工业领域绿色低碳技术应用案例5 动设备节能优化运行改造项目.docx

案例5动设备节能优化运行改造项目主要完成单位：河南和宁智业节能环保有限公司主要完成人员：张爱平、沈江洪、陈静、张炳学、杨晓帅、常秋霞、李硕动设备指在工业生产过程中用于转动、运动或执行特定功能的各种设备和机械，例如发电 机、泵、风机、输送带、机械臂等，其通常具有动力系统或驱动装置。企业生产系统需要大量的 动设备提供动力，动设备的能效水平对能源利用效率、生产成本等影响重大。一、项目背景动设备在工业生产中具有重要的现实意义，但是即使在使用润滑油（脂）进行润滑的前提 下，动设备在做工过程中仍旧普遍存在摩擦、发热和磨损等问题，导致设备效率降低、生产负荷 下降，设备寿命缩短、损坏，大大提升了生产过程的能耗、碳排放水平。在国家节能主管部门、 行业协会等大力推行设备能效水平提升，以及定期淘汰能效水平较低设备的背景下，由于设备更 换具有一定周期、成本较高等现实问题，使得如何在不更换设备的前提下，提升设备的能效水平， 达到节能的目的，成为了企业节能的重点研究方向。河南和宁智业节能环保有限公司开展动设备节能优化运行改造项目，能够在不更换设备、 不改变现场基础设施的情况下，仅通过在动力部、气化部、醇酸部、BDo部高耗能动设备润滑油 （脂）中以100 ： 1的比例添加氧化铝陶瓷减磨抗磨自修复材料，实现设备降温和节能的双重目 标。以河南开祥精细化工有限公司的动设备技术改造为案例，其提出了解决单台运行、无备机的 气化装置激冷气压缩机高速轴止推瓦温度过高、逼近跳车值的危险运行局面，避免由于设备跳车 导致的巨大损失。Apr 23 21图1项目实施前后设备温度变化趋势图二、创新点及相关技术内容创新点1：实现减摩自修复传统润滑剂或减摩材料通常需要周期性添加或更换，持久性较低，减摩效果可能会随着使 用时间的增加而减弱，成本和人力投入较大。同时，传统润滑剂或减摩材料可能含有对环境有害 的成分，使用过程中可能会对环境造成污染，而环保材料的适用范围受限，难以适用特殊工况或 高温、高压环境。针对上述现实问题，项目采用氧化铝陶瓷膜自修复材料，综合运用减磨作用、 修复作用与成膜作用作为减摩自修复原理。具体而言，减摩作用主要由纳米复合金属颗粒-极性物质-润滑油吸附包覆在摩擦副表面， 形成12到18微米的油膜。修复作用是通过纳米复合金属颗粒填充磨损表面裂缝或孔洞，改善磨 损表面状态。成膜作用是指在持续挤压和局部温升下，纳米复合金属颗粒与摩擦副结合，形成复 合金属-氧键，在表面形成包含多种元素的氧化铝陶瓷保护膜。综合上述作用原理，使得氧化铝陶 瓷膜自修复材料相比传统技术具有减摩效果持久、持久性好、环境友好、适用范围广、成本效益 高等优势。创新点2：实现理化特性突破传统材料的粒径通常在微米级别、尺寸较大，热稳定性与分散相容性普遍较低，无法在高 温环境下保持稳定性能，且难以均匀分散在基体中或与基体材料形成良好的结合。针对上述现实 问题，项目综合技术创新实现了材料粒径、热稳定性、分散相容性等方面的突破，从而提升了项 目材料的综合减摩抗摩性能，提高了应用设备的可靠性。具体来看：项目采用技术实现了材料纳米级粒径。氧化铝陶瓷膜自修复材料为纳米颗粒, 其粒径范围分布在500纳米左右，无论添加在润滑脂和润滑油中均具有良好的分散性。