由于汽油加氢装置新氢消耗量较低且新氢压比较高,因此往复式压缩机在汽油加氢装置中广泛作为新氢压缩机使用。而压缩机的活塞支撑环的无油润滑在汽油加氢装置也得到了应用。
1 往复式压缩机活塞环润滑方式
往复式压缩机活塞支撑环的润滑方式主要分为有油或少油润滑和无油润滑两种。
1.1 有油润滑
密封件和金属配合件(活塞杆或缸套)之间存在一层油膜,它能有效减少密封件之间的摩擦,但有油润滑要求配备的设备相对复杂,应用时一般要配备注油器以及防止润滑油进入工艺系统的脱油设备,从而增加了维护工作。另外在对压缩气体纯净度要求较高的工况时或者压缩气体与润滑油会产生反应的工况时,有油润滑的使用会受到限制[1] 。
1.2 无油润滑
无油润滑在非金属密封件和金属配合件之间不存在油膜,为减少摩擦件之间的摩擦系数,一般利用聚四氟乙烯材料硬度较低的特性,使其在相对于金属配合面往复的运动中,将少量被磨损下来的非金属粉末镀覆在金属表面的微小的凹坑里,使摩擦副之间形成非金属与非金属的摩擦关系,从而大大降低了摩擦系数,延长了支撑环与金属配合件的使用寿命。
无油润滑压缩机具备了诸多有油润滑压缩机所达不到的特点。(1)被压缩气体不带油污,不需脱油处理,不污染工艺系统。(2)能耗低。(3)结构相对简单。(4)总投资费用低[2] 。但无油润滑技术还存在一定的不足,由于无油机采用的是自润滑材料作为活塞环和导向环,活塞支撑环磨损非常快,因此本文将针对磨损的原因进行分析探讨。
2 无油润滑压缩机活塞支撑环磨损原因分析
2.1 新氢压缩机使用概况
汽油加氢车间共有2台两级对称式往复压缩机,分别为A机和B机,两机活塞环的润滑方式为无油润滑,活塞环、支撑环和填料材料型号为HY611。
新氢压缩机共发生过两次磨损状况。第一次为B机二级填料发生泄漏,对B机进行拆解后发现其一、二级气缸活塞支撑环磨损严重,且二级气缸出现严重的拉缸情况,此时该机运行时间为2616小时。对活塞环、支撑环、填料重新选材,用型号为Y101材料对上述配件进行了重新设计生产,并将其更换至A机上。然而该机运行后仅6天便发现其活塞杆沉降出现明显变化,对压缩机进行解体发现该机支撑环再次出现明显磨损。
2.2 磨损原因分析
2.2.1 第一次异常磨损原因分析以下原因检查后排除:
(1)首先对压缩机的零件的加工尺寸、直线度及活塞的重量进行了检查,与原设计一致,排除了因压缩机零部件的加工偏差而造成的活塞支撑环磨损过快。
(2)按照活塞和活塞杆的重量,经过计算,一、二级活塞支撑环的实际比压分别为0.0317MPa和0.0339MPa,满足API618中支撑环的比压不大于0.035MPa的设计要求。
(3)经测量与核算该机的活塞运动速度为3.36m/s,小于设计中规定的3.5m/s。
(4)压缩机支撑环的径向尺寸与气缸间的间隙也符合规定,充分考虑了活塞环所在工作环境温度下的热膨胀系数。
(5)对压缩机安装数据进行核实,实测数据与说明书中的要求一致,排除了因安装错误而造成的活塞支撑环磨损过快。
结合抽样化验和数据分析初步怀疑以下原因:由于压缩机介质氢气来源于电解氢气,氢气纯度经化验检测为99.47,纯度极高,在此情况下的氢气为极干气,即气体露点低于-70℃,该工况下对支撑环材料的耐磨性及着床磨合性要求极高。由于本次使用的材料为HY611,在相对较湿的情况下才能体现出很强的耐磨性,因此不适用于极干气的工况,进而造成活塞支撑环磨损过快。
2.2.2 针对新氢压缩机A机活塞支撑环的第二次异常磨损原因分析
以下原因检查后排除:
(1)首先对压缩机新的活塞环和支撑环的尺寸进行了重新检查,与原设计一致,排除了因压缩机零部件的加工偏差而造成的活塞支撑环磨损过快。
(2)由于其它基本数据上次检查已经核实本次未重复确认。
本次初步确认为缸套表面粗糙过低,表面过于光滑所致:
由于A机活塞环采用的材料Y101(由聚苯硫醚和聚四氟乙烯组成的混合物,在干气、无油润滑工况下有良好的抗变能力)为自润滑材料,当活塞在开始运动时,非金属材料的环与缸套之间由于磨合会不断有细小的粉末产生,填充在缸套的凹坑里,一段时间过后,这些粉末便会在缸套表面形成薄层,这层薄膜这就是着床镀层,正是由于这层着床镀层的存在使得活塞环形成自润滑。因此对于无油润滑工况而言,与非金属材料环配合的工作面的表面粗糙度是一个非常重要的参数,过于光滑并不利于非金属材料环的着床。一般而言,表面光洁度的选择与表面硬度有关,气缸表面的粗糙度最好为Ra0.4~0.6цm[3] 。
依据设计要求,一级缸套表面粗糙度要求为Ra0.6um,二级缸套的表面粗糙度要求为Ra0.4 um,而用便携式表面粗糙度测试仪MAHR测量一级气缸缸套的表面粗糙度为0.08 um,发现表面很光滑,二级气缸缸套的表面粗糙度为0.12 um,目测缸套表面成镜面形态,缸套表面如此光滑,使密封副无法形成有效镀膜而加剧磨损。
分析原因是安装重新设计制造的活塞环之前,已经使用原活塞环运行了一段时间,因密封副的摩擦造成缸套表面粗糙度下降,以致于不能满足重新设计的活塞环自润滑的要求,而导致新活塞支承环快速磨损。
3 结语
压缩机无油润滑与有油润滑各有优点与不足,在设备选型时应根据压缩机设计标准和压缩机的实际运行工况进行选择。由于汽油加氢装置新氢为极干气的特殊生产情况,因此压缩机的活塞环材料经过三次选型和实践才找到了合适的活塞环材料。可以看出压缩机的无油润滑对材料和工作环境的要求很高,影响无油润滑使用效果的因素很多,因此在一些比较特殊的情况下,压缩机在选用无油润滑时一定要慎重。
摘要：往复压缩机支撑环的润滑方式主要有有油润滑和无油润滑。本文主要对无油润滑在新氢压缩机装置应用过程中出现活塞支撑环磨损的原因进行了探讨,发现无油润滑对零件的选材和所应用工作环境的要求较高,并将影响无油润滑的应用效果。
关键词：无油润滑,活塞支撑环,磨损,极干气,粗糙度
参考文献
[1] 叔华,林报国.压缩机润滑及其用油.北京:中国石化出版社,1993.
[2] 朱圣东,邓建,吴家声.无油润滑压缩机.北京:机械工业出版社,2001.
[3] 程星辉.全无油压缩机的新结构.压缩机技术,2005(4):23—25.