一、问题的提出 在往复式压缩机中均设计有填料函以实现对活塞杆的密封，八十年代以前设计的压缩机填料函一般在中低压段，因为工作压力低，所以密封效果良好，工作寿命也很长。随着时间的推移、技术进步，各类节能型压缩机机型开始推出并投入使用，由于压缩机的结构设计需要，压缩机出现了高压段填料函，例如取消平衡段气缸及高压平衡式气缸都拥有密封最高压力31.4Mpa的填料函。同时由于压缩机输气量的提高，密封直径也随之增大，填料函的工作环境恶劣，使用寿命变短，有些填料函的更换周期甚至只有几个星期，设备经常泄漏，来不及更换，泄漏的气体严重污染工作环境，损失了原料，破坏了稳定生产的局面。 多年来我们按用户的需要，利用无油润滑技术已经很好地解决了高压填料函泄漏问题。本文主要介绍解决填料函泄漏的技术关键和实际使用情况。 二、无油润滑填料函实现长周期有效密封的技术关键 1．正确选择密封圈材质及其填充配方： 作为填料函中实现密封的元件，密封圈的作用十分重要，在工作状况下其内孔与活塞杆外径紧密贴合，以阻断气体泄漏实现有效密封。由于密封圈内孔和活塞杆外径存在滑动摩擦，密封压力越高，密封圈与活塞杆的接触正压力就越大，密封圈工作时就越容易发热，越容易被磨损。在无油润滑技术中选用填充聚四氟乙烯作密封圈材料，由于聚四氟乙烯材料的摩擦磨损性能可以通过填充剂的配方不同加以调节，因此我们可以获得具有良好摩擦磨损性能的密封圈，以保证密封圈在实现良好密封的同时不会很快被磨损，从而为实现长周期无泄漏运行创造条件。因此，要实现填料函长周期无泄漏运行，必须使用具有适当配方填充的聚四氟乙烯材料作为密封圈。 2．按不同工况选择密封圈的结构型式： 平环密封圈由于其结构简单，加工制作方便，已经成为填料函中应用最广泛的一种密封圈结构。目前，我们采用具有补偿开口的平环密封圈，密封圈具有补偿开口，因此可以在运行中自动补偿内孔的磨损，始终保持内孔与活塞杆的良好接触保证密封。该种密封圈在活塞杆外径磨损量达到15—20丝时仍旧能保持良好密封。平环密封圈在安装时对密封圈内孔和活塞杆外径配合间隙无严格要求也无需对密封圈内孔进行修刮，安装后不必开空车进行“跑合”，安装使用十分方便，是一种理想的密封圈结构。 平环密封圈按其补偿开口方式不同而有不同型式。单T字开口补偿的平环广泛用于压缩机中低压填料函和循环机填料函中。T字开口结构型式决定该密封圈必须成对使用，以避免T字开口处泄漏。对于所密封气体压力高同时气体温度也很高的氮氢气压缩机高压段填料函，成对使用的密封圈对热量散发不利，使用中常发生填料函发热，活塞杆发烫，冒烟情况，因而常采用三瓣式结构的密封圈，每组填料内一片密封圈有利于密封圈热量散发，以保证塑料材质的密封圈在高温高压状况下的正常工作。 3．采用金属塑料阻流环是防止平环密封圈在高压下工作时“冷流”破坏的关键： 尽管平环密封圈有众多优点，然而当其在高压填料函中未配有辅助密封元件阻流环工作时，往往难以实现长周期有效密封。这是由于平环密封圈是一种自紧式密封元件，工作状况下为防止气体沿活塞杆泄漏，密封圈在所密封气体作用下，抱紧活塞杆产生一定的接触比压，实现有效密封。显而易见，在高压填料函中密封圈对活塞杆的接触比压很大，工作时在密封圈内表面产生的摩擦热也大，而填充聚四氟乙烯材料虽然有良好的摩擦磨损性能，但其导热性较差。摩擦所产生的热量积蓄在密封圈内圈无法被带走，随着运行时间增加，该温度逐渐升高，最终使得密封圈受热的内圈强度变小而发生软化，在所密封气体作用下，此软化的内圈会沿着活塞杆和填料盒内孔之间的间隙向前挤出，密封圈内孔发生“冷流”变形。因为冷流变形的密封圈端面不再平整，因而导致密封失效。这就是平环密封圈在高压填料函中短期密封失效的原因。为了延长密封圈在高压填料函中使用的工作寿命，必须防止其在工作中发生“冷流”这也就是在填料盒中配用辅助密封元件阻流环的原因。阻流环放在密封圈前面，阻流环的内孔与活塞杆外径的间隙应尽可能小，才能防止密封圈沿活塞杆挤出发生“冷流”变形。