L-DAH46螺桿空氣壓縮機(jī)油的研制

王儲(chǔ) 喬琦 張向英 劉燕

中海油氣（泰州）石化有限公司

以中海油氣（泰州）石化有限公司加氫基礎(chǔ)油為原料，通過基礎(chǔ)油的調(diào)制和添加劑的復(fù)配，研制出適用于中、重負(fù)荷工況下使用的L-DAH46螺桿空氣壓縮機(jī)油。

近年來，隨著空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展，螺桿式空氣壓縮機(jī)正在逐步取代傳統(tǒng)的往復(fù)式壓縮機(jī)。其原因是螺桿式空氣壓縮機(jī)具有重量輕、體積緊湊、不需要堅(jiān)固的基座、震動(dòng)小、噪聲低、易于操作和維修方便等優(yōu)點(diǎn)[1]。

螺桿式空氣壓縮機(jī)機(jī)型分為干式壓縮機(jī)、滴油式壓縮機(jī)和噴油內(nèi)冷式壓縮機(jī)3種。噴油內(nèi)冷式壓縮機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種類型。在這種壓縮機(jī)中，潤(rùn)滑油由油泵壓入壓縮機(jī)內(nèi)部，分別潤(rùn)滑軸承、轉(zhuǎn)子、滑片(或螺桿)，并將油直接噴入壓縮機(jī)內(nèi)，以霧狀與壓縮空氣混合，吸收空氣中的壓縮熱，同時(shí)在轉(zhuǎn)子氣缸及覆蓋表面形成油膜，起密封與潤(rùn)滑作用，然后一起排至儲(chǔ)氣油箱中。大部分潤(rùn)滑油在這里借助機(jī)械碰撞，從壓縮空氣中分離出來，返回油池，少部分循環(huán)使用[2]。

螺桿式壓縮機(jī)的潤(rùn)滑特點(diǎn)以及運(yùn)行工況和環(huán)境，致使回轉(zhuǎn)式螺桿壓縮機(jī)油的使用條件較為苛刻，要求潤(rùn)滑油品除了具備適宜的黏度、閃點(diǎn)以外，還應(yīng)具有極好的氧化安定性、抗腐蝕性、良好的油水分離性以及極好的消泡性。只有選用適宜的螺桿壓縮機(jī)油才能避免運(yùn)轉(zhuǎn)問題的發(fā)生，因此市場(chǎng)對(duì)壓縮機(jī)油的質(zhì)量要求也越來越高，對(duì)中高檔壓縮機(jī)油的需求也越來越多。

為滿足市場(chǎng)需求，健全螺桿空氣壓縮機(jī)油油品質(zhì)量規(guī)范，本文以中海油氣（泰州）石化有限公司生產(chǎn)的加氫基礎(chǔ)油為原料，通過優(yōu)化基礎(chǔ)油方案，篩選抗磨劑、抗氧劑、防銹劑，確定油品配方組成，成功研制了滿足中、重負(fù)荷條件下使用的L-DAH46螺桿空氣壓縮機(jī)油。

螺桿空氣壓縮機(jī)油性能要求及產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

主要性能

螺桿空氣壓縮機(jī)油以高的循環(huán)速度反復(fù)被加熱與冷卻，還將不斷受到銅、鋼等金屬的氧化催化，加劇了老化變質(zhì)；潤(rùn)滑油中可能混入冷凝水而使油品嚴(yán)重乳化；潤(rùn)滑油在使用中易受吸入空氣中顆粒狀雜質(zhì)、懸浮狀粉塵和腐蝕性氣體的影響，加速了油的老化變質(zhì)等等[3]。這些實(shí)際工況要求回轉(zhuǎn)式螺桿空氣壓縮機(jī)油具有以下性能：

◇良好的黏溫性能，黏度不隨溫度變化而有較大改變；

◇積炭?jī)A向性小；

◇由于油品在循環(huán)使用過程中易氧化變質(zhì)生成各種酸類、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等，使黏度增大，減少了噴油量，產(chǎn)生過量磨損，因此油品必須具有極佳的氧化安定性；

◇油水分離、油氣分離性能好；

◇不腐蝕金屬，防銹性能好。

技術(shù)指標(biāo)

我國(guó)現(xiàn)行的壓縮機(jī)油相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有：GB 12691—1990《空氣壓縮機(jī)油》、GB 5904—1986 《輕負(fù)荷噴油回轉(zhuǎn)式空氣壓縮機(jī)油》、NB/SH/T 0538—2013 《輕負(fù)荷噴油回轉(zhuǎn)空氣壓縮機(jī)油換油指標(biāo)》、TB/T 3257—2011《鐵路機(jī)車空氣壓縮機(jī)油》。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)排出溫度80～110 ℃、有效工作壓力800～1 500 kaP的中負(fù)荷和重負(fù)荷螺桿壓縮機(jī)所需要的潤(rùn)滑油性能指標(biāo)規(guī)定不夠詳盡。中、重負(fù)荷壓縮機(jī)在選用潤(rùn)滑油時(shí)，通常與空氣壓縮機(jī)油進(jìn)行載荷、排氣量、壓力、溫度的對(duì)比，再結(jié)合自身氣體的特性進(jìn)行選擇[4]。L-DAH46螺桿空氣壓縮機(jī)油研制指標(biāo)要求見表1。

