潤滑油和濾芯對壓縮機潤滑系統的影響

王珊珊

(中石化石油機械股份有限公司三機分公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

隨著天然氣氣田的大量開發、開采，投入到各個氣田使用的天然氣壓縮機數量不斷增加，而壓縮機的組成系統中潤滑系統是保證壓縮機組正常運行的核心部件之一。

目前國內外對壓縮機潤滑系統維護、保養進行了一些相關的研究[1-4]，根據壓縮機潤滑系統各組成部分在潤滑系統中起的作用進行相關的設計，從而確定如油箱、油泵、油冷器、過濾器等關鍵部件參數[5-6]。潤滑系統是壓縮機輔助系統的一部分，當潤滑系統出現故障時，機組將不能正常工作[7-8]。潤滑油油溫低于正常油溫，預潤滑油泵不能正常運行[9-11]；潤滑油系統油管中循環不暢，導致自身振動及噪聲與機組振動頻率一致出現共振，使得機組不能正常運行[12-14]；壓縮介質溶解在潤滑油中，導致燒瓦、曲軸磨損等現象[15]。過濾器濾網長時間使用出現堵塞，過濾器兩端壓差大，油壓不正常，管路系統存在缺陷，實際油壓與儀表顯示不一致[16-17]，壓縮機主機軸瓦燒壞、曲軸磨損、機組停機等一系列故障[18]，使得機組不能正常運行，產氣量下降[19-20]。

本文分別采用L-DAB100和CF-4 15W-40潤滑油與A濾芯(過濾精度：10 μm和20 μm)和B濾芯(過濾精度10 μm)進行試驗，旨在尋找能相互匹配的過濾精度以及過濾材質對不同潤滑油進行過濾，使得潤滑系統中過濾器兩端壓差維持在0.07 MPa以內，同時油管內油壓維持正常，潤滑系統正常供油，保證機組正常運行。

1 試驗設備及方法

1.1 自制潤滑系統實驗臺

自制潤滑系統實驗裝置見圖1，變頻電動泵2最大轉速為1 450 r/min，頻率為40 Hz，循環一次耗油量為46 L/min，油箱1最大容積為170 kg(200 L)，當循環過程油溫升高，將冷卻器打開，降低油溫到正常溫度。潤滑油過濾器5入口管線和出口管線位置分別安裝有壓力表6/8用來觀察壓力，同時潤滑油過濾器自帶有壓差計9，可以讀取過濾器兩端的壓差。調節開關5通過控制回路中的壓力來調節流量。

圖1 潤滑油實驗裝置圖

1.2 試驗設備

濾芯A(新鄉中石達濾器有限公司)，濾芯材質為玻璃纖維，過濾精度10 μm兩個，過濾精度20 μm一個；濾芯B(新鄉海特濾器有限公司)，過濾精度10 μm兩個，濾芯材質為不銹鋼金屬網；空冷器(湖北艾泰克換熱器有限公司)；空壓機油長城迅能L-DAB100潤滑油(以下簡稱L-DAB100潤滑油)；長城尊龍T300 CF-4 15W-40潤滑油(以下簡稱 CF-4 15W-40潤滑油)；齒輪油泵(湖北神鷹潤滑設備有限公司)；防爆型三相異步電動機(江蘇新大力電機制造有限公司)；控制柜(江漢石油鉆頭股份有限公司武漢壓縮機分公司)；過濾器濾筒(新鄉中石達濾器有限公司和新鄉海特濾器有限公司各一個)；油桶；壓力表；油管線、短接、彎頭若干。

其中表1列舉的是不同牌號潤滑油具體參數，圖2給出的是不同廠家的濾芯外形。

表1 不同牌號潤滑油參數表

圖2 濾芯外形圖

1.3 試驗方法

試驗裝置：將油桶、齒輪油泵、防爆型三相異步電動機、空冷器、過濾器濾筒、壓力表以及油管等按圖1的方式進行連接。控制柜連接防爆型三相異步電動機和齒輪油泵。控制柜接通電源帶動防爆型三相異步電動機開始運轉，通過聯軸器帶動齒輪油泵開始工作，從而使得油路連通。