阻流环能否起到阻流作用的关键是用什么材料作阻流环，对阻流环的要求是既和活塞杆外径保持最小径向间隙同时又不能擦伤活塞杆，有些填料函中用铜作阻流环，铜的摩擦系数很大，内孔过小，肯定会擦伤活塞杆，内孔太大，阻流环效果不明显；有些填料函用填充聚四氟乙烯作阻流环，当然它的摩擦系数很小不会擦伤活塞杆，可是它和活塞杆摩擦后发热具有冷流倾向的聚四氟乙烯塑料自己先冷流变形，因而无法阻止密封圈“冷流”。如今我们采用FH-1B金属塑料作阻流环，该阻流环内孔有铜粉烧结层并浸渍聚四氟乙烯塑料，形成金属塑料复合材料，因此它的摩擦系数很小，导热性能很好，它的内孔可以和活塞杆间隙控制得相当小具有良好的阻流作用，同时又不用耽心拉伤活塞杆。由于金塑阻流环的使用，有效防止了平环密封圈在高压作用下的冷流变形，延长了其有效密封工作寿命，从而解决了高压填料函易于泄漏的难题。 三、无油润滑填料函应用实例： 项目压缩机种类 填料函种类 工作压力（兆帕） 工作周期（小时）
氮氢气压缩机 具有平衡腔气缸的中低压填料 8 16000
多级压缩机的高压填料 13-32 4000
取消平衡段气缸高压段填料 32 4000
循环压缩机 平衡式循环机填料 32 前4000，后6000
对置式循环机填料 32 6000-8000
四、结束语： 填料是压缩机的一个重要组成部分，由于填料函工作寿命不长易泄漏，造成原料气损失，环境污染，被迫经常停车更换。经常停车维修更会消耗大量人力、物力，并且影响机台的正常运行和其出率，因此能否保证填料函长周期无泄漏运行是压缩机管理中的一件大事。 当前，我们利用无油润滑技术，有效地解决了压缩机包括高压段填料在内的填料函的长周期有效密封问题，使压缩机能确保长周期无泄漏运行。当然，压缩机填料的正常运行除填料函本身的正确设计之外，还有一些其他影响因 一、问题的提出 压缩机无油润滑技术作为一种节能改造新技术，自产生并在各行业各种压缩机上推广应用至今已有60多年历史了。目前我国在氧压机、氢压机、空压机和氮氢气压缩机上都有较好应用，作为氧压机气缸是必须采用无油润滑技术，那末作为化肥行业中广泛使用的氮氢气压缩机，采用无油润滑技术能够获得多少收益，采用无油润滑的压缩机其易损件工作周期以及机台输气量是否会受到影响？这是准备采用该项技术时往往会产生的问题。本文就氮氢气压缩机气缸中应用无油润滑技术的优越性以及所能获得的效益来说明无油润滑技术采用的必要性，以推广应用无油润滑技术三十余年来的实际事例来印证无油润滑技术在压缩机上应用的可行性。 二、氮氢气压缩机高压段气缸采用无油润滑技术的必要性 1. 采用无油润滑技术能有效稳定高压段气缸活塞环工作周期： 氮氢气压缩机高压段气缸的工作压力很高，一般达13—31兆帕，实际情况是这些高压气缸的活塞环注油工作时工作寿命往往存在较大问题，工作1—2个月就发生磨损，产生大量泄漏被迫停车更换的情况并不少见。显而易见，这种情况的存在对机台的出率和企业生产状况的稳定带来很大的负面影响，严重危及企业生产能力提高，影响企业的经济效益。 分析这些气缸活塞环工作寿命难以稳定达到预期工作周期的重要原因是高压气缸注油系统故障。因为在高压段气缸活塞环所受的背压值十分巨大，它可以是低压段气缸活塞环工作时所受背压的上百倍，在如此大的背压值作用下，必须要求气缸注油系统工作状况良好，气缸内要有充足的润滑油以减少环与气缸壁的摩擦系数，以避免活塞环工作时产生短期超量磨损。这就对高压气缸的注油系统提出了十分高的要求，注油器的压力必须超过气缸工作压力，润滑油才能进入气缸。因此高压气缸的注油器工作负荷很大，修理要求也很高，生产实际中经常发生注油器故障，稍不留意注油器就不注油，严重影响高压段活塞环工作寿命。 与此相对应的在无油润滑气缸内活塞环具有良好的自润滑性能，运行时不需要向气缸注油润滑，活塞环就能保持良好的摩擦工况，正常工作。