参照润滑 脂国家标准(GB/T7324-2010),不同标号的润滑脂对粒径在10微米以上的杂质均有要求，本添加剂的粒径为纳米级(小于1微米)，因此不计入国标杂质计数范畴。VoUne Dtsmtwbcn Data (%)图2氧化铝陶瓷膜自修复材料纳米粒径示意图项目采用技术实现高热稳定性。氧化铝陶瓷膜自修复材料为高稳定性的金属复合物，热重 分析结果表明其在低于90.7摄氏度时，质量没有损失,在90.7-109.7摄氏度范围内，质量损失小 于2.5% ；在Ie)9.7-697.8摄氏度范围内，质量损失小于7.5% ；升温至IC)C)C)摄氏度，质量损失小于 20%o因此，该材料具有极高的热稳定性，可适用于高温环境。项目采用技术具有高分散相容性。氧化铝陶瓷膜自修复材料粒径均一，润滑油与添加剂基 底片的接触角仅为15。左右，表现出强亲油性。因此 材料与润滑油(脂)混合后，能够迅速和基 质油（脂）互相容分散，从而有利于在金属摩擦面均匀分散接触；同时，高亲油性和高比表面积 有利于在金属表面附着，通过较强的吸附作用形成润滑保护层。综合利用上述技术实现的性能提升，使得项目材料的减磨抗磨性能较传统材料提升显著。 通过四球机法对两种齿轮油进行摩擦系数测定，减磨抗磨检验结果如错误!未找到引用源。所示。 其中,A样品含氧化铝陶瓷膜自修复材料,B样品为纯齿轮油,测试表明A样品摩斑直径为。55mm, 摩擦系数为。041,而B样品摩斑直径为0.61mm,摩擦系数为。071。表明加入自修复材料后润 滑油摩擦系数显著降低。表1 减磨抗磨检验结果测定样品检测项目检测方法/检验依据检测结果A抗磨损性能（四球机法）NB/SH/T 0189-2017磨斑直径(1800rrdn, 196N, 60min, 54) , nm0.55备注：本次实验的摩擦系数平均值为0.041B抗磨损性能（四球机法）NB/SH/T 0189-2017磨斑直径(1800rmin, 196N, 60min, 54) , nm0.61备注：本次实验的摩擦系数平均值为0.071创新点3：提升起效速度传统材料在减温和修复方面通常需要较长的时间，无法快速响应和实现设备温度的下降和 损伤部位的修复，且在在减温和修复过程中通常无法实现能耗的显著下降，其效果可能有限。项 目采用的氧化铝陶瓷膜自修复材料相较一般材料而言起效较快。根据河南和宁智业节能环保有限 公司实验测算数据，添加后48小时内即下降设备温度10度左右，60日左右完成轻度损伤部位修 复、重度损伤部位不再恶化，且能耗下降3%以上。三、经验总结与推广价值项目通过添加氧化铝陶瓷膜自修复材料至润滑油（脂）中，在摩擦润滑的过程中纳米级陶 瓷合金材料与铁基表面金属发生机械力化学反应，自动生成具有高硬度、高光洁度、低摩擦系数、 耐磨、耐腐蚀等特点的陶瓷合金层，实现设备的机械磨损修复和高效运转。项目使设备温度得到了良好控制，改善了设备运行环境，延长了润滑油（脂）的使用期限， 同时具有显著的节能效果。多数设备运行温度降低10度以上，设备润滑油（脂）使用周期延长一 倍以上。同时，气化循环风机、BDo解析气压缩机、二氧化碳压缩机等节能效果约3.01%5.26%, 经济效益与节能降碳均具备显著的成果。仅考虑电气设备而言，2020年全球市场规模便超过1.5万亿元美元且保持长期快速增长态 势，其中多数采用传统润滑材料维护与保养，节能效果有限，因此推广氧化铝陶瓷膜自修复材料 具有一定的经济与环境潜力。