螺杆式空压机使用替代品润滑油的危害

某涤纶厂引进德国5台螺杆式空压机组，为纺丝装置提供稳定的压缩空气，压缩机轴承、螺杆的润滑油，使用国内经销商提供的随机配套专用压缩机油（以下简称专用油）。按照制造厂商提供的设备运行说明，该空压机运行4000h以上才需更换润滑油。但自2000年设备投入运行以来因其专用压缩机油结胶、积炭严重，油品质量下降，导致空压机相继发生多次严重故障，致使3台机组更换机头；设备最高连续运行时间2717h，最低运行时间827h，因润滑油性能下降被迫换油。由于润滑油更换频繁（每升润滑油80元，一台压缩机更换一次润滑油需1.36~1.6万元），机组检修费用居高不下（更换一次机头需24.5万元），给企业造成巨大损失。
1．专用油失效分析
由于供应商拒绝提供专用油的性能参数及理化指标，只能委托权威机构对专用油进行了理化分析。分析结果为其基础油是矿物油，主要组分有烷烃、环烷烃、芳烃等，同时含有极少量的氮、硫、氧的化合物。烃在100℃以上的温度，特别是有金属接触下，抗氧化性能下降，很容易生成氧化物和脂肪类产物，并进一步缩合成胶质、青质等。这些产物与吸入气中的机械杂质和压缩机内金属磨屑混在一起，沉积在机件表面上，被进一步加热生成积炭。由于螺杆压缩机的特殊工况，矿物型专用油不可避免地出现氧化、积炭现象。具体的氧化过程影响因素如下：
(1)高温 温度是引起油品氧化的主要因素，温度每升高10℃，氧化速度增加一倍，压缩机运转时，压缩机油不仅需收机件的摩擦热，还要吸收压缩气体产生的压缩热，因而压缩机油长期处于高温下工作。在螺杆式空压机组中，从喷入气缸压缩腔到分离器与压缩气分离前，润滑油基本以雾状存在，其表面积大大增加，与热的压缩气充分混合，温度迅速上升。
(2)高的氧分压 氧分压即气体总压力与气体中氧的体积百分数之积。润滑油的氧化速度与氧分压成正比，因而压缩机运转时，润滑油比在大气中更易氧化。
(3)冷凝水及金属的氧化催化 水分和金属都是润滑油氧化的催化剂，两者同时存在对油品的氧化有更为显著的加速作用。
(4)残炭 在螺杆式空压机中，润滑油反复地经受加热和冷却，因此易老化变质，最终生成残炭。
2．双醋型合成压缩机油的适用性
压缩机油中的残炭会影响压缩机的正常操作，不仅造成压缩腔和排气阀的磨损，还会使排气阀失灵，残炭也会增加金属的热阻，引起局部过热。除造成压缩机机械故障外，残炭还会引起压缩机着火爆炸。据统计，空压机着火爆炸的事故中，有40%是由残炭引起的。所以要保证压缩机安全运转，就必须提高压缩机油的氧化安定性，以减少残炭。
合成压缩机油正是为满足这一需要而发展起来的。近年来，合成压缩机油不仅成功地用于回转式压缩机的润滑，而且用于往复式压缩机的润滑。用作压缩机油的合成油种类较多，表2列出了常用的合成压缩机油种类及其主要优缺点。
表2 用作压缩机油的合成油
美国坦纳克化学公司1976年开始研制双醋合成压缩机油，在100多台滑片、螺杆和往复式压缩机上的使用结果表明，双酯型压缩机油具有如下优点：
（1）氧化安定性好，残炭少，换油期延长8倍（滑片式从500h延长到4000h，螺杆式和往复式都从1000h延长到4000h）。
（2）挥发性低，因而耗油量少。对双动往复式压缩机和螺杆压缩机，耗油量减少30%，仅为矿物压缩机油1/8。
由于耗油量少，同时减少了储备油品和处理废油的费用。
（3）极性较大，因而摩擦因数较低，液膜强度较高，测得低粘度双醋承载能力是同粘度矿物压缩机油的两倍。
（4）导热系数较高，其热传导率比矿物油高15％，且比热较大，热容量比矿物压缩机油大5％~10%，因而使用双酯不仅延长了换油周期，还可降低油箱温度。
（5）抗乳化能力较高，空气中带入的凝结水易从油箱中放出。
鉴于双酯型合成压缩机油针对螺杆式压缩机的适用性，根据机组情况选用了一种国产双醋型合成压缩机油替代原来所使用的矿物油型专用油，并对两种油的理化性能进行了对比（表3），国产合成压缩机油的氧化安定性好，残炭低，抗乳化性、抗泡沫性等均优于矿物油型专用油，完全能够取代该油。
专用油与双酯型合成油性能对比
3．替代后的效果
用国产双酷合成压缩机油取代矿物油型专用油经运行不同时间后进行跟踪监测，共取样6次，各项理化性能指标
从表4、5可知，新油使用827h后的粘度、酸值、残炭有一程度的增加（可能与新油使用前压缩机未清洗干净有关），但随着使用期的延长，一般理化性能、高温氧化性能（表5）趋于稳定，油中的金属元素含量（表6）基本不变，表明国产双酯型合成压缩机油具有优异的润滑性能。
另外，在排出压缩机中原专用油时发现有结胶、积炭现象，油盆底部有许多积炭渣滓，用双酷型合成压缩机油清洗时仅加入52L油，造成清洗不彻底，在合成压缩机油运行一周时出油滤器堵塞报警现象，对润滑油进行了2h左右的循环过滤设备运行1000h取油化验时，油盆底部未再发现碳化渣滓，证合成压缩机油对结胶、积炭有一定溶解、清洗作用。目前，空压机已连续运行8000h，没有发生任何故障。
4．结论
国产双酯型合成压缩机油的残炭、高温抗氧化、抗乳化等理化性能优于矿物油型专用油。替代后减少了润滑油和备件的消耗，缩短了停工时间，大幅度降低了生产成本。国产双酯型合成压缩机油每升40元，仅为矿物油型专用油（每升80元）的一半。

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