沼气罐装压缩机的分析

    1　沼气压缩机的润滑条件及其润滑油的性能要求
    压缩机润滑油的基本任务是借助在相对摩擦表面之间形成的液体薄膜，来减少磨损，降低因摩擦造成能量消耗；同时，还起到冷却运动机件的作用。合理的润滑和正确地选择润滑油，是保证压缩机安全、可靠使用的重要措施。压缩机如果由于润滑不当，或使用不适合的润滑油，不仅会影响压缩机正常工作，而且还会导致事故。
    在压缩沼气过程中，由于压缩机油直接接触压缩介质，易受压缩介质性质的影响，极易产生在其他环境使用中，所不常有的因润滑引起的问题。因此，对压缩机油的选择就应该十分慎重。
    1.1　沼气压缩机润滑系统
    润滑系统对压缩机的正常运转有着重大关系。容积式压缩机的润滑系统，可以分为与压缩介质直接接触的内部润滑和与压缩介质不相接触的外部润滑2种。内部润滑系统主要指气缸内部的润滑、密封与防锈、防腐；外部润滑系统即是运动部件的润滑和冷却。而气缸内部润滑的方式有飞溅润滑、吸油润滑、压力注油润滑。另外，其外部润滑是以运动机构的润滑为目的，除了减少运动部件各轴承及十字头导轨等摩擦表面的磨损和摩擦功率消耗外，还起到冷却摩擦表面，带走金属磨屑的作用].因此，不仅要求润滑油具有一定功能，而且还要求有足够的油量供给。而一般容积式压缩机润滑系统通常采用的是压力强制润滑。
    1.2　沼气压缩机油的性能要求
    沼气压缩机油的主要特点是：能减少沼气中的卤素气体的污染，尽可能使沉积物减少，保持运动部件的清洁，减少油耗，延长使用寿命。容积式压缩机，就对润滑油恶劣影响的程度来说，内部润滑系统比外部润滑系统严重得多。外部润滑系统的油不直接接触高温的压缩气体，在起到运动机构的润滑、冷却后返回油池循环使用。因此，其被氧化的机会较少。而内部润滑系统的油，由于直接接触压缩气体，受气体性质和高温高压的影响，工况条件就比较苛刻。压缩机油的性能要求，应根据气缸内部工况条件和润滑特点来确定。根据沼气压缩机的工况条件，为保证良好的冷却和润滑效果，压缩机油应满足以下要求：
   （1）积炭倾向小，较好的抗氧化安定性。根据调查，压缩机在高温下工作（排气温度通常在120～200℃，有的可达300℃），易于氧化而变质，生成油泥及积碳。因为积炭并不是纯炭，而是由烃的氧化缩合物、油、磨屑、尘土等组成，所以受到氧化时，积炭便出现火星。这时如果火星周围油的裂化气或油蒸气的浓度在爆炸浓度以内，便会引起爆炸.在确保罐装沼气压缩机正常运转和安全可靠的前提下，应该考虑选择不易生产积炭的基础油。低黏度油比高黏度的油不易生产积炭。容积式压缩机油需要良好的抗氧化安定性能，以便能经受高温和高氧分压的作用，而延缓氧化、老化。
   （2）相应的黏度。黏度合适的润滑油，能使沼气压缩机在工作温度和压力下，起到良好的润滑、冷却和密封作用，保证压缩机的正常运转。若黏度过大，将使滑动的表面上的油量分布不均，造成局部油量不足，增加摩擦副的摩擦阻力，降低压缩机的比功率，使冷却作用变差。同时，由于黏度过高的油，将使液体流动阻力增加，并极易生成不溶性的沉积物。
而黏度过小，润滑油的蒸发加快，不能保持足够的油膜强度，会使油的承载能力下降，致使摩擦表面磨损加剧，也可能使沼气容易将活塞与气缸间隙内的油吹掉，造成泄漏。
   （3）适当的闪点和高的自燃点。闪点和自燃点是关系到沼气压缩机油使用方面的安全指标。要求基础油在压缩机排气的*高温度下，不致于达到闪火的状态，因而闪点低是不允许的。但是闪点也不能过高。闪点过高的油必然馏分重、黏度大，胶质、沥青质含量高，热稳定性差，反而对防止积炭和防止热分解不利，从而起不到防止爆炸的作用。自燃点是由润滑油的热稳定性所决定的。由于着火爆炸主要是因机内温度升高至润滑油自燃点时发生的，因此，要求润滑油自燃点越高越好。由于同一烃类的自燃点随分子减少而升高，所以，同一类型润滑油的低黏度油比高黏度油有更高的自燃点。
