润滑油化学及油水分离器性能
空压机会产生大量的水。周围空气的湿度一旦被压缩，就会导致大量的水脱落，我们称之为冷凝水。在一个温暖潮湿的夏季，入口空气温度为80 of，一台满载运行的75马力(hp)空气压缩机在一个8小时的轮班中可以产生超过25加仑的凝结水，压缩空气通过干燥器后还可以产生另外5加仑的凝结水。压缩过程允许空气、水蒸气和润滑流体混合。一旦凝析油离开系统，微量的润滑剂也随之流动。这种凝析油在排放到地下水或污水处理厂之前，应该通过油水分离器进行处理。
各种各样的润滑剂，包括合成碳氢化合物，聚α烯烃(POAs)，聚酯(POEs)，双酯，聚烷基二醇(PAGs)和硅酮与不同类型的油水分离器搭配使用，往往会导致分离系统在从凝结水中去除润滑油方面的有效性被忽视——一种类型的分离器不一定适用于所有类型。这里有一些关于润滑剂和油水分离器的知识，以保持你的压缩空气系统运行和有效运行。
压缩空气冷凝物由润滑剂和水的混合物组成，在被输送到地下水之前，需要经过分离处理。
空气压缩机油系统中的水相
在油系统中，水可分为三个阶段。当水遇到润滑剂时，润滑剂的化学性质决定了可以自然溶解的水量，即饱和点。超过这个饱和点，水就会在流体中乳化，在流体中，水和润滑剂仍然混合在一起。这种情况在系统运行和流体循环时尤其普遍。最后，当不再有水处于乳化状态时，就形成了自由水。
在润滑剂和水之间，温度对溶解度有很强的依赖性。当压缩机处于关闭或待机状态时，工作温度下的润滑剂比环境温度下的润滑剂能保留更多的水。随着空气中的水分被吸入空压机，润滑剂的温度越高，润滑剂所能容纳的水分就越多。
在大多数空压机流体的油分析报告上，通常测量润滑油的悬浮含水量。卡尔费雪滴定测试方法可以确定润滑剂中的水的数量，水的含量报告在百万分之一。油分析报告上的结果值显示的是样品中的总含水量，而不是具体的水是溶解在润滑油中还是游离水。
水和润滑剂分子的极性
所有的水分子都是极性的，这意味着其分子结构的氢端带正电荷，而氧端带负电荷。氢原子的正电荷附着在邻近分子的氧原子上，使水分子相互吸引。这种吸引力导致水聚合并以游离水的形式从润滑剂中脱落。
然而，许多润滑剂是非极性的，它们的分子结构的两端不显示出任何电荷。当油和水混合时，短时间内就会形成乳状液混合物。在沉淀后不久，水分子彼此之间的吸引力比它们对非极性润滑剂的吸引力更大，这是导致分离的额外力量。
一些合成润滑油，包括聚乙二醇和二酯，也具有适度的极性，当与水混合时，会产生稳定的不易分离的乳液。普通的空气压缩机润滑油，如PAGs，可以容纳高达700ppm的水，而标准的合成碳氢化合物油可能不超过几百ppm。为了避免水在空气压缩机中积聚，系统运行时的温度应该足够高，以允许与润滑剂乳化的多余水蒸发。游离水，也称为凝析油，然后通过疏水阀进入油水分离器。
润滑剂和水分子的极性解释了为什么油和水不能混合。
确定流体是否会分离
美国测试与材料协会(ASTM)的两项测试标准可用于确定空压机润滑油是否容易与水分离，这两项标准在润滑油技术数据表上都很常见。
- ASTM D4052是润滑剂密度的标准测试方法。水的密度为1.00g/cm3.，空压机润滑油的声明密度可以与水相比较，以确定它们之间的亲和力。作为参考，PAG的密度通常为0.99克/厘米3.且具有较强的保水乳化倾向，而PAO的密度约为0.84g/cm3.很容易在几分钟内从水中分离出来。
- ASTM D1401是碳氢化合物润滑剂和合成液体的水分离性的标准测试方法。这个测试包括40毫升水和40毫升给定的润滑剂。将混合物搅拌并沉淀30分钟以分离。经过一段时间后，测量所产生的毫升水、润滑剂和乳化混合物(以水ml/润滑剂ml/混合物ml表示)。本规范提供了关于润滑剂是否能容易地与水分离的见解。
推动更好的油水分离
1970年的《清洁水法》规定，地方市政当局及其立法机构应采取措施，妥善处理生产设施产生的废水。快进到2020年，现在普遍接受的做法是，在凝结水被送往地下水系统或城市污水处理厂之前，对空压机凝结水进行处理，以去除微量润滑油。
如果压缩空气冷凝液中没有适当的润滑剂，地下水就会受到污染，影响当地的植物生命和周围的生态区域。