試驗條件：兩種牌號潤滑油(L-DAB100和CF 15W-40)和兩種濾芯(中石達濾芯和海特濾芯)，采用交叉組合的方式進行，具體試驗條件如表2所示。

表2 試驗條件

試驗過程：(1)將過濾器濾筒中放置濾芯A；(2)將空壓機油長城迅能L-DAB100牌號潤滑油置于油箱1中；(3)啟動油泵2；(4)記錄初始時刻潤滑油系統中壓力表6/8、溫度表4、壓差計9讀數，之后每隔1 h記錄一次壓力表、溫度表、壓差表讀數，直至試驗進行12 h為止；(5)更換濾芯B，將油箱中L-DAB100牌號潤滑油更換新油，重復試驗步驟(2)～(4)；(6)更換長城尊龍T300 CF-4 15W-40牌號潤滑油和新的濾芯B，重復試驗步驟(2)～(4)；(7)更換長城尊龍T300 CF-4 15W-40牌號潤滑油和新的濾芯A，重復試驗步驟(2)～(4)；(8)直至試驗結束，記錄不同試驗條件下的試驗數據。

3 實驗結果與分析

3.1 不同潤滑油牌號對潤滑系統的影響

圖3表示的是不同牌號潤滑油與過濾精度為10 μm的濾芯A進行試驗過濾器進出口處壓差隨時間的變化關系。從圖中曲線可以看出，CF-4 15W-40牌號潤滑油在試驗開始時刻壓差最大，其值達到0.25 MPa，經過2 h后，過濾器兩端壓差開始降低；而采用L-DAB 100牌號潤滑油時，在整個試驗過程中壓差最大值為0.05 MPa，在整個試驗過程中過濾器兩端壓差波動平緩。

圖3 不同牌號潤滑油對濾芯A的影響

結果表明：使用濾芯A時，試驗初始時刻采用L-DAB 100和CF-4 15W-40不同牌號潤滑油過濾器兩端進出口處壓差存在很大差異，隨著試驗時間的推進，過濾器兩端的壓差比較接近。由此可知，使用濾芯A時，選擇L-DAB 100牌號潤滑油更有利于潤滑油的流通，使得潤滑油供油過程更加流暢。

圖4是將L-DAB 100和CF-4 15W-40兩種牌號潤滑油分別與過濾精度為10 μm的濾芯B進行試驗過濾器兩端壓差與時間的變化規律。采用CF-4 15W-40牌號潤滑油時，初始時刻壓差最大，其值為0.01 MPa，隨后過濾器兩端的壓差隨時間不斷減小，試驗1 h后，壓差降低到0 MPa，直到試驗結束。而采用L-DAB 100牌號潤滑油時，在整個試驗過程中壓差一直保持為0 MPa。

圖4 不同牌號潤滑油對濾芯B的影響

綜上所述，選擇潤滑油不論是L-DAB 100牌號還是CF-4 15W-40牌號與濾芯B組合使用時更匹配。使用濾芯A時，L-DAB 100牌號潤滑油比CF-4 15W-40牌號潤滑油更匹配。

3.2 不同材質濾芯對潤滑系統的影響

圖5是采用長城L-DAB100牌號潤滑油分別與過濾精度為10 μm的濾芯B和濾芯A進行試驗得到的曲線圖。圖中曲線表示的是過濾器進出口兩端壓差隨時間的變化曲線，以及潤滑油溫度隨時間的變化曲線。

圖5中黑色曲線表示的是濾芯A和L-DAB100潤滑油作為試驗條件，過濾器進出口處兩端壓差和潤滑油溫度分別隨時間的變化關系，圖中曲線表明，試驗時間在0～2 h時，即試驗開始初期，過濾器兩端壓差保持不變，其值維持在0.04 MPa。隨后過濾器兩端壓差開始極速降低到0.01 MPa，隨后又開始極速增大，在試驗時間達5 h時，濾芯進出口處壓差達到最大值，其值為0.05 MPa；隨后又開始減小，在試驗時間8 h時，油壓壓差減小到0.02 MPa，隨后保持不變，直至試驗結束；試驗剛開始時油溫保持不變，隨后開始急劇增加，試驗達到5 h后，油溫升高速度變緩，直到10 h后，油溫開始下降。

圖5 過濾器濾芯壓差和潤滑油溫度隨時間的變化關系(L-DAB潤滑油)

圖5中紅色曲線表示的是濾芯B和L-DAB潤滑油作為試驗條件，得到的潤滑系統中過濾器濾芯進出口處油壓壓差和溫度分別隨時間的變化關系，由圖中曲線可以發現，在潤滑系統中采用濾芯B時，在整個實驗過程中過濾器兩端壓差一直保持為零。在潤滑系統中油溫隨著試驗時間呈現先增加后減小的趨勢。