目前高压气缸中无油润滑活塞环的材质一般采用FH-1A金属塑料复合材料，该材料具有良好的自润滑性能，良好的耐磨和密封性能，保证了其在31兆帕高压气缸中无油润滑状况下的工作周期可达4000小时。对某些特殊结构气缸例如高压平衡式的气缸活塞，无油润滑工作周期甚至可达8000小时左右。这是因为无油润滑结构的活塞组件其运行性能已摆脱了对润滑油的依赖，因此有效地避免了高压注油系统故障对其运行周期的影响。 这就是采用无油润滑技术可以有效稳定高压气缸活塞环工作寿命的原因，也是高压气缸采用无油润滑技术的一大优点。 2．节约用油： 在活塞式压缩机中当以铸铁为活塞时环材料注入气缸用以润滑的高级机械油消耗数量很大，以年产10万吨合成氨的化肥企业来说，单在压缩机高压气缸加入的润滑油数量可达每年20吨，单价值就达20万元。此外，我国石油资源不算丰富，如果压缩机采用无油润滑运行，节省了大量的石油资源消耗，其意义就更大。 3.净化气体、降低生产成本、实现增产节约： 压缩机气缸在运行中有润滑油注入时，这些润滑油不可避免地要被雾化并随着被压缩气体一起被送出，虽然高压机出口一般设有油分离器，但是分离器的分离效果绝不可能达到百分之百，因而在注油运行气缸的出口气体中经常夹带油雾。化肥生产用的氮氢气压缩机出口所夹带的油雾会进入精炼系统、合成氨系统或甲醇系统以及高压甲烷化系统均会对生产系统带来很大危害。 例如，压缩机六段气缸出口气体送精炼系统，如果气体中夹带油污进入醋酸铜氨液中会恶化铜液质量，使得气体微量指标不能得到保证。清理油污或者更新铜液所耗费的资金显然会大大升高合成氨生产成本。 又如：压缩机七段出口气体送合成氨生产系统，此补充新鲜气体中如油污成份较高，那末，气体进入合成塔后会将油份带入触媒筐，油污接触到触媒会包在触媒外表，使其永久性中毒而失去活性，其结果是合成反应热点下移，合成塔生产能力降低继而提早更换触媒。有企业反映，一次检修更换触媒时从合成塔下部排出润滑油30多公斤，足见气体夹带油雾量不少。 再如：在生产甲醇的企业中，由于甲醇触媒敏感性更强触媒更易中毒老化，净化气体对甲醇生产系统意义就更大。某企业原来甲醇触媒4个月就要更换，全部压缩机高压气缸采用无油润滑后触媒使用周期延长到12个月。由此可以清楚地看到，采用无油润滑技术净化气体，对降低生产成本、提高生产效益，增产降耗的作用的确很明显。 最后，化肥生产企业当前进行一系列的生产工艺改革，其目的自然是为进一步节能降耗。比如，采用高压甲烷化工艺取消精炼工序就是其中之一。高压甲烷化就是在高压下将微量一氧化碳和二氧化碳转化成甲烷，该转化由触媒催化完成，该触媒更敏感，气体带油份将使微量不合格。因此采用该工艺生产时要求压缩机高压气缸不注油运行。 综上所述，对氮氢气压缩机所压缩气体净化特别是高压段气体的净化对化肥生产有一系列的益处，为企业进一步节能降耗、增加效益、提升活力。压缩机高压缸的无油润滑并非可有可无，而是势在必行。 三、压缩机高压段气缸采用无油润滑技术的可行性 1.无油润滑活塞环运行时密封性能良好，保证机台输气量： 活塞在气缸中运行时依靠活塞环的密封作用阻止被压缩气体泄漏，从而保证了机台输气量，达到一定的生产能力。无油润滑的活塞在作结构设计时就对其气密性能作了周密考虑，将运行时泄漏量降到允许水平2%左右。因此运行中不需要在气缸中添加润滑油，用油膜来辅助气密性。实际运用表明无油润滑机台的气密性良好、泄漏量小，输气量有保证。 例一：山东恒通化工股份有限公司化肥厂，压缩机高压缸实行无油润滑情况如下。 ①. 压缩机配置： MH92/31.4 （七级压缩） 七台
M73/31.4 （六级压缩） 二台
4M8K4-36/320 （六级压缩）
②. 高压段气缸采用无油技术情况： 14台压缩机的高压段（MH92六七段、4M8K4、M73五六段）于2002年全部完成无油润滑改造，运行至今。活塞环平均工作寿命4000小时，其中MH92七段工作寿命达8000小时以上。 ③. 实行无油润滑后的机台出率情况：采用无油润滑技术前后机台出率对比时间 改造情况 平均开机 氨产量 醇产量 合计 平均台机出率
