汽油加氫裝置新氫壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)磨損原因探討

李雷明（中國石油大慶煉化公司煉油一廠，黑龍江 大慶 163411）

汽油加氫裝置新氫壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)磨損原因探討

李雷明（中國石油大慶煉化公司煉油一廠，黑龍江 大慶 163411）

往復(fù)壓縮機(jī)支撐環(huán)的潤滑方式主要有有油潤滑和無油潤滑。本文主要對(duì)無油潤滑在新氫壓縮機(jī)裝置應(yīng)用過程中出現(xiàn)活塞支撐環(huán)磨損的原因進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)無油潤滑對(duì)零件的選材和所應(yīng)用工作環(huán)境的要求較高，并將影響無油潤滑的應(yīng)用效果。

無油潤滑；活塞支撐環(huán)；磨損；極干氣；粗糙度

由于汽油加氫裝置新氫消耗量較低且新氫壓比較高，因此往復(fù)式壓縮機(jī)在汽油加氫裝置中廣泛作為新氫壓縮機(jī)使用。而壓縮機(jī)的活塞支撐環(huán)的無油潤滑在汽油加氫裝置也得到了應(yīng)用。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)活塞環(huán)潤滑方式

往復(fù)式壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)的潤滑方式主要分為有油或少油潤滑和無油潤滑兩種。

1.1 有油潤滑

密封件和金屬配合件（活塞桿或缸套）之間存在一層油膜，它能有效減少密封件之間的摩擦，但有油潤滑要求配備的設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，應(yīng)用時(shí)一般要配備注油器以及防止?jié)櫥瓦M(jìn)入工藝系統(tǒng)的脫油設(shè)備，從而增加了維護(hù)工作。另外在對(duì)壓縮氣體純凈度要求較高的工況時(shí)或者壓縮氣體與潤滑油會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)的工況時(shí)，有油潤滑的使用會(huì)受到限制［1］。

1.2 無油潤滑

無油潤滑在非金屬密封件和金屬配合件之間不存在油膜，為減少摩擦件之間的摩擦系數(shù)，一般利用聚四氟乙烯材料硬度較低的特性，使其在相對(duì)于金屬配合面往復(fù)的運(yùn)動(dòng)中，將少量被磨損下來的非金屬粉末鍍覆在金屬表面的微小的凹坑里，使摩擦副之間形成非金屬與非金屬的摩擦關(guān)系，從而大大降低了摩擦系數(shù)，延長了支撐環(huán)與金屬配合件的使用壽命。

無油潤滑壓縮機(jī)具備了諸多有油潤滑壓縮機(jī)所達(dá)不到的特點(diǎn)。（1）被壓縮氣體不帶油污，不需脫油處理，不污染工藝系統(tǒng)。（2）能耗低。（3）結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單。（4）總投資費(fèi)用低［2］。但無油潤滑技術(shù)還存在一定的不足，由于無油機(jī)采用的是自潤滑材料作為活塞環(huán)和導(dǎo)向環(huán)，活塞支撐環(huán)磨損非常快，因此本文將針對(duì)磨損的原因進(jìn)行分析探討。

2 無油潤滑壓縮機(jī)活塞支撐環(huán)磨損原因分析

2.1 新氫壓縮機(jī)使用概況

汽油加氫車間共有2臺(tái)兩級(jí)對(duì)稱式往復(fù)壓縮機(jī)，分別為A機(jī)和B機(jī)，兩機(jī)活塞環(huán)的潤滑方式為無油潤滑，活塞環(huán)、支撐環(huán)和填料材料型號(hào)為HY611。

新氫壓縮機(jī)共發(fā)生過兩次磨損狀況。第一次為B機(jī)二級(jí)填料發(fā)生泄漏，對(duì)B機(jī)進(jìn)行拆解后發(fā)現(xiàn)其一、二級(jí)氣缸活塞支撐環(huán)磨損嚴(yán)重，且二級(jí)氣缸出現(xiàn)嚴(yán)重的拉缸情況，此時(shí)該機(jī)運(yùn)行時(shí)間為2616小時(shí)。對(duì)活塞環(huán)、支撐環(huán)、填料重新選材，用型號(hào)為Y101材料對(duì)上述配件進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)生產(chǎn)，并將其更換至A機(jī)上。然而該機(jī)運(yùn)行后僅6天便發(fā)現(xiàn)其活塞桿沉降出現(xiàn)明顯變化，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行解體發(fā)現(xiàn)該機(jī)支撐環(huán)再次出現(xiàn)明顯磨損。

2.2 磨損原因分析

2.2.1 第一次異常磨損原因分析

以下原因檢查后排除：

（1）首先對(duì)壓縮機(jī)的零件的加工尺寸、直線度及活塞的重量進(jìn)行了檢查，與原設(shè)計(jì)一致，排除了因壓縮機(jī)零部件的加工偏差而造成的活塞支撐環(huán)磨損過快。

