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技术文章

无油润滑技术在活塞式氮氢气压缩机高压段气缸中应用

        一、问题的提出
  压缩机无油润滑技术作为一种节能改造新技术,自产生并在各行业各种压缩机上推广应用至今已有60多年历史了。目前我国在氧压机、氢压机、空压机和氮氢气压缩机上都有较好应用,作为氧压机气缸是必须采用无油润滑技术,那末作为化肥行业中广泛使用的氮氢气压缩机,采用无油润滑技术能够获得多少收益,采用无油润滑的压缩机其易损件工作周期以及机台输气量是否会受到影响?这是预备采用该项技术时往往会产生的问题。本文就氮氢气压缩机气缸中应用无油润滑技术的优越性以及所能获得的效益来说明无油润滑技术采用的必要性,以推广应用无油润滑技术三十余年来的实际事例来印证无油润滑技术在压缩机上应用的可行性。
  二、氮氢气压缩机高压段气缸采用无油润滑技术的必要性
  1. 采用无油润滑技术能有效稳定高压段气缸活塞环工作周期:
  氮氢气压缩机高压段气缸的工作压力很高,一般达13—31兆帕,实际情况是这些高压气缸的活塞环注油工作时工作寿命往往存在较大问题,工作1—2个月就发生磨损,产生大量泄漏被迫停车更换的情况并不少见。显而易见,这种情况的存在对机台的出率和企业生产状况的稳定带来很大的负面影响,严重危及企业生产能力提高,影响企业的经济效益。
  分析这些气缸活塞环工作寿命难以稳定达到预期工作周期的重要原因是高压气缸注油系统故障。因为在高压段气缸活塞环所受的背压值十分巨大,它可以是低压段气缸活塞环工作时所受背压的上百倍,在如此大的背压值作用下,必须要求气缸注油系统工作状况良好,气缸内要有充足的以减少环与气缸壁的摩擦系数,以避免活塞环工作时产生短期超量磨损。这就对高压气缸的注油系统提出了十分高的要求,注油器的压力必须超过气缸工作压力,才能进入气缸。因此高压气缸的注油器工作负荷很大,修理要求也很高,生产实际中经常发生注油器故障,稍不留意注油器就不注油,严重影响高压段活塞环工作寿命。
  与此相对应的在无油润滑气缸内活塞环具有良好的自润滑性能,运行时不需要向气缸注油润滑,活塞环就能保持良好的摩擦工况,正常工作。目前高压气缸中无油润滑活塞环的材质一般采用FH-1A金属塑料复合材料,该材料具有良好的自润滑性能,良好的耐磨和密封性能,保证了其在31兆帕高压气缸中无油润滑状况下的工作周期可达4000小时。对某些非凡结构气缸例如高压平衡式的气缸活塞,无油润滑工作周期甚至可达8000小时左右。这是因为无油润滑结构的活塞组件其运行性能已摆脱了对的依靠,因此有效地避免了高压注油系统故障对其运行周期的影响。
  这就是采用无油润滑技术可以有效稳定高压气缸活塞环工作寿命的原因,也是高压气缸采用无油润滑技术的一大优点。
  2.节约用油:
  在活塞式压缩机中当以铸铁为活塞时环材料注入气缸用以润滑的上等机械油消耗数量很大,以年产10万吨合成氨的化肥企业来说,单在压缩机高压气缸加入的数量可达每年20吨,单价值就达20万元。此外,我国石油资源不算丰富,假如压缩机采用无油润滑运行,节省了大量的石油资源消耗,其意义就更大。
  3.净化气体、降低生产成本、实现增产节约:
  压缩机气缸在运行中有注入时,这些不可避免地要被雾化并随着被压缩气体一起被送出,虽然高压机出口一般设有油分离器,但是分离器的分离效果绝不可能达到百分之百,因而在注油运**缸的出口气体中经常夹带油雾。化肥生产用的氮氢气压缩机出口所夹带的油雾会进入精炼系统、合成氨系统或甲醇系统以及高压甲烷化系统均会对生产系统带来很大危害。
  例如,压缩机六段气缸出口气体送精炼系统,假如气体中夹带油污进入醋酸铜氨液中会恶化铜液质量,使得气体微量指标不能得到保证。清理油污或者更新铜液所耗费的资金显然会大大升高合成氨生产成本。
  又如:压缩机七段出口气体送合成氨生产系统,此补充新鲜气体中如油污成份较高,那末,气体进入合成塔后会将油份带入触媒筐,油污接触到触媒会包在触媒外表,使其长久性中毒而失去活性,其结果是合成反应热点下移,合成塔生产能力降低继而提早更换触媒。有企业反映,一次检修更换触媒时从合成塔下部排出30多公斤,足见气体夹带油雾量不少。
  再如:在生产甲醇的企业中,由于甲醇触媒敏感性更强触媒更易中毒老化,净化气体对甲醇生产系统意义就更大。某企业原来甲醇触媒4个月就要更换,全部压缩机高压气缸采用无油润滑后触媒使用周期延长到12个月。由此可以清楚地看到,采用无油润滑技术净化气体,对降低生产成本、提高生产效益,增产降耗的作用的确很明显。
  *后,化肥生产企业当前进行一系列的生产工艺改革,其目的自然是为进一步节能降耗。比如,采用高压甲烷化工艺取消精炼工序就是其中之一。高压甲烷化就是在高压下将微量一氧化碳和二氧化碳转化成甲烷,该转化由触媒催化完成,该触媒更敏感,气体带油份将使微量不合格。因此采用该工艺生产时要求压缩机高压气缸不注油运行。
  综上所述,对氮氢气压缩机所压缩气体净化非凡是高压段气体的净化对化肥生产有一系列的益处,为企业进一步节能降耗、增加效益、提升活力。压缩机高压缸的无油润滑并非可有可无,而是势在必行。