配方篩選與評(píng)定

基礎(chǔ)油的調(diào)制

根據(jù)中海油氣（泰州）石化有限公司加氫基礎(chǔ)油性能特點(diǎn)，選擇1～6號(hào)基礎(chǔ)油進(jìn)行理化性質(zhì)分析，組合調(diào)制成L-DAH46螺桿空氣壓縮機(jī)基礎(chǔ)油。基礎(chǔ)油的性質(zhì)見表2。

由表2 可以看出，2號(hào)基礎(chǔ)油運(yùn)動(dòng)黏度較大，同時(shí)低溫性能較好。3號(hào)基礎(chǔ)油運(yùn)動(dòng)黏度過大，低溫性能較差，不適宜用做本課題調(diào)合基礎(chǔ)油。將1號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)與2號(hào)基礎(chǔ)油調(diào)合，可獲得黏度適中且低溫性能優(yōu)異的基礎(chǔ)油。按照產(chǎn)品黏度要求選擇適合的組分進(jìn)行調(diào)合試驗(yàn)，調(diào)合方案見表3，調(diào)合基礎(chǔ)油的性質(zhì)見表4。

由表4可以看出：

◇方案1、方案2調(diào)合的基礎(chǔ)油傾點(diǎn)較好，但經(jīng)液壓油熱穩(wěn)定性測(cè)試后油品顏色色號(hào)較深。

◇方案3、方案4調(diào)合的基礎(chǔ)油熱穩(wěn)定性均滿足要求，方案4的閃點(diǎn)高于方案3，同時(shí)油品顏色變化較淺，方案較優(yōu)。

通過基礎(chǔ)油評(píng)選，確定L-DAH46螺桿壓縮機(jī)油基礎(chǔ)油由2號(hào)與6號(hào)基礎(chǔ)油按照方案4比例調(diào)合而成。

添加劑的復(fù)配

本文研制的L-DAH46螺桿空氣壓縮機(jī)油是由中海油氣（泰州）石化有限公司加氫基礎(chǔ)油，添加抗磨劑、抗氧劑、防銹劑等添加劑調(diào)制而成。由于該油品的應(yīng)用工況條件苛刻，在要求產(chǎn)品具有良好的抗泡、抗乳化、良好的黏溫性能以外，還著重要求油品需擁有較長(zhǎng)使用壽命、優(yōu)異的抗氧化性能和防銹抗腐蝕性能，確保油品能夠針對(duì)各種中、重負(fù)荷螺桿式空氣壓縮機(jī)起到冷卻、潤(rùn)滑和保護(hù)的作用。

表1 L-DAH46螺桿空氣壓縮機(jī)油研制指標(biāo)要求

根據(jù)產(chǎn)品性能指標(biāo)需求與理化特性，重點(diǎn)考察了無灰抗磨劑A、B，C，抗氧劑D、E，防銹劑F。

抗磨劑的評(píng)價(jià)

以最佳基礎(chǔ)油方案的油品為原料，添加相同加劑量[a%(為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)]的3種無灰抗磨劑，考察其抗磨性能和極壓性能，從而篩選最優(yōu)無灰抗磨劑。抗磨劑評(píng)選試驗(yàn)結(jié)果見表5。

從表5可以看出，抗磨劑A與抗磨劑B、C相比，其調(diào)制的樣品磨斑直徑數(shù)值最小，同時(shí)PB值較其他抗磨劑更強(qiáng)，具有相對(duì)較好的極壓性能。因此，確定選擇抗磨劑A，加劑量為a%。

抗氧劑的評(píng)價(jià)

氧化安定性是螺桿壓縮機(jī)油最重要的性能指標(biāo)之一。只有擁有良好的氧化安定性，保證油品不變質(zhì)氧化，油品才有可能在螺桿壓縮機(jī)嚴(yán)苛的工況中得以有效發(fā)揮作用，擁有較長(zhǎng)的使用壽命。但實(shí)際工況中，工況溫度和負(fù)荷壓力都會(huì)對(duì)油品氧化壽命造成較大影響，其中工況溫度的影響尤為突出。在負(fù)荷壓力不變的情況下，以85 ℃的工況溫度為基準(zhǔn)，一般每提升10 ℃，其螺桿壓縮機(jī)油氧化壽命將縮減50%。因此，為了保證工況波動(dòng)的情況下依然保持油品良好的性能，需大幅提高其氧化安定性，并留有富余。

