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)備相對復(fù)雜，應(yīng)用時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。另外在對壓縮氣體純凈度要求較高的工況時或者壓縮氣體與潤滑油會產(chǎn)生反應(yīng)的工況時，有油潤滑的使用會受到限制［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，使其在相對于金屬配合面往復(fù)的運(yùn)動中，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?？?，因此本文將針對磨損的原因進(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臺兩級對稱式往復(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)二級填料發(fā)生泄漏，對B機(jī)進(jìn)行拆解后發(fā)現(xiàn)其一、二級氣缸活塞支撐環(huán)磨損嚴(yán)重，且二級氣缸出現(xiàn)嚴(yán)重的拉缸情況，此時該機(jī)運(yùn)行時間為2616小時。對活塞環(huán)、支撐環(huán)、填料重新選材，用型號為Y101材料對上述配件進(jìn)行了重新設(shè)計生產(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)過計算，一、二級活塞支撐環(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)計要求。

（3）經(jīng)測量與核算該機(jī)的活塞運(yùn)動速度為3.36m/s，小于設(shè)計中規(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）對壓縮機(jī)安裝數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，實(shí)測數(shù)據(jù)與說明書中的要求一致，排除了因安裝錯誤而造成的活塞支撐環(huán)磨損過快。

結(jié)合抽樣化驗和數(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)化驗檢測為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)動時，非金屬材料的環(huán)與缸套之間由于磨合會不斷有細(xì)小的粉末產(chǎn)生，填充在缸套的凹坑里，一段時間過后，這些粉末便會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)計要求，一級缸套表面粗糙度要求為Ra0.6um，二級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試儀MAHR測量一級氣缸缸套的表面粗糙度為0.08 um，發(fā)現(xiàn)表面很光滑，二級氣缸缸套的表面粗糙度為0.12 um，目測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)備選型時應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)設(shè)計標(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)在選用無油潤滑時一定要慎重。

［1］叔華，林報國.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.