titulkaV technickej praxi majú kompresory na dopravu plynu mimoriadne postavenie. Vyžadujú zvláštnu pozornosť zameranú na správnu tribotechniku, odporúčanie mazacích olejov, mazív pre jednotlivé typy kompresorov, a to jednak z dôvodu ich konštrukčných tvarov, ale najmä dopravovaných stláčaných plynov.


Chemické zloženie plynov závisí najmä od zdroja ich výskytu a nežiaducich látok, nečistôt, ktoré sa v nich nachádzajú a často vytvárajú agresívne prostredie, ktoré má vplyv aj na prevádzku kompresorov. Najmä reaktívne, chemicky aktívne plyny a chemikálie nám často robia problémy pri ich preprave a stláčaní. Druh plynu a tlakové požiadavky sú rozhodujúcimi faktormi pri výbere kompresorového oleja. Ako narastá teplota a tlak, tak narastajú aj požiadavky na mazivá.

* * * * *
Plynové kompresory
Podľa toho, aký plyn kompresory stláčajú a dopravujú môžeme ich rozdeliť do týchto skupín:
• Kompresory na inertné plyny (argón, neón, hélium, vodík, dusík, kysličník uhoľnatý a uhličitý a tiež čpavok a vysokopecný plyn);
• Kompresory na uhľovodíkové plyny (metán, etán, propán, bután a acetylén);
• Kompresory na chemicky aktívne plyny (kyslík, chlór, čpavok, kysličník siričitý, sírovodík a chlorovodík).
* * * * *

Na dopravu plynu sa v súčasnosti používajú z hľadiska konštrukčných tvarov piestové vratné, rotačné skrutkové, lamelové a aj scrool kompresory. Pozornosť budeme venovať najmä piestovým a rotačným skrutkovým kompresorom. Všeobecne však môžeme povedať, že na mazanie plynových kompresorov sú kladené podobné požiadavky ako na mazanie vzduchových kompresorov.

Tribotechnické požiadavky na kompresory
Vzhľadom na jednotlivé konštrukčné typy kompresorov a dopravované stláčané plyny, musia byť rešpektované aj ich tribotechnické požiadavky. V našom prípade uvedieme všeobecné požiadavky na kompresorové oleje pre piestové, vratné a rotačné skrutkové kompresory. Na mazanie piestových kompresorov sú odporúčané ropné oleje II. skupiny podľa API, typu R&O (oleje obsahujúce antioxidant a prísadu proti korózii), pre výtlačné teploty do 150 °C, viskozitné triedy podľa ISO VG 68, 100, 150 a 220. Pre vyššie výtlačné teploty od 150 °C do 200 °C sa odporúčajú okrem kvalitných ropných olejov najmä syntetické oleje, a to diestery, polyalkylenglykoly, polyolestery a fosfátové estery (ťažko zápalné kvapaliny). Pre chemicky aktívne plyny sú to v súčasnosti polychlórtrifluoretylénové (PCTFE) alebo perfluorpolyetérové (PFPE) syntetické oleje, ktorých cena je niekoľkonásobne vyššia ako cena ropných olejov. Pre rotačné skrutkové kompresory a výtlačné teploty v rozsahu od 85 °C až do 135 °C sa odporúčajú kvalitné ropné oleje typu R&O a viskozitné triedy ISO VG 32, 46 a 68.

