浅析往复式空压机润滑油选用

袁宗泽，宋朝琪，聂 方，张 超，龙 涛

（中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳621000）

1 引言

往复式空压机用于气缸、活塞、活塞环、填料等与压缩空气直接接触的工作部件润滑的，称为气缸润滑[1-2]，多采用压力润滑方式，其原理主要依靠专门的注油器在压力下注入气缸强制润滑，注油点和注油量均可控制，各润滑点由单独的油管供油。

往复式空压机的润滑，除采用自润滑材料外，均要求在相对运动运动表面注入适量润滑油，形成一定厚度油膜，以减少摩擦、磨损，降低功率损耗。此外，润滑油还能起到阻塞、密封气体以及清洗冷却的作用。因此正确选择润滑油的牌号和注油量，是保证往复式空气压缩机安全、可靠运行的重要基础。

润滑油随着基础油及添加剂的发展、压缩机的种类区别较大，实际运用中应根据压缩机的工况，结合润滑油理化指标，选型出适宜压缩机的润滑油。

2 润滑油发展概略

往复式空压机油主要分为矿物油型和合成油型，我国最早于20世纪60年代对照苏联ΓOCT 1861-54标准[3]，开始研究和生产矿物油型润滑油，并发布了石油化工部标准SY-1216-66，该标准中仅有HY-13和HY-19两个牌号，HY-13未加添加剂，HS-19增加了抗氧防腐剂，当时的油品无法满足高压、高温工况，易产生积碳，对活塞和气阀损坏较大。之后在次基础上修订完善了SY-1216-77版标准，但牌号仍然较少。

1981年，ISO开始逐渐发布润滑油标准族ISO 6743，1987年首个空气压缩机润滑油国标ISO6743-3A/3B（3B适用于冷冻压缩机）发布。2003年，ISO发布6743-3：2003标准，取消了3A和3B之分[4]。

我国在1991年正式执行GB 12691-90，于1992年正式替代SY-1216-77。该标准主要规定了矿物油型空气压缩机油的技术条件，其中根据排气压力、温度、级压力比和最终排气压力，分成了轻载荷（DAA）和中载荷（DAB）2类油品，适宜有油润滑往复式空气压缩机，并按40℃运动粘度分为32#、46#、68#、100#、150#5个牌号，较原标准增加了3个。

1992年，我国正式发布了GB/T 7631.9-92。1997年，对照ISO 6743-3A：1987和ISO6743-3B：1988对其进行了第一次修订，发布了GB/T7631.9-1997标准[5]。该标准中根据分了轻载荷（DAA）、中载荷（DAB）、重负荷（DAC）3个种类，5个牌号共计15种。标准中约定俗称DAA和DAB为矿物质油，DAC为合成油。2014年经第二次修订，发布GB/T7631.9-2014标准，该标准对标ISO 6743-3：2003标准，取消了DAC分类，其中DAA和DAB除了载荷区分外，均包含矿物油和合成油[4]，DAA类主要包括深度精制的矿物油，半合成和全合成油，DAB类主要包括特殊配置的矿物油、半合成和全合成油。研究认为，这与空气压缩机市场中螺杆式逐渐成为主流有较大关系。

目前，往复式空压机工况逐渐向“三高”发展，即高压、高压差和高排温[6]，空气压缩机润滑油的发展趋势为高可靠性、长寿命。随着空气压缩机工况条件逐渐苛刻，对润滑油的要求不断增加，有高温氧化安定性、积碳倾向性低、粘温性能好、挥发性弱和寿命长的合成润滑油品得到了较快的发展[7-8]。

3 空气压缩机油品理化指标

3.1 粘度

粘度为润滑油最主要的指标，定义为一定温度条件下内摩擦系数与密度之比。粘度大表示润滑时内摩擦阻力大，将增大润滑功率损耗；粘度过小，则不能生成适宜厚度的油膜，影响润滑性能，增加摩擦功和磨损。

润滑油粘度还会随温度变化而变化，一般润滑油低温时变化小，超过60℃时变化较大。表征粘度随温度变化的程度的是粘度指数，定义为40℃与100℃下粘度的比值，当粘度指数高于80时，常认为是高粘度指数润滑油。由于压缩机在使用中被反复冷却和加热，常要求粘度指数适宜的润滑油，即粘度不能随温度变化而有太大变化。

3.2 闪点

当润滑油被加热时，其表面即开始形成油蒸汽，当油品在大气压力下加热形成的蒸汽压，达到用明火点燃的下限浓度时，发生瞬息燃烧时的温度即为闪点。

闪点过高，说明油品馏分重、粘度大、沥青质等含量高，使用时易积碳；闪点过低，当气缸内温度过高时，易发生燃烧爆炸，造成人员伤害和设备损坏。闪点作为油品安全性的重要指标，一定要适宜，一般文献建议选型时闪点高于使用温度20~30℃即可。

3.3 氧化安定性

氧化安定性表示油品抵抗大气或氧气作用保持其性质不变的能力，在空气压缩机中，润滑油在气缸金属表面形成的油膜，在金属催化作用下与空气中的氧气发生化学反应，生产脂酸、焦油、沥青等产物，使润滑油色泽变黑，粘度和酸值增加，并能析出胶状沉积物阻塞油道、滤油器、气阀等。