（台） （吨/年） （吨/年） （吨/年） （吨/日.台）
1999年 全部压缩机气缸注油运行 24.7 144789 12629 157418 17.7
2002年 全部压缩机高压段气缸采用无油润滑 26.5 145390 40470 185861 19.2
注：开机台数折成4M8K4，氨醇产量按1:1计。 从上述台机出率情况看，在2002年全部机台高压缸采用无油润滑运行后，机台平均出率比采用注油运行时不低，表示无油润滑活塞环的气密性良好。 例二：河南省陕县金茂化工有限公司，无油润滑改造情况。 ①. M73/31.4压缩机五台，五六段缸为取消平衡段结构。 ②. 2001年前，五台M73机五六段缸注油运行，由于活塞环耐磨性能和密封性差，运行经常发生泄漏，六段缸气体漏向五段，使得五段工作压力超高，使用一个月就要更换活塞环。 ③. 2001年在M73机五六段缸中采用无油润滑技术。 由于无油润滑活塞环耐磨性能好、气密性也好，运行半年后活塞环仍然保持良好密封，在五台机五六段缸全部改成无油运行后，五段超压情况彻底消除。在用红外线测温仪测量五段出口活门温度时发现其工作温度比注油时低5C，证明六段压缩时漏向五段的高温气体大幅度减少，使得五段出口气温下降。 ④. 该公司对于取消平衡段的M73机气缸采用无油润滑技术，改善了活塞环气密性能，从而减少了设备内漏，提高了机台出率的作用十分满意。 以上二个事例，可以清楚地看到，压缩机高压气缸内采用无油润滑技术活塞环气密性和机台出率均有充分的保证。 2. 无油润滑活塞环具有良好的耐磨性能，使得活塞组件的气密性能能维持足够长时间：作为压缩机活塞环，不仅要能具有足够的气密性而且要有良好的耐磨性能，以将气密性保持足够长的时间。实际应用表明，如今我们所采用的无油润滑活塞环具有以上性能。 目前高压段气缸的无油润滑活塞环材料采用FH-1A金属塑料材料，该材料是在烧结形成的多孔铜粉层中浸渍入聚四氟乙烯材料，使之既具有聚四氟乙烯摩擦系数低，又具有金属材料传热性好、热胀系数小、热强度好的优点。该种材料的许用PV值是填充聚四氟乙烯的10倍。高压段气缸活塞环所受的“背压”值（工作时将活塞环贴紧气缸壁的正压力值）比较大，只有许用PV值高的材料才会较耐磨。当今，我们采用FH-1A材料作高压气缸活塞环，使活塞环工作时磨损量极小，使之在4000小时运行仍能保持良好的气密性，从而稳定延长了其有效工作寿命。 3. 四氟预膜缸套和金塑活塞环组成良好的摩擦副，使活塞环工作寿命得到保证： 在气缸中，活塞环和气缸套是一对摩擦副，要保证活塞环的良好自润滑状况，对磨件性能是非常重要的一环。我们采用具有一定粗糙度的珠光体球墨铸铁缸套，用挤压工艺在内孔挂一层聚四氟乙烯薄膜层，对于进一步减小环与缸壁之间的摩擦系数、减轻运行时的活塞环磨损、稳定活塞环寿命起了十分重要的作用。 上述事例证明，压缩机高压段气缸实行无油润滑运行不仅十分必要，而且，使用效果良好、切实可行。 四、结语 当前，我们所掌握的无油润滑技术，已经能够使活塞环具有良好的密封性能，能在高压段气缸中稳定运行。从目前已推广实行的30多个机型，在50多个企业300多台机台上的运行效果来看，气缸直径从48到220的各种气缸其正常工作状况的无油润滑运行，连续运行周期已达到4000小时以上。 在压缩机高压段气缸中实行无油润滑运行不仅能节约用油、稳定活塞环工作寿命、减少机台泄漏提高出率，还能净化气体，改善生产工艺条件、实现增产降耗，确实是一项一举数得的新技术。 无油润滑技术在氮氢气压缩机高压段气缸中的应用已十分成熟，完全可以推广应用。（作者为上海金索机械有限公司戴光滋）*摘自《压缩机无油润滑技术交流资料汇编》2001年P29-P31页**摘自《压缩机无油润滑技术交流资料汇编》2002年P1-P5页