obr1
Pre náročnejšie prevádzkové podmienky a vyššie výtlačné teploty sú to syntetické oleje na báze polyalfaolefínov, diesterov, polyolesterov a polyalkylenglykolov a treba sa pridržiavať odporúčaní výrobcov kompresorov. Ak ide o rotačné lamelové kompresory, tie si vyžadujú oleje s obsahom prísad proti opotrebovaniu, AW prísady, pretože R&O oleje nie sú na toto použitie vyhovujúce. V tejto súvislosti treba tiež uviesť, že teplota oleja, resp. výtlačná teplota plynu, má veľký vplyv na životnosť oleja. Pri prevádzkovej teplote oleja 70 °C a vyššej, začínajú také oxidačné procesy, ktoré vedú k vytváraniu karbónových usadenín a kalov.
Všeobecne platí, že pri výtlačnej teplote okolo 90 °C je životnosť oleja 8 000 prevádzkových hodín. Ak sa výtlačná teplota zvýši napríklad na 110 °C, životnosť oleja sa zníži o 60 až 70 percent, čo je veľká nevýhoda. Okrem iných vlastnosti má mať olej výbornú hydrolytickú stabilitu. Táto požiadavka je dôležitá najmä vtedy, ak hrozí nebezpečenstvo kontaminácie oleja vodou. Pri ropných alebo syntetických olejoch má byť obsah vody nižší ako 0,5 % hm (5 000 ppm). Pri PAG to môže byť až 0,8 % hm (8 000 ppm) voľnej vody.
V prevádzke kompresorov, vzhľadom na vzájomné pôsobenie medzi mazacím olejom a dopravovaným plynom, môžu vzniknúť tieto interakcie:
• Plyn v oleji;
• Para v plyne;
• Vzájomná rozpustnosť.
Posledná vlastnosť, vzájomná rozpustnosť, je veľmi dôležitá – musíme jej preto venovať zvýšenú pozornosť. Každá rozpustnosť môže nebezpečne redukovať viskozitu oleja v kompresore, a tým zapríčiniť zvýšené opotrebovanie napríklad steny valca piestového kompresora. Odporúčanie oleja pre plynové kompresory je teda závislé najmä od chemického zloženia plynu, jeho fyzikálnych vlastností a prevádzkových podmienok kompresora.

Vplyv plynu na mazacie oleje
Uvedieme základné informácie o vlastnostiach plynu a jeho vplyve na mazacie oleje. Pozornosť budeme venovať ich vzájomnej interakcii, teda možnej vzájomnej rozpustnosti. Treba upozorniť, že vzájomnej rozpustnosti musia venovať výrobcovia a prevádzkovatelia kompresorov mimoriadnu pozornosť. Skúsenosti z praxe naznačujú, že sa občas vyskytujú technické problémy, ktoré si často nevieme vysvetliť. Možno je to aj tým, že technických informácií z tejto oblasti aplikácie mazív nie je dostatok.

Kompresory na inertné plyny
Inertné plyny, ktoré sa používajú ako procesné plyny, vzhľadom na ich vlastnosti nereagujú s mazacími olejmi a tiež nekondenzujú na stenách valca kompresora alebo v kompresných priestoroch pri vysokých kompresných tlakoch. Do sortimentu kompresorov, ktoré sa používajú na dopravu inertných plynov, možno zahrnúť všetky typy objemových kompresorov, predovšetkým piestové vratné a rotačné kompresory. Vo všeobecnosti kompresia týchto inertných plynov nepredstavuje žiadne problémy a kompresorové oleje, ktoré sa používajú na mazanie vzduchových kompresorov, sú vhodné aj na mazanie kompresorov pre inertné plyny. Do sortimentu inertných plynov môžeme začleniť aj čpavok, a to s ohľadom na jeho určité vlastnosti. Treba upozorniť, že čpavok v prítomnosti vlhkosti môže reagovať s niektorými prísadami a oxidačnými produktmi, čo vedie k tvorbe kalov, mydiel a môže to mať vplyv aj na viskozitu oleja.

ilustracny

Kompresory na uhľovodíkové plyny
Najčastejšie ide o zemný plyn, ktorý je niekedy označovaný aj ako kyslý plyn, a to vzhľadom na jeho sírne zložky. Samotné zloženie zemného plynu pozostáva podľa dostupných noriem z nasledujúcich zložiek: metán min. 85 % obj., etán max. 5 % obj., propán a vyššie uhľovodíky max. 7 % obj., inertné plyny max. 7 % obj., obsah ostatných zložiek a nečistôt je menší ako 0,1 % hm. Rozpustnosť zemného plynu a ďalších uhľovodíkov je veľmi vysoká v ropných olejoch a polyalfaolefínoch (PAO) v porovnaní s ostatnými všeobecne používanými syntetickými základovými olejmi, ako sú diestery a polyalkylenglykoly (PAG).
Uhľovodíkové plyny a ropné oleje majú rovnaké molekulové zloženie, väzby C – H, zatiaľ čo diestery a PAG majú polárnu väzbu. V skutočnosti je v typickej molekule PAG každý tretí atóm v polárnej väzbe kyslík, ktorý vytvára polárnu väzbu. Preto sú uhľovodíky menej rozpustné v PAG. O uhľovodíkových plynoch možno preto povedať, že zrieďujú ropný mazací olej, zmenšujú jeho viskozitu a ak kondenzujú na stenách valcov, majú tendenciu k zmývaniu olejového filmu. V takýchto prípadoch sa odporúča buď viskóznejší ropný olej alebo olej s prísadami na zlepšenie jeho priľnavosti ku kovovému povrchu. V prípade kyslých a mokrých plynov sa odporúča zvýšiť viskozitu kompresorového oleja. Občas sú odporúčané viskozitné triedy podľa ISO, a to VG 320, 460 a 680. V niektorých prípadoch sa ešte odporúča použiť oleje, ktoré obsahujú detergentné a disperzantné prísady – motorové oleje viskozitnej triedy SAE 30, ale ak je olej mokrý, tak aj vyššej triedy SAE 50. Všeobecne platí, že ak sa stláča uhľovodíkový plyn, potom by plyn nemal obsahovať ropný mazací olej. Na dopravu uhľovodíkových plynov sa používajú predovšetkým dynamické kompresory s požiadavkami na vyššie tlaky, ako aj vratné, piestové kompresory.