   （4）良好的抗腐蚀性。当压缩机气缸中吸入未完全精制的沼气，特别是吸入沼气中含有微量H2S、CO2、卤族化合物等酸性物质时，冷凝水与这些物质所生成的酸性溶液会破坏润滑油膜，使金属摩擦表面腐蚀，并加剧磨损。因此，要求沼气压缩机油具有良好的抗腐性。
    2　沼气压缩机专用油的研制
    随着压缩机技术的发展，且由于压缩介质的工况过于苛刻，对所用的压缩机油提出了更高的要求，而这些要求是矿物油基的压缩机油所无法达到的。另外，为了确保压缩机运转可靠、安全，延长换油周期，也需要开发一种全新合成压缩机油代替现有的压缩机油。合成压缩机油的特点是：具有高度的安定性、安全性、残炭低，高温稳定性好，黏度范围大，倾点低；适用于温度跨度大、工作条件十分苛刻的场合，具有较好的适应性；其挥发度小，污染少，有较好的抗乳化性、抗泡性；能减少维修工作量，提高压缩机的使用效率。
    2.1　沼气压缩机油基础油的选择
    一般说来，合成油型的基础油具有氧化安定性好、积炭倾向小、热氧化稳定性和化学稳定性好以及耐辐射性等特点，因而与矿物油相比能用于更为苛刻的工况条件，这就是合成润滑油高速发展的重要原因之一。合成油型的基础油是以化学合成的方法得到的，经过调配或加入多种添加剂后即可制成高性能的润滑油。合成油型基础油大部分是聚合物或高分子有机化合物，其种类颇多，用作合成压缩机油的基础油通常有聚α2烯烃、双酯、聚亚烷基二醇、氟硅油和磷酸脂等。聚醚是以环氧乙烷（EO）、环氧丙烷（PO）、环氧丁烷（BO）或四氢呋喃（THF）等为原料，开环均聚或共聚制得的线型聚合物。
    通过一系列的实验分析比较，在研制油中确定采用聚醚型合成油作为基础油，其性能指标见表1.选用聚醚型合成油作为沼气罐装用压缩机油基础油的原因，主要是考虑到聚醚型合成压缩机油具有良好的润滑性能、高闪点、高黏度指数、低挥发和低倾点，对金属副作用小。在高温下使用，所生成的氧化物完全溶解在压缩机油中，或者完全挥发掉，在设备中几乎不留下沉积物；同时摩擦因数较低，黏度对黏压系统影响小。另一个特点是当有氧存在时，同水或其他组分混合时，实际上是不会燃烧的。聚醚的润滑性能主要由黏度决定，随着黏度的增加，其润滑性能提高。
    高分子聚醚有很强的抗剪切能力，在摩擦面上不会因分子被剪切而导致黏度下降。采用聚醚能较好解决润滑油被稀释，气缸壁润滑膜被冲洗以及润滑油耗量过大的问题。在研制过程中，值得注意的是，聚醚型合成油对某些塑料及密封材料的适应性不是很好，对不同材质橡胶的影响是不一样的，应进行适应性的试验。对于密封件，可以选用高腈的丁腈橡胶和聚硫橡胶作为相应的密封件，为压缩机气缸和活塞的良好润滑及密封提供保障。
    2.2　添加剂的选用
    在润滑油中加入少量添加剂，能改善油品的一种或多种品质，甚至赋予润滑油以崭新的特性，而得到更满意的使用性能。要得到性能全面的润滑油，需要采用多种功能添加剂进行复合。因为沼气压缩机油的性能要求比较全面，所以需要加入多种功能剂进行复合，才能满足使用要求。这些功能剂主要包括抗氧剂、金属减活剂、抗泡剂、清净分散剂等。进压缩机的沼气成分复杂，含有多种气体组分，为充分消除这些气体对润滑油的不良影响，还要加入摩擦改进剂、黏度指数改进剂、防锈剂等。
    （1）抗氧剂和金属减活剂