以2號(hào)、6號(hào)基礎(chǔ)油添加a%抗磨劑的油品，分別添加抗氧劑D和E，考察抗氧劑對(duì)油品氧化安定性的改善效果。油品旋轉(zhuǎn)氧彈值（采用SH/T 0193《潤(rùn)滑油氧化安定性測(cè)定法(旋轉(zhuǎn)氧彈法) 》進(jìn)行評(píng)價(jià)）隨抗氧劑D、E加劑量的變化見圖1。

由圖1可以看出，隨著抗氧劑加劑量的增加，添加兩種添加劑的油品旋轉(zhuǎn)氧彈值均呈上升趨勢(shì)。但在加劑量相同的情況下，抗氧劑D對(duì)油品旋轉(zhuǎn)氧彈值提升的幅度更大。在加劑量1.5%時(shí)，抗氧劑D效果達(dá)到峰值，繼續(xù)增大加劑量，其抗氧化性能無顯著改善。故從性能提升和經(jīng)濟(jì)性方面綜合考慮，確定選擇抗氧劑D，加劑量為1.5%。

SH/T 0193是油品在銅絲、蒸餾水與氧氣共存，一定溫度、壓力的條件下，進(jìn)行老化試驗(yàn)，通過記錄到達(dá)固定壓力降的時(shí)間來判斷油品氧化安定性。而在實(shí)際應(yīng)用過程中，油品存在使用未達(dá)到旋轉(zhuǎn)氧彈固定壓力降的時(shí)間，就已形成可能影響設(shè)備運(yùn)行的沉渣的可能，并且油品顏色快速加深。為全方位檢驗(yàn)油品氧化安定性，多角度體現(xiàn)油品實(shí)際使用中的抗氧化效果，對(duì)以2號(hào)、6號(hào)基礎(chǔ)油添加a%抗磨劑、1.5%抗氧劑D調(diào)制的油品，采用SH/T 0209—1992(2004)《液壓油熱穩(wěn)定性測(cè)定法》（135 ℃，168 h）考察其氧化安定性，結(jié)果見表6。

由表6可見，熱穩(wěn)定性試驗(yàn)后，鋼棒、銅棒質(zhì)量損失較少，鋼棒上沉積物重量、試樣總沉渣較少。同時(shí)，試驗(yàn)前后油品運(yùn)動(dòng)黏度變化為1.12%，酸值變化為1.61%，變化較小，說明油品熱穩(wěn)定性較好，抗老化能力較強(qiáng)，具有良好的氧化安定性。

表3 基礎(chǔ)油調(diào)合方案

表4 調(diào)合基礎(chǔ)油的性質(zhì)

表5 抗磨劑評(píng)選試驗(yàn)結(jié)果

圖1 油品旋轉(zhuǎn)氧彈值隨抗氧劑D、E加劑量的變化

防銹劑的評(píng)價(jià)

在2號(hào)、6號(hào)基礎(chǔ)油中添加a%抗磨劑A、1.5%抗氧劑D的基礎(chǔ)上，添加0.05%防銹劑F，對(duì)其防銹性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果見表7。

由表7可以看出，防銹劑F加劑量為0.05%時(shí)，油品防銹性能已經(jīng)能夠達(dá)到研制指標(biāo)的要求。為了保持產(chǎn)品防銹性能的富余，本著質(zhì)量第一的原則，不再進(jìn)行減小加劑量的防銹性能考察。同時(shí)，兼顧經(jīng)濟(jì)因素，無需進(jìn)行增大加劑量的防銹性能考察。

全性能評(píng)價(jià)

研制的L-DAH46螺桿空氣壓縮機(jī)油全性能檢測(cè)結(jié)果見表8。

由表8可見，研制的L-DAH46螺桿空氣壓縮機(jī)油在滿足高閃點(diǎn)要求的同時(shí)仍具有優(yōu)良的低溫性能，油品氧化試驗(yàn)、液壓油熱穩(wěn)定性試驗(yàn)和旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)的性能表現(xiàn)優(yōu)異。3種氧化試驗(yàn)指標(biāo)從多角度反映了油品出色的氧化安定性，保證了油品的使用壽命。

表6 液壓油熱穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

表7 添加一定量的防銹劑F后油品的防銹性能

表8 L-DAH46螺桿空氣壓縮機(jī)油全性能檢測(cè)

結(jié)論

以中海油氣（泰州）石化有限公司加氫基礎(chǔ)油為原料，通過功能添加劑的補(bǔ)強(qiáng)有效提升了油品抗氧化、抗磨以及防銹等性能，研制出適用于中、重負(fù)荷雙螺桿空氣壓縮機(jī)的L-DAH46螺桿空氣壓縮機(jī)油。該產(chǎn)品對(duì)油品氧化安定性進(jìn)行了著重考察與提高，使油品對(duì)工況具有更好的適應(yīng)性，適用于中、重負(fù)荷工況，保證機(jī)械的正常高效運(yùn)行，同時(shí)大幅提升油品使用壽命，縮減使用成本。該油品目前已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)，市場(chǎng)前景廣闊。