无油润滑技术在大型往复式压缩机上的应用
孙宁宁，刘玉东
（安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳455133）
［摘 要］针对压缩机在运行过程中出现的连接部件温度过高、关键部件使用寿命过短的问题，安阳化学工业集团有限责任公司大胆尝试将无油润滑技术广泛应用到往复式压缩机中，该技术的成功应用，彻底解决了往复式压缩机因连接部件润滑不良导致的频繁停车检修，不仅节约了大量润滑油，而且大大提高了设备的运行周期。
［关键词］ 无油润滑技术；FH1A金属塑料复合材料；FH1B金属塑料复合材料；密封圈；活塞环；气缸套；应用；长周期运行
［中图分类号］TH 457 ［文献标志码］ B［文章编号］1004-9932（2015）
安阳化学工业集团有限责任公司（简称安化公司）是河南省重要的化肥、精细化工、新材料生产基地，现有２套合成氨/尿素装置和１套乙二醇装置，拥有往复式压缩机的种类和数量较多，而压缩机作为生产系统的关键设备，其能否长周期、稳定运行直接关系着系统产量的完成。安化公司压缩机一直存在填料泄漏、运行周期短、耗油量大以及工艺气体含油量大等一系列问题，为此，公司大胆尝试在往复式压缩机高、低压段填料函及气缸上大范围应用无油润滑技术，取得了明显的效果。
1设备概况
乙二醇装置有多台往复式压缩机：6M40-491/10型水煤气压缩机5台、DW95-9/35型置换气压缩机3台、DW-75-3/5-30型氢气压缩机3台。２套合成氨/尿素装置的往复式压缩机种类及数量统计见表１。
表1 2套合成氨/尿素装置的往复式压缩机种类及数量
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系 统 |
氮氢气压缩机 |
循环机 |
二氧化碳压缩机 | |||
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型号 |
数量/台 |
型号 |
数量/台 |
型号 |
数量/台 | |
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1#系统 |
6D32-250/320 |
2 |
512 |
1 |
4D12-55/220 |
2 |
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H223-165/320 |
3 |
501 |
2 |
4D12C-62/220 |
1 | |
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2#系统 |
6M32-247/314 |
5 |
D29/54 |
3 |
6M22-230/160 |
2 |
|
6M40-340/314 |
1 | |||||
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M115/54 |
1 | |||||
2 往复式压缩机运行中存在的主要问题
安化公司压缩机运行中存在的一个较为突出的问题是填料泄漏，以6D32250/320压缩机为例，其填料为注油运行，设计有3个注油点，因四、五段填料经常发生泄漏，且运行中活塞杆温度高达80～90 ℃、冒烟，为加强冷却，车间采取在填料室外用冷却水冲和在活塞杆边上接油管喷油等措施，均不见效，更加大了注油量，使油耗攀升。这样的运行状况使密封零件磨损加剧，工作寿命缩短，一般填料用3个月就开始泄漏，活塞杆也只能用半年。针对这种情况虽然进行了几次改造，但效果不明显，填料函泄漏成为制约大型压缩机长周期、稳定运行的瓶颈。
3气缸无油润滑改造方案
3.1 活塞环采用FH-1A金属塑料复合材料制作
6M32压缩机四段和D29循环机气缸的排气压力均已达到5 MPa，在此压力条件下工作的活塞环其PV值较高，通常已超过填充聚四氟乙烯等塑料材料的许用PV值，因此在此压力条件下工作的无油润滑活塞环宜采用许用PV值高的材料制作，使其在工作时有足够的自润滑性能和耐磨性能，平稳工作到预期寿命。
FH-1A材料是在铜条上烧结一层多空隙的铜粉层，然后将聚四氟乙烯塑料渗进空隙中，从而形成一种金属（铜）和塑料（聚四氟乙烯）的复合材料。该材料的摩擦系数小（与聚四氟乙烯的摩擦系数一致），自润滑性能好，同时还具有金属铜导热性能好、热膨胀系数低、热强度好的优点。该材料有很高的许用PV值，适宜用于在中、高压条件下工作的气缸活塞环。FH1A材料的使用是气缸无油润滑活塞环能稳定长周期保持有效密封的关键。
3.2 按不同的工况采取不同的活塞环结构
活塞环工作时的压力和压差决定了其工作时所受背压值的大小，背压值与工作压力和压差成正比，背压大，会产生较高的摩擦热和较大的磨损速率。6M32机四段和D29循环机工作压力基本相等，但6M32机四段缸工作压差大，因此在活塞环结构设计上6M32机四段活塞环取较大的径向厚度，以对抗较大的背压。为了便于有较大径向厚度的活塞环安装，6M32机四段活塞环采用对半搭口式结构；而D29循环机采用普通平环，为减少开口处泄漏设计为双平环结构。
3.3 采用具有高承载能力的自润滑材料FH-1B作导向套
FH-1B材料和FH-1A材料的区别在于其是在铁基材料上烧结铜粉而形成的复合材料，具有很高的承载能力。采用FH1B材料作活塞导向环，可大大缩短导向环的轴向长度，有利于在活塞上多安置活塞环，加强活塞的密封性能。
3.4 导向环采用整圈结构
导向环采用整圈结构，设在活塞两端，兼起节流减压作用，可以减小活塞环工作时所受的背压，有利于活塞环工作寿命的延长。
3.5 活塞体更新
由于无油润滑活塞环的材料与注油润滑时根本不同，其截面尺寸和数量也完全改变，另外还将活塞导向环的位置移到了活塞两端，这些都造成原注油活塞体不能再用，因此必须予以更新。
3.6 配套使用经过预膜处理的气缸套
有关无油润滑技术的研究资料表明，在气缸中，活塞环与缸套是1对摩擦副，我们在改善活塞环无油状况下工作的摩擦性能、提高耐磨性能的同时，必须对磨件缸套的工作表面作相应处理，才能使摩擦零件的磨损速率降到最低，延长其工作寿命。因此，在6M32机四段和D29循环机气缸改造时，选用球墨铸铁作气缸套，气缸内孔作四氟预膜处理。
更多内容请见《中氮肥》2015年第3期