    油品在使用过程中，由于有氧存在，工况受到热、光等的作用，使油品氧化变质，这就需要油品有良好的抗氧化性。同时，若润滑油中含有金属，如铜、铁等，这些金属特别是金属离子会加速油品的氧化速度，生成酸、油泥和沉淀。酸使金属部件产生腐蚀、磨损；油泥和沉淀使油变稠，引起活塞环的黏结以及油路的堵塞，从而降低了油品的使用性能。这就要求同时加入金属减活剂。为此，在实验中采用旋转氧弹实验方法，来进行安定性能评定，将抗氧剂和金属减活剂混合配比，得到新的配方。该复合剂含有2，62二叔丁基对甲酚、芳胺、二苯胺以及二硫代磷酸三酯。
    （2）抗泡剂
    因为油品在使用过程中，循环次数频率高、流速快，长时间处于复杂的工况条件下运转，所以必须在油品中加入抗磨剂和油性剂。由于这些添加剂的存在，油品在沼气的剧烈搅拌中，极易产生大量的泡沫。消除润滑油中的泡沫，通常是采用在润滑油中加抗泡剂。抗泡剂的作用主要是抑制泡沫的产生，并使已产生的泡沫破裂。*常用的抗泡剂是硅型抗泡剂P21、非硅型抗泡剂P22.在基础油中加入抗氧剂和金属减活剂的复合剂后，再分别加入P21、P22、P23、P24、P25这5种不同的抗泡剂进行对比试验，试验结果见表2.在研制油中，将采用非硅类抗泡剂P22（乙烯基正丁基醚）及丙烯酸酯的聚合物。其特点是能长期贮存，有较好的安定性，消泡性能较好。
    （3）油性剂和抗磨极压剂
    在低温轻载荷的运转条件下，摩擦副处于流体润滑状态时，仅靠润滑油的黏性就可满足其润滑要求。
    但当负荷、温度增大时，2个作相对摩擦运动的金属表面则不易保持流体润滑，而呈边界润滑状态。这时，润滑油的润滑性能几乎和黏度无关，而主要取决于润滑油“油性”的好坏。通常认为“油性”是由于润滑油中极性化合物的吸附，而产生的一种减少摩擦和磨损的效果。根据沼气压缩机工况的要求，选用烷基二硫代氨基甲酸钼作为油性剂。抗磨极压剂采用磷酸酯。
    （4）金属钝化剂
    合成压缩机油中加入金属钝化剂，主要是防止轴承及其金属表面的腐蚀。其机制是它们在金属表面形成保护膜，防止酸及过氧化物的腐蚀。在研制油中将采用丁戊基二硫代磷酸锌盐和水杨醛胺基胍羧酸盐。
    （5）清净分散剂
    清净分散剂是油溶性表面活性剂，它主要是通过将无机酸、氧化中间产物和含氧酸中和及增溶，以阻止进一步缩合而生成漆膜和积炭；同时还可将已经生成的漆膜分散在油中，阻止其黏附在活塞上，或将开始黏附在活塞上的漆膜和积炭洗下来。在研制油中，采用硫化烷基酚钙和硼化聚异丁烯二酰亚胺作为清净分散剂。
    （6）防锈剂
    锈蚀会减少传动部件的寿命，加速油品老化，缩短换油周期，而且会进一步引起油品变质。因此必须在研制油中加入防锈添加剂，以提高防锈能力。可选用的防锈剂有十二烯基丁二酸盐、金属碘酸盐、咪唑啉化合物、胺类。从咪唑啉分子结构来看，特别是经过分子修饰过的咪唑啉衍生物，可以成为具有多吸附点吸附的分子。与金属接触时，可以形成吸附膜，吸附膜具有一定的强度、厚度、稳定性等特点。咪唑啉化合物具有使用范围广、加剂量少、热稳定好、腐蚀速率低、低毒等特点。金属碘酸盐也具有很强的防锈效果，采用咪唑啉化合物与金属碘酸盐复合作为防锈剂效果较好。
    3　结论
    （1）针对沼气罐装压缩机的特殊工况条件，采用聚醚作为基础油，研制出全新的沼气压缩机油。该研制油具有**的黏温特性和抗乳化性，优异的氧化稳定性和热稳定性，积炭生成量少、挥发性低，具有明显的性能优势。
    （2）研制油中加入经过复合的高温抗氧剂、金属减活剂、抗泡剂、金属钝化剂、清净分散剂和防锈剂等添加剂。经过理化分析和模拟评定，该研制油可以满足沼气罐装压缩机使用的性能要求。
    （3）研制油经过4000h的实机试验表明，具有较好防锈、减磨、抗氧、抗水解性能，能够满足沼气罐装压缩机的使用要求，具有很强的工况适用性。