氧化安定性差将会缩短润滑油寿命周期，增大压缩机故障或损坏概率，是一个需要控制的指标，可通过选用合适的基础油、添加抗氧化剂等措施调制出适宜的油品。

3.4 积碳倾向性

积碳倾向性以金属壁面生产的薄膜积碳的百分数来衡量，从气缸和压缩空气一起排出的润滑油，一部分以湿润状态附着在排气阀和排气管道表面，在高压高温下，在金属表面易生成薄膜积碳，影响设备安全运行。实践证明，高粘度的油易产生积碳，低粘度的环烷基油有时也生成大量积碳[9]，为防止积碳产生，应根据压缩机负荷和压力温度条件，选择适宜粘度的润滑油。

3.5 其他

往复式空压机油中抗磨性、抗乳化性等也是较为重要的指标。抗磨性代表压缩机在使用中的抗磨性能，实验室多用摩擦磨损试验仪，磨迹小说明压缩机油的抗磨损能力、润滑性好。抗乳化性多表征油品从液态水中分离的性能，分离的时间越短，抗乳化性越好。

4 CFA34往复式空压机润滑油选型案例

4.1 CFA34往复式空压机

CFA34空气压缩机为美国卡麦隆（CAMERON）4列4级往复式空压机，转速1490 r/min，流量45 Nm3/min，最高排气压力32 MPa。1~4级排气压力分别为3.9 MPa、8.6 MPa、21 MPa和32 MPa，1~4级排气温度分别为142℃、140℃、148℃和92℃。气缸为有油润滑，通过CPI注油分配块强制润滑和控制油量，设无油流开关检测手段。

表1 内部润滑油粘度选择参考标准

4.2 润滑油选型案例

在压缩机调试投运初期，根据厂家推荐使用了壳牌万德利S2B 320#工业齿轮润滑油，经过近1年运行发现，活塞杆出现异常磨损，局部出现发蓝现象。

经查《壳牌润滑油-用户手册》知，S2B系列是通用工业轴承和循环系统的润滑油，主要用于循环系统、油润滑轴承、锟颈轴承及工业用闭式齿轮系统。而CFA34往复压缩机气缸润滑为非轴承、非循环润滑系统，且活塞杆异常磨损，说明油膜厚度不足，润滑油粘度不合适。

后选用加德士WS-460#润滑油替代壳牌S2B 320#，该润滑油使用了大约2年，未出现明显的积碳，但活塞环的使用寿命相对较之前有所降低，考虑到WS-460#润滑油粘度过高，易增加活塞杆与气缸这对摩擦副引起的摩擦损耗。由于在往复压缩机中，气缸与活塞环引起的摩擦损耗约占总摩擦损耗的38%~45%，填料与活塞杆引起的摩擦损耗约占2%~10%[10]，对高速、高压压缩机中，这个比例还会更大。据此，针对CFA34往复式压缩机的高转速特点，同时考虑使用国内空气压缩机专用润滑油，重新按照郁永章主编《活塞式压缩机》[11]标准选型，探索使用低粘度润滑油（表1）。

根据《活塞式压缩机》，结合CFA34往复式空气压缩机工况：排气压力32 MPa，压缩级数4级，气缸冷却方式为水冷，发现并无完全符合标准的，但无论是从排气压力温度和压缩级数维度看，N150都为推荐牌号，因此选出中国石化长城LDAB-150 4502型空气压缩机油[12]。

在选型的同时，针对压缩机使用中存在的积碳和磨损情况，委托国内某研究所对WS-460#进行深度分析，并对国内某新型研制的150#空气压缩机油进行对比试验。开展WS-460#和新型150#油高温结焦试验，进行活塞机后端除油设备中润滑油ICP分析。

利用高温斜板结焦器对WS-460#和新型150#在250℃下做6 h观察实验。根据实验结果可知，发现WS-460#生成结焦量大，颜色暗深，某型150#生成结焦量较少，说明WS-460#积碳倾向性能不好，在高压高温条件下容易产生积碳，影响设备安全运行。

对活塞机后端除油设备中润滑油进行ICP分析后（表2），从废油元素分析来看，其含有铁元素含量较高，说明内部存在磨损。

进一步对比分析WS-460#和新型150#油抗磨性能，经测WS-460#在摩擦磨损试验仪中四球磨斑半径为0.464 mm，新型150#油为0.355 mm，说明新型150#油具有更好的耐磨性。

此外在粘度、闪点、倾点等其他理化指标方面，新型150#油与WS-460#、长城LDAB-150 4502基本相同（表3）。因此认为新型150#空气压缩机润滑油在积碳倾向性、抗磨抗压性方面优于WS-460#润滑油，有利于降低积碳产生、减缓摩擦损耗。

目前，中国石化长城LDAB-150 4502型空气压缩机油和新型150#空气压缩机润滑油均在CFA34机型上试用，均已连续运行约700台时，目前各台机组未发现明显积碳，各级参数未发现因油品引起的异常。

表2 ICP分析结果

表3 4种润滑油指标对比

5 结语

本文梳理了往复式空压机气缸润滑油发展历程，尤其是各类标准、分类和牌号的变更过程和渊源。从粘度、闪点和积碳倾向性等关键性选型指标入手，重点分析了CFA34往复式空压机润滑油选型过程，对比使用过国内外不同牌号的4类油品，得出的一些结论可供有同行业借鉴。

从选型案例中可见，针对高转速、高压力的纯进口机型，进口油品无论是壳牌320#还是加德士460#均有一定的优点和缺陷，但完全可被国产150#空气压缩机专用油替代，部分指标甚至还优于国外产品。下一步将深入对比中石化LDAB-150 4502型和新型150#空气压缩机润滑油效果，继续探索往复式空压机润滑油选型中的相关课题。