Kompresory na chemický aktívne plyny
Na mazanie kompresorov určených na dopravu chemicky aktívnych plynov sú ropné oleje alebo uhľovodíkové oleje veľmi málo vhodné, v niektorých prípadoch až nepoužiteľné. Na dopravu chemicky aktívnych plynov sa používajú buď vratné piestové alebo rotačné kompresory. Ropné mazacie oleje teda nesmú prísť do kontaktu s chemicky aktívnym plynom, z čoho vyplýva, že sa nesmú používať na mazanie kompresorov. V prípade, že ropný mazací olej príde do kontaktu s chlórom alebo chlórovodíkom, začnú sa vytvárať živicové, lepkavé kaly, zatiaľ čo kysličník siričitý rozpúšťa ropný olej, vytvára kaly a môže výrazne znížiť viskozitu oleja. Kysličník siričitý má tiež schopnosť vytvárať karbónové nečistoty, ak príde do kontaktu s uhľovodíkovým ropným alebo syntetickým olejom. Pri doprave, resp. stláčaní sírovodíku môže za prítomnosti vlhkosti v oleji vzniknúť korózia. Ak by ropné oleje spolu s ďalšími uhľovodíkovými olejmi prišli do kontaktu s dopravovaným stláčaným kyslíkom, mohlo by dôjsť k explózii kompresora. Pri kontakte mazacieho oleja s kyslíkom pri vyššom tlaku a teplote prebieha prudká oxidácia, čo vedie k explózii, resp. olejové pary vytvárajú so stláčaným horúcim kyslíkom výbušnú zmes. Na mazanie valcov kyslíkových kompresorov sa používajú buď syntetické oleje na báze polychlórtrifluoretylénov (PCTFE, CTFE) alebo perfluorpolyetylénov (PFPE).
Z nedávnej minulosti vieme, že sa niekedy odporúčala, resp. odporúča, aj destilovaná voda, ktorá môže obsahovať 5 až 7 % glycerolu na zlepšenie mazivosti. Ak sú dopravované, stláčané ďalšie plyny, ako napríklad kysličník uhoľnatý, kysličník siričitý, vtedy sa kompresory niekedy ani nemažú, pretože kysličník siričitý sám pôsobí ako mazivo, alebo sa odporúča použiť polyalkylénglykolové (PAG) syntetické oleje. Na mazanie etylénových kompresorov sú odporúčané biele ropné oleje a podľa najnovších informácií aj syntetické fosfátesterové oleje s obsahom monoglyceridov alebo diglyceridov. V prípade určitej neistoty pri odporúčaní mazív pre plynové kompresory, treba tento problém konzultovať s odborníkmi, resp. s výrobcom kompresora.
Chemicky aktívne plyny sú rozdelené podľa normy ISO 6743 – 3B do piatich skupín: DGA, DGB, DGC, DGD a DGE. V nasledujúcom prehľade, v tabuľke č. 1, je uvedená norma ISO 6743 – 3B pre plynové kompresory.

Tabuľka č. 1
tabulka1
Príklad označenia oleja pre plynové kompresory: ISO – L – DGB 68 (Viskozitná trieda ISO VG 68).


V tabuľke č. 2 uvádzame základné fyzikálne a chemické vlastnosti niektorých druhov dopravovaných plynov v súvislosti s ich prevádzkovými vlastnosťami, ako sú výbušnosť, horľavosť, korozívnosť, toxicita a tiež odporúčania na vhodné mazacie oleje.
K samotnej tabuľke treba povedať, že uvedené údaje o vlastnostiach plynov a odporúčané mazacie oleje sú len všeobecného charakteru a majú poskytnúť základné informácie súvisiace so správnym mazaním kompresorov na dopravu plynov. V prípade pochybností treba problém konzultovať s odborníkmi, resp. obrátiť sa na výrobcu kompresora.

