙烷螺杆压缩机的使用经验表明，PAG油的容积效率比矿物油高出18％，压力比为2－10 时绝热效率增加5％－8％，PAG油的密封寿命延10倍以上。

　　PAG油另一特点是在高温（＞220℃）有氧的存在下容易断链生成的低分子氧化产物，能溶解在油中或迅速挥发掉，所以PAG在高温下使用不会生成沉积物和胶状物。且对添加剂感受性好加入酚类及芳胺类高温抗氧剂后可以明显改善高温抗氧化安定性。另外，以酚类和胺类为引发剂的无规则聚醚具有较高的热氧化安定性。因此在润滑领域得到广泛应用。特别是在高温链条油、齿轮油、压缩机油等用量较大。

　　PAG油还特别适用于在石油化工等以丙烷为致冷剂的大型螺杆式压缩机的润滑。

　　近几年来，国内各大炼厂为了节约能源，消灭炼厂可燃气体的排放的火炬，减少对环境的污染，采取了用螺杆式压缩机回收火炬气体的措施，回收的气体又作为加热炉的燃料。由于火炬气体主要含有甲烷、乙烯等烃类气体，采用聚醚型压缩机油是最隹选择。

　　聚醚型压缩机油石油化工行业用量最大，国内外许多公司都有自己的产品系列，其典型产品主要性能如下：

　　聚醚型压缩机油典型产品主要性能

项目  西德美国 SHELL  国产  意大利Agip
B11／150油  24KT油 Malleus G  4511油  DVS 40
运动粘度厘斯 40℃  222.2 34.5 197 223.9 288/320
　　　　　　　100℃  42.4  13.9 34  42.4  --
粘度指数 245 418 >200 245 >150
闪点（开口）℃  235 282 240 239 240
凝点 ℃  －50 －60 －43 -48 ---
酸值 mgKOH/g  0.12 0.14 --- ---  ---