KHP4068合成冷凍機油在典型工業(yè)螺桿式制冷壓縮機上的應(yīng)用

王鵬，李雁秋，張宜濤

(1.中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，新疆 克拉瑪依 834003;2.中國石油潤滑油重點實驗室，新疆 克拉瑪依 834003)

0 引言

螺桿式壓縮機可分為無油式和噴油式兩種，上世紀(jì)60年代出現(xiàn)了氣缸內(nèi)噴油的螺桿式制冷壓縮機。噴油螺桿式制冷壓縮機又分為單螺桿壓縮機和雙螺桿壓縮機。其中雙螺桿壓縮機是利用置于機體內(nèi)的兩個具有螺旋狀齒槽的螺桿相嚙合旋轉(zhuǎn)及其與機體內(nèi)壁和吸、排氣端座內(nèi)壁的配合，造成齒間容積的變化，從而完成氣體的吸入、壓縮及排出過程[1]。近年來，隨著齒形和其他結(jié)構(gòu)的不斷改進，螺桿式制冷壓縮機性能又有了很大提高。再加上螺桿式壓縮機無余隙容積，效率高，無吸、排氣閥裝置等易損件維修方便等原因，噴油式螺桿壓縮機已是制冷壓縮機中主要機種之一，得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

約克RWBⅡ1080E型螺桿式鹽水機組是國內(nèi)某重點有機硅化工生產(chǎn)企業(yè)的重點核心設(shè)備，見圖1，制冷機組使用的冷凍機油為美國公司廠家專用的68 號多元醇酯(POE)冷凍機油[3]。

約克RWB1080E設(shè)備參數(shù)為制冷量2232 kW，額定功率1900 kW，制冷劑采用R134A，制造商為約克(無錫)空調(diào)冷凍設(shè)備有限公司[4]。中國石油潤滑油公司開展了KHP4068合成冷凍機油在 “約克RWB型”冷凍機組上的應(yīng)用工作。通過潤滑油性能參數(shù)對比和持續(xù)近3 年的實際使用，結(jié)果表明，KHP4068合成冷凍機油與進口品牌潤滑油性能相當(dāng)，可以滿足螺桿式壓縮機冷凍設(shè)備的使用需求。

1 KHP4068合成冷凍機油的特點及數(shù)據(jù)分析

多元醇酯型冷凍機油，特別適用于HFCs制冷劑，如R-134A、R-507、R-404和新型混合制冷劑[5]。KHP4068合成油采用特殊的復(fù)合添加劑，用于抗氧化、防腐、消泡和抗磨。合成油具有極低的傾點，使其特別適合低溫制冷應(yīng)用，具有高熱穩(wěn)定性的特點，對減少設(shè)備故障和延長使用周期極為有效[6]。KHP4068合成冷凍機油的性能與約克公司的68 號POE冷凍機油的數(shù)據(jù)對比見表1、圖2。

表1 Frick 13(68 號POE冷凍機油)與KHP 4068的冷凍機油表觀理化數(shù)據(jù)對比

圖2 油品冷媒互溶性對比

進行制冷劑共存條件下環(huán)塊磨損試驗[8]，試驗條件：制冷劑R134A，試驗溫度80 ℃，制冷劑壓力500 kPa，試件轉(zhuǎn)速300 r/min，試驗負荷2225 N，注油量為120 mL[9]。環(huán)塊磨損性能測試儀的結(jié)構(gòu)見圖3，試驗結(jié)果見表2。

圖3 潤滑油與制冷劑混合狀態(tài)下抗磨損性能測試裝置結(jié)構(gòu)

表2 潤滑油與制冷劑混合狀態(tài)下抗磨性能試驗

2 在約克RWBⅡ1080E型螺桿式鹽水機組上的應(yīng)用情況

RWBⅡ1080E型螺桿式鹽水機組油品使用試驗自2017 年3 月開始，設(shè)備調(diào)試期間共運行7 d，設(shè)備調(diào)試參數(shù)見表3，工作正常。此后交付用戶使用。設(shè)備調(diào)試運行期間由于受到系統(tǒng)內(nèi)殘留油品的影響，性能略有變化。

表3 設(shè)備調(diào)試運行工況參數(shù)

KHP4068冷凍機油的使用性能檢測數(shù)據(jù)見表4。

表4 昆侖KHP4068調(diào)試運行過程的質(zhì)量跟蹤監(jiān)測(5W-3811A)

2020 年3月約克RWBⅡ1080E型螺桿式鹽水機組進入檢修安排，對運行油品進行測試，測試結(jié)果見表5。

表5 KHP4068運行油品測試分析評價結(jié)果

表5(續(xù))

目前對潤滑油脂抗氧化性能的測試方法主要有：(1)高效液相色譜和氣相色譜法；(2)凝膠滲透色譜法；(3)熱分析(TGA、DSC、DTA)；(4)紅外光譜(IR)；(5)核磁共振和核磁共振紅外光譜連用；(6)化學(xué)發(fā)光技術(shù)；(7)電化學(xué)技術(shù)(包括電氣敏感氣法、伏安法和電導(dǎo)率法)[11]。伏安法(RULER單類抗氧化劑檢測)是基于微電極上電流-電壓-時間三者間的關(guān)系。將潤滑劑和抗氧劑溶解在電解質(zhì)溶液中，然后插入工作、參比和輔助電極。輔助電極的電壓隨時間線性增加，當(dāng)電極電壓與抗氧劑氧化電勢相等時，抗氧劑發(fā)生電化學(xué)氧化，導(dǎo)致工作電極上電流的增加，以輔助電極電壓對工作電流做圖，可得到伏安譜峰，峰的電壓值決定于抗氧劑的類型，峰的大小決定于抗氧劑的濃度。典型抗氧劑特征氧化伏安峰見圖4[12]。

圖4 典型抗氧劑特征氧化伏安峰

為了更加準(zhǔn)確預(yù)測KHP4068油品的剩余使用壽命，采用SH/T 0719-2002潤滑油氧化誘導(dǎo)期測定法(DSC壓力差示掃描量熱法)，ASTM D6971標(biāo)準(zhǔn)方法(線性伏安法)對運行油在不同時間周期進行測定，準(zhǔn)確地測量出潤滑油脂中剩余的有效抗氧化劑含量[13]。數(shù)據(jù)顯示，隨著時間的推進，油品的抗氧化添加劑在逐漸消耗，1年后消耗值為28%，兩年消耗值為52%，3年后消耗值達到86%，推算剩余使用壽命為3～5月[14]，評價結(jié)果見表6。

表6 KHP4068運行油品DSC氧化誘導(dǎo)期測試分析評價

3 結(jié)論

運行監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，設(shè)備在運行初期的油品性能較裝機新油出現(xiàn)了一定的變化，主要是受到系統(tǒng)內(nèi)殘留油品的影響，隨著設(shè)備調(diào)試周期的結(jié)束各項指標(biāo)恢復(fù)正常，這表明KHP4068合成冷凍機油與原Frick 13裝機油兼容性良好[15]。

KHP4068合成冷凍機油在約克RWBⅡ1080E型螺桿式鹽水機組上3年的成功應(yīng)用表明，KHP4068 合成冷凍機油具有與同類型進口冷凍機油相當(dāng)?shù)氖褂眯阅??？梢詽M足以HFCs 為制冷劑的螺桿式制冷壓縮機的使用要求。