Tabuľka č. 2
tabulka2
Vysvetlivky: RO – ropný olej, ŠRO – špeciálny ropný olej, SO – syntetický olej

 

Niektoré vlastnosti nových druhov mazív pre chemicky aktívne plyny
Z uvedeného prehľadu môžeme zistiť, aké vlastnosti majú niektoré plyny – či sú výbušné, horľavé, korozívne alebo toxické. Vzhľadom na tieto ich vlastnosti môžeme charakterizovať niektoré nové druhy mazív a posúdiť ich vhodnosť pre dané použitie.

Fosfátové estery
Fosfátové estery sa často považujú za bezpečné, pretože majú nízku horľavosť. Túto vlastnosť však majú len za určitých špecifických podmienok. Treba uviesť, že fosfátové estery v prítomnosti čistého kyslíka budú horieť veľmi prudko, čo môže byť veľmi nebezpečné.

Polychlórtrifluóretylény (PCTFE)
PCTFE sú veľmi účinné nehorľavé mazivá. Patria k mazivám, ktoré obsahujú fluór, ktorý nahrádza vodík a tým robí mazivo nehorľavým a nereaktívnym, to aj za prítomnosti kyslíka a iných chemicky aktívnych plynov. PCTFE sa používajú najmä pri doprave chlóru, ináč nemajú nejaký univerzálny význam v sortimente mazív. Treba uviesť ich dve nevýhody, a to, že majú nedostatočnú teplotnú stabilitu a tiež určitý potenciál pre reakciu s niektorými tesniacimi materiálmi.

Perfluórpolyetéry (PFPE)
PFPE mazivá sú vhodné na dopravu kyslíka a ďalších chemicky aktívnych plynov. PFPE sú bezpečné na použitie pre chlór, fluór, bróm a kyslík, ako pre aj mnohé kyseliny a zásady, napríklad kyselina sírová, kyselina dusičná a žieraviny. Tieto vysoko hodnotné a drahé mazivá sú kompatibilné s tesniacimi materiálmi. Treba povedať, že fluór nahradil v celom rozsahu vodík, a tým sa stali nereaktívne. PFPE mazivá vykazujú stabilitu pri vysokých teplotách, umožňujú predĺžiť výmenné intervaly a životnosť strojov a zariadení. To je spôsobené najmä tým, že je zachovaná vynikajúca tvorba mazacieho filmu a jeho hrúbka, čím sa znižuje trenie a tým aj opotrebovanie. To vedie k predĺženiu životnosti trecích uzlov, a to najmä pri ťažkých prevádzkových podmienkach. Na rozdiel od niektorých iných mazív, PFPE možno v prevádzke ošetrovať a regenerovať, čím sa predĺži ich životnosť, čo prispieva aj k ochrane životného prostredia.

Tribotechnická diagnostika
Kompresorové oleje používané na mazanie plynových kompresorov vyžadujú mimoriadnu pozornosť, čo sa týka kontroly ich kvalitatívnych ukazovateľov počas prevádzky. Vyplýva to z toho, že vznikajú možné vzájomné interakcie medzi olejom a dopravovaným plynom. Tribotechnická diagnostika nám poskytne informáciu o stave oleja a prevádzkovej schopnosti kompresora. Odporúča sa kontrolovať tieto kvalitatívne ukazovatele:
• Kinematická viskozita pri 40 °C, mm2.s-1;
• Číslo kyslosti, mgKOH/g;
• pH (najmä v prípade kyslých plynov) ;
• Obsah vody, KF, % hm, mg/kg;
• Oxidácia oleja, IČ spektrometria, FTIR;
• Oxidačná stabilita, životnosť oleja, RPVOT, ASTM D 2272 (väčšie olejové náplne) ;
• Obsah častíc, spektroskopická analýza, ferrografia.
Pri vyhodnocovaní nameraných výsledkov z analýzy oleja treba venovať pozornosť najmä číslu kyslosti, obsahu častíc, oxidácii oleja a, samozrejme, aj ďalším parametrom. V prípade že sú určité pochybnosti, treba problém konzultovať s odborníkmi.

TEXT/FOTO: Jozef Stopka