对进入城市污水处理厂的凝结水的规定因地区而有所不同。市政当局允许的排放水中残余油的浓度水平从10ppm到100ppm不等。一个常见的误解是，这个残余油限值是在整个设施的每个系统独立测量的(例如，离开空压机的凝析油)。相反，该规定通常是针对工厂的整个废物流。由于空压机通常是整个废水流的一个很小的组成部分，空压机的水平可能大大高于当地的限制，而不会导致工厂的总废水流接近当地的限制。
冷凝液中的润滑油水平每天都会有所不同。例如，在炎热潮湿的天气条件下，由于进入空压机的湿气增加，会导致冷凝水的体积增大。假设对空气的需求保持不变，那么就会有同样数量的润滑剂在更大数量的水里。虽然地方和州有关污染物浓度限制的法规可能相差很大，但工厂人员必须确定他们的场所的要求。
近距离观察常见的油/水分离器
离开空压机的冷凝液中含有99%以上的水和不到1%的润滑油，因此通常使用油水分离器来帮助将润滑油降低到可接受的水平。
油水分离器有助于在凝结水被排放之前，将压缩空气中的润滑油量降低到可接受的水平。
空压机工业中最常用的两种油水分离器类型是重力分离和化学吸收。蒸发分离器也可用，但只占安装的非常小的百分比。
重力分离系统的功能是让凝析液流入沉淀池，使水和润滑油自然分离。在密度较低的情况下，润滑剂浮到顶部，然后撇入一个单独的容器中进行处理。然后使用各种类型的多孔介质，如聚丙烯或活性炭，来增加冷凝物接触的表面积。这有助于去除凝析油中的剩余油，并起到整理过滤器的作用。处理过的冷凝液随后从分离器排出。
这些重力式油水分离器与饱和度低且不与水形成乳状液的润滑油配合使用效果良好。低密度润滑剂和水在装置中沉淀时自然分离。密度较高的润滑剂，如PAG的，确实会形成乳剂，并可能不能有效地通过这种重力方法分离。因此，油水分离器制造商建议采用替代介质袋或超大尺寸的系统，以延长停留时间，并进一步增加介质的表面积，以克服乳化现象。
化学吸附系统允许凝析液流入充满高极性介质的储罐。介质在吸附润滑油的同时又排斥水。在这种方法中，停留时间很重要，因为它允许凝析油与介质发生足够长的相互作用，使润滑油能够附着。这里的概念是，介质的极性更有可能吸引冷凝液中的润滑剂，迫使与水分离。活性炭通常包括作为介质床的一部分，以帮助去除非乳化润滑剂。凝结水流过介质后，从分离器中除去。
这些化学吸附式油水分离器具有很高的容量，约为介质床层重量的50%。当水流过床层时，极性多孔介质很容易从水中吸引乳化的润滑剂。非乳化润滑剂也将在这个过程中分离，大部分润滑剂留在介质床的顶部。随着时间的推移，分离器内的含油量开始累积，这可能会导致效率降低。因此，应定期监测油水分离器排放水中润滑油的百万分之一。通过适当的监控，用户应该开始理解系统的“平均故障间隔时间”，并在适当的间隔内更改系统元件或介质袋。
当不同类型的润滑剂在装置中混合时，这两种系统分离油水凝析油的能力和保持能力都可能会出现效率损失。因此，许多制造商建议，如果多台空压机的冷凝液排放管道进入同一个分离器，则在所有系统中使用一种常见的润滑剂化学物质。同样，不同的介质类型对聚乙二醇比碳氢化合物更有效，应该为适当类型的润滑剂选择介质。
最后，蒸发系统利用电加热元件来提高流体温度。这使得凝结水可以通过蒸汽分离，留下润滑剂进行定期排放和处理。与重力分离和化学吸附系统相比，蒸发系统的购买和操作成本通常更高。此外，有些润滑剂在这些系统中加热时，会释放出不宜吸入的有害气体。
通过分析实现绩效
将处理过的凝结水与自来水进行目视比较是一种常见的验证方法，即润滑剂在沿地下水排水沟排放之前已被正确地除去。然而，在许多情况下，润滑油留在冷凝液中可能不容易看到。有许多水分析实验室可以很容易地评估凝结水样品真正的润滑剂浓度水平。这些水平可以根据当地有关浓度限制的规定进行测量。
所有照片由SA Performance提供。
关于作者
David Rosenthal是SA Performance的产品经理，电话:517-295-9386，电子邮件:dave.m.rosenthal@gmail.com．
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