綜上所述，在潤滑系統中使用牌號為L-DAB 10潤滑油時，在潤滑系統中選用濾芯B使得過濾器兩端的壓差滿足機組使用要求，同時較使用濾芯A時過濾器兩端壓差要小的多。

圖6中曲線表示的是采用CF-4 14W-40牌號潤滑油分別與過濾精度為10 μm的濾芯A和濾芯B進行試驗，過濾器進出口兩端壓差和潤滑油溫度隨時間的變化關系。圖中黑色曲線表示的是采用濾芯A進行試驗得到的潤滑油溫度和過濾器進出口兩端壓差隨時間的變化曲線。根據圖中曲線變化可知，在試驗開始階段，過濾器兩端壓差最大，其值可達0.25 MPa，經過2 h后，過濾器兩端壓差減小到0.05 MPa；歷時6 h后，過濾器兩端壓差減小到最小值0.03 MPa，隨后處于穩定狀態，保持不變。潤滑系統中油溫隨著試驗時間不斷升高，試驗7 h時，油溫達到最高值50 ℃，隨著試驗時間的延長，環境溫度開始降低，潤滑油溫度也開始慢慢降低。

圖6中紅色曲線表示的是采用濾芯B進行試驗得到的潤滑油溫度和過濾器進出口兩端壓差隨時間的變化曲線。圖中曲線變化表明，試驗初始時刻，過濾器進出口兩端壓差為0.01 MPa，經過1 h后，壓差降低為0，一直持續到試驗結束。試驗過程中潤滑油油溫隨著試驗時間不斷升高，在0～3 h內潤滑油油溫隨著時間呈線性增加，試驗時間在4～8 h油溫隨時間增長緩慢，在8 h時潤滑油油溫達到最大值，其值為52 ℃，8 h后隨著環境溫度降低油溫開始下降。

圖6 過濾器濾芯壓差和潤滑油溫度隨時間的變化關系(CF-4 15W-40潤滑油)

綜上所述，CF-4 14W-40牌號潤滑油與濾芯A共同使用時，過濾器兩端壓差為0.25 MPa，與濾芯B共同使用時壓差為0.01 MPa，由此可見，使用CF-4 14W-40牌號潤滑油時，濾芯B兩端壓差較小，只為濾芯A的4%，說明使用濾芯B有利于該牌號潤滑油流通。

3.3 不同過濾精度對潤滑系統的影響

圖7表示的是使用CF-4 14W-40牌號潤滑油與過濾精度為10 μm和20 μm的濾芯A進行試驗得到的過濾器兩端壓差隨時間的變化規律。由圖中曲線可知，使用精度為10 μm的濾芯進行試驗，過濾器兩端壓差在初始時刻最大，其值為0.25 MPa，歷時3 h后，過濾器兩端壓差降低至一個趨近穩定的值，其值為0.04 MPa，隨后經過3 h后，壓差略微下降，兩端壓差降低至0.03 MPa，直至試驗結束。當使用精度為20 μm的濾芯進行試驗時，過濾器兩端壓差隨時間的變化規律與10 μm一致，過濾器兩端壓差最大值同樣出現在試驗初始時刻，其值為0.22 MPa，隨后過濾器兩端壓差值開始降低，經過3 h后，其值降低為0.03 MPa，歷時5 h后，壓差值略微降低，其后保持在0.02 MPa，直至試驗結束。

圖7 不同過濾精度濾芯壓差隨時間的變化規律(濾芯A)

綜上所述，當使用CF-4 15W-40牌號潤滑油和濾芯A過濾時，過濾精度不論是10 μm還是20 μm，過濾器兩端壓差變化趨勢相似，且壓差最大值均出現在試驗初始時刻，其值偏大。

4 結語

潤滑油牌號和濾芯材質是影響潤滑系統中油壓和過濾器兩端壓差的兩個重要因素。不銹鋼材質濾芯通流面積較大，有利用潤滑油通過。

潤滑油牌號一定時，潤滑油溫度對潤滑系統中油壓和過濾器兩端壓差影響不大，可以忽略不計。

CF-4 15W-40牌號潤滑油與玻璃纖維材質的濾芯搭配使用時，過濾精度低于10 μm，過濾器兩端壓差變化相似，不利于潤滑油通過。