（2）按照活塞和活塞桿的重量，經(jīng)過計(jì)算，一、二級(jí)活塞支撐環(huán)的實(shí)際比壓分別為0.0317MPa和0.0339MPa，滿足API618中支撐環(huán)的比壓不大于0.035MPa的設(shè)計(jì)要求。

（3）經(jīng)測(cè)量與核算該機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)速度為3.36m/s，小于設(shè)計(jì)中規(guī)定的3.5m/s。

（4）壓縮機(jī)支撐環(huán)的徑向尺寸與氣缸間的間隙也符合規(guī)定，充分考慮了活塞環(huán)所在工作環(huán)境溫度下的熱膨脹系數(shù)。

（5）對(duì)壓縮機(jī)安裝數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與說明書中的要求一致，排除了因安裝錯(cuò)誤而造成的活塞支撐環(huán)磨損過快。

結(jié)合抽樣化驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析初步懷疑以下原因：由于壓縮機(jī)介質(zhì)氫氣來源于電解氫氣，氫氣純度經(jīng)化驗(yàn)檢測(cè)為99.47，純度極高，在此情況下的氫氣為極干氣，即氣體露點(diǎn)低于-70℃，該工況下對(duì)支撐環(huán)材料的耐磨性及著床磨合性要求極高。由于本次使用的材料為HY611，在相對(duì)較濕的情況下才能體現(xiàn)出很強(qiáng)的耐磨性，因此不適用于極干氣的工況，進(jìn)而造成活塞支撐環(huán)磨損過快。

2.2.2 針對(duì)新氫壓縮機(jī)A機(jī)活塞支撐環(huán)的第二次異常磨損原因分析

以下原因檢查后排除：

（1）首先對(duì)壓縮機(jī)新的活塞環(huán)和支撐環(huán)的尺寸進(jìn)行了重新檢查，與原設(shè)計(jì)一致，排除了因壓縮機(jī)零部件的加工偏差而造成的活塞支撐環(huán)磨損過快。

（2）由于其它基本數(shù)據(jù)上次檢查已經(jīng)核實(shí)本次未重復(fù)確認(rèn)。

本次初步確認(rèn)為缸套表面粗糙過低，表面過于光滑所致：

由于A機(jī)活塞環(huán)采用的材料Y101（由聚苯硫醚和聚四氟乙烯組成的混合物，在干氣、無油潤滑工況下有良好的抗變能力）為自潤滑材料，當(dāng)活塞在開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，非金屬材料的環(huán)與缸套之間由于磨合會(huì)不斷有細(xì)小的粉末產(chǎn)生，填充在缸套的凹坑里，一段時(shí)間過后，這些粉末便會(huì)在缸套表面形成薄層，這層薄膜這就是著床鍍層，正是由于這層著床鍍層的存在使得活塞環(huán)形成自潤滑。因此對(duì)于無油潤滑工況而言，與非金屬材料環(huán)配合的工作面的表面粗糙度是一個(gè)非常重要的參數(shù)，過于光滑并不利于非金屬材料環(huán)的著床。一般而言，表面光潔度的選擇與表面硬度有關(guān)，氣缸表面的粗糙度最好為Ra0.4～0.6цm［3］。

依據(jù)設(shè)計(jì)要求，一級(jí)缸套表面粗糙度要求為Ra0.6um，二級(jí)缸套的表面粗糙度要求為Ra0.4 um，而用便攜式表面粗糙度測(cè)試儀MAHR測(cè)量一級(jí)氣缸缸套的表面粗糙度為0.08 um，發(fā)現(xiàn)表面很光滑，二級(jí)氣缸缸套的表面粗糙度為0.12 um，目測(cè)缸套表面成鏡面形態(tài)，缸套表面如此光滑，使密封副無法形成有效鍍膜而加劇磨損。

分析原因是安裝重新設(shè)計(jì)制造的活塞環(huán)之前，已經(jīng)使用原活塞環(huán)運(yùn)行了一段時(shí)間，因密封副的摩擦造成缸套表面粗糙度下降，以致于不能滿足重新設(shè)計(jì)的活塞環(huán)自潤滑的要求，而導(dǎo)致新活塞支承環(huán)快速磨損。

3 結(jié)語

壓縮機(jī)無油潤滑與有油潤滑各有優(yōu)點(diǎn)與不足，在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行選擇。由于汽油加氫裝置新氫為極干氣的特殊生產(chǎn)情況，因此壓縮機(jī)的活塞環(huán)材料經(jīng)過三次選型和實(shí)踐才找到了合適的活塞環(huán)材料。可以看出壓縮機(jī)的無油潤滑對(duì)材料和工作環(huán)境的要求很高，影響無油潤滑使用效果的因素很多，因此在一些比較特殊的情況下，壓縮機(jī)在選用無油潤滑時(shí)一定要慎重。

［1］叔華，林報(bào)國.壓縮機(jī)潤滑及其用油.北京：中國石化出版社，1993.

［2］朱圣東，鄧建，吳家聲.無油潤滑壓縮機(jī).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［3］程星輝.全無油壓縮機(jī)的新結(jié)構(gòu).壓縮機(jī)技術(shù)，2005（4）：23—25.