  三、压缩机高压段气缸采用无油润滑技术的可行性
  1.无油润滑活塞环运行时密封性能良好,保证机台输气量:
  活塞在气缸中运行时依靠活塞环的密封作用阻止被压缩气体泄漏,从而保证了机台输气量,达到一定的生产能力。无油润滑的活塞在作结构设计时就对其气密性能作了周密考虑,将运行时泄漏量降到答应水平2%左右。因此运行中不需要在气缸中添加,用油膜来辅助气密性。实际运用表明无油润滑机台的气密性良好、泄漏量小,输气量有保证。
  例一:山东恒通化工股份有限公司化肥厂,压缩机高压缸实行无油润滑情况如下。
  ①. 压缩机配置: MH92/31.4 (七级压缩) 七台
  M73/31.4 (六级压缩) 二台
  4M8K4-36/320 (六级压缩) 五台
  ②. 高压段气缸采用无油技术情况:
  14台压缩机的高压段(MH92六七段、4M8K4、M73五六段)于2002年全部完成无油润滑改造,运行至今。活塞环平均工作寿命4000小时,其中MH92七段工作寿命达8000小时以上。
  ③. 实行无油润滑后的机台出率情况:
  采用无油润滑技术前后机台出率对比
  时间 改造情况 平均开机 氨产量 醇产量 合计 平均台机出率
  (台) (吨/年) (吨/年) (吨/年) (吨/日.台)
  1999年 全部压缩机气缸
  注油运行 24.7 144789 12629 157418 17.7
  2002年 全部压缩机高压段气缸采用无油润滑 26.5 145390 40470 185861 19.2
  注:开机台数折成4M8K4,氨醇产量按1:1计。
  从上述台机出率情况看,在2002年全部机台高压缸采用无油润滑运行后,机台平均出率比采用注油运行时不低,表示无油润滑活塞环的气密性良好。
  例二:河南省陕县金茂化工有限公司,无油润滑改造情况。
  ①. M73/31.4压缩机五台,五六段缸为取消平衡段结构。
  ②.2001年前,五台M73机五六段缸注油运行,由于活塞环耐磨性能和密封性差,运行经常发生泄漏,六段缸气体漏向五段,使得五段工作压力超高,使用一个月就要更换活塞环。
  ③. 2001年在M73机五六段缸中采用无油润滑技术。
  由于无油润滑活塞环耐磨性能好、气密性也好,运行半年后活塞环仍然保持良好密封,在五台机五六段缸全部改成无油运行后,五段超压情况彻底消除。在用红外线测温仪测量五段出**门温度时发现其工作温度比注油时低5?C,证实六段压缩时漏向五段的高温气体大幅度减少,使得五段出口气温下降。
  ④.该公司对于取消平衡段的M73机气缸采用无油润滑技术,改善了活塞环气密性能,从而减少了设备内漏,提高了机台出率的作用十分满足。
  以上二个事例,可以清楚地看到,压缩机高压气缸内采用无油润滑技术活塞环气密性和机台出率均有充分的保证。
  2. 无油润滑活塞环具有良好的耐磨性能,使得活塞组件的气密性能能维持足够长时间:
  作为压缩机活塞环,不仅要能具有足够的气密性而且要有良好的耐磨性能,以将气密性保持足够长的时间。实际应用表明,如今我们所采用的无油润滑活塞环具有以上性能。
  目前高压段气缸的无油润滑活塞环材料采用FH-1A金属塑料材料,该材料是在烧结形成的多孔铜粉层中浸渍入聚四氟乙烯材料,使之既具有聚四氟乙烯摩擦系数低,又具有金属材料传热性好、热胀系数小、热强度好的优点。该种材料的许用PV值是填充聚四氟乙烯的10倍。高压段气缸活塞环所受的“背压”值(工作时将活塞环贴紧气缸壁的正压力值)比较大,只有许用PV值高的材料才会较耐磨。当今,我们采用FH-1A材料作高压气缸活塞环,使活塞环工作时磨损量极小,使之在4000小时运行仍能保持良好的气密性,从而稳定延长了其有效工作寿命。
  3. 四氟预膜缸套和金塑活塞环组成良好的摩擦副,使活塞环工作寿命得到保证:
  在气缸中,活塞环和气缸套是一对摩擦副,要保证活塞环的良好自润滑状况,对磨件性能是非常重要的一环。我们采用具有一定粗糙度的珠光体球墨铸铁缸套,用挤压工艺在内孔挂一层聚四氟乙烯薄膜层,对于进一步减小环与缸壁之间的摩擦系数、减轻运行时的活塞环磨损、稳定活塞环寿命起了十分重要的作用。
  上述事例证实,压缩机高压段气缸实行无油润滑运行不仅十分必要,而且,使用效果良好、切实可行。
  四、结语
  当前,我们所把握的无油润滑技术,已经能够使活塞环具有良好的密封性能,能在高压段气缸中稳定运行。从目前已推广实行的30多个机型,在50多个企业300多台机台上的运行效果来看,气缸直径从48到220的各种气缸其正常工作状况的无油润滑运行,连续运行周期已达到4000小时以上。
  在压缩机高压段气缸中实行无油润滑运行不仅能节约用油、稳定活塞环工作寿命、减少机台泄漏提高出率,还能净化气体,改善生产工艺条件、实现增产降耗,确实是一项一举数得的新技术。
  无油润滑技术在氮氢气压缩机高压段气缸中的应用已十分成熟,完全可以推广应用。(作者为上海金索机械有限公司戴光滋)

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