壓縮機(jī)是石油化工裝備的心臟，其關(guān)鍵部件都涉及動(dòng)密封。動(dòng)密封元件雖小，卻是設(shè)備核心技術(shù)的組成部分，高溫高壓無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)更是代表了一個(gè)國(guó)家的裝備水平。傳統(tǒng)動(dòng)密封往往需要有油潤(rùn)滑，不僅操作成本高，而且會(huì)污染后續(xù)介質(zhì)。南京工業(yè)大學(xué)陸小華教授率領(lǐng)的課題組針對(duì)這一難題，發(fā)明了超細(xì)耐磨鈦酸鹽纖維（TBF）制備新技術(shù)，開發(fā)出具有國(guó)際領(lǐng)先水平的高性價(jià)比、長(zhǎng)壽命的高溫高壓無(wú)油潤(rùn)滑密封元件，促進(jìn)了我國(guó)壓縮機(jī)產(chǎn)業(yè)與先進(jìn)國(guó)家水平同步發(fā)展。
　　與傳統(tǒng)材料相比，新一代耐磨材料將極限溫度從160℃提高到185℃、極限壓力從 20MPa提高到32MPa，突破了國(guó)際上傳統(tǒng)碳纖維增強(qiáng)聚四氟乙烯（PTFE）復(fù)合材料不能用于高溫高壓的禁區(qū)，并且能根據(jù)不同需求制備出不同性能的TBF。將高耐磨密封小元件用于先進(jìn)高溫高壓壓縮機(jī)，滿足了生產(chǎn)企業(yè)的需求，解決了現(xiàn)代過(guò)程工業(yè)的大問(wèn)題，提高了我國(guó)無(wú)油壓縮機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，對(duì)西氣東輸作出了重要貢獻(xiàn)。
　　目前采用TBF密封材料的壓縮機(jī)在天然氣加氣站正常使用已超過(guò)5年。對(duì)比試驗(yàn)表明，新產(chǎn)品的使用壽命是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的4~12倍，性價(jià)比是國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的4.7~20 倍。目前該產(chǎn)品已成功推廣到高溫吹瓶機(jī)、高壓氮?dú)錃猓?2MPa）、氫氣（27.1MPa），丙烯、裂解氣、空氣等多種氣體壓縮機(jī)上，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益達(dá) 2.3億元，不僅替代了進(jìn)口產(chǎn)品，還出口創(chuàng)匯1300萬(wàn)美元，為最終用戶創(chuàng)造了數(shù)十億元的經(jīng)濟(jì)效益。
　　壓縮天然氣是清潔的汽車燃料，目前我國(guó)壓縮天然氣加氣站正以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，根據(jù)規(guī)劃，到2015年我國(guó)將有6000多個(gè)天然氣加氣站，而高溫高壓壓縮機(jī)是加氣站的關(guān)鍵部件。據(jù)陸小華介紹，因壓縮機(jī)出口壓力高達(dá)25MPa，密封元件極易磨損，現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)無(wú)油潤(rùn)滑元件使用壽命僅800~1500小時(shí)，即2~3個(gè)月就需更換。國(guó)外密封元件價(jià)格極其昂貴，成本占?jí)嚎s機(jī)總成本10%~20%，且不能徹底無(wú)油。目前大多數(shù)企業(yè)采用的是極易造成污染的有油金屬密封元件，不僅增加了壓縮機(jī)的成本，浪費(fèi)能源，還具有一定危險(xiǎn)性。
　　記者在采訪中了解到，采用該技術(shù)生產(chǎn)的摩擦材料已經(jīng)應(yīng)用于我國(guó)汽車剎車片行業(yè)。汽車剎車片的工作溫度在300℃以上，傳統(tǒng)的剎車片在長(zhǎng)期高溫下會(huì)發(fā)生熱衰退而失效，采用該技術(shù)的TBF剎車片可以有效避免高溫?zé)崴ネ耍壳耙言谀暇⑸虾５榷鄠€(gè)城市公交車上安裝使用。路況實(shí)驗(yàn)表明，該產(chǎn)品可以完全替代高價(jià)國(guó)外產(chǎn)品，且價(jià)格只有同類產(chǎn)品的1/4。據(jù)估計(jì)，我國(guó)每年需要8000萬(wàn)套剎車片，國(guó)內(nèi)剎車片市場(chǎng)對(duì)耐磨TBF需求量每年至少2000噸，以此開發(fā)的高性能剎車片產(chǎn)值可達(dá)30 億元。
　　陸小華認(rèn)為，傳統(tǒng)的PTFE材料適用于中低壓力設(shè)備的無(wú)油潤(rùn)滑，在高溫高壓下磨損極大、壽命極短。為解決PTFE應(yīng)用中存在的問(wèn)題，陸小華提出用TBF增強(qiáng)PTFE 解決苛刻條件下動(dòng)密封問(wèn)題的新思路。這一構(gòu)想突破了一味提高樹脂耐磨性的傳統(tǒng)思維，采取從源頭減少摩擦熱的逆向思維，通過(guò)鈦酸鹽纖維的填充，增強(qiáng)了碳纖維填充不到的貧纖維區(qū)，降低了材料的摩擦系數(shù)。陸小華帶領(lǐng)課題組根據(jù)這一思路發(fā)明的耐高溫高壓的TBF增強(qiáng)PTFE新材料，實(shí)現(xiàn)了苛刻條件下長(zhǎng)壽命無(wú)油潤(rùn)滑密封元件新產(chǎn)品的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
　　采用新技術(shù)開發(fā)的超細(xì)耐磨TBF材料，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，以及耐腐蝕性、耐熱隔熱性、耐磨性、潤(rùn)滑性、電氣絕緣性優(yōu)異和高紅外反射率等特點(diǎn)，是一種多用途的先進(jìn)材料。該技術(shù)發(fā)明不僅開發(fā)出新型高溫高壓無(wú)油動(dòng)密封元件，還解決了耐腐蝕、催化、摩擦、高溫隔熱等眾多領(lǐng)域的難題，多項(xiàng)成果已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段。該項(xiàng)目已獲發(fā)明專利授權(quán)8項(xiàng)，形成專利族保護(hù)，發(fā)表相關(guān)論文45篇。
　　陸小華表示，TBF在未來(lái)節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用前景也十分廣闊。由于高溫輻射傳熱難以避免，目前工業(yè)生產(chǎn)中高溫爐窯的耗能最大，熱損失也很高。TBF中的六鈦酸鉀纖維具有紅外反射率高、高溫下導(dǎo)熱系數(shù)極低等特點(diǎn)，是一種新型的隔熱材料，可節(jié)約高品位能量20%左右。采用該技術(shù)的窯爐如能得到普及推廣，將節(jié)省兩個(gè)三峽電站的發(fā)電量。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)TBF多孔材料的孔徑和孔隙率，還可將TBF多孔材料作為催化劑載體，大大降低歐Ⅳ汽油的脫硫成本。
　　
　　來(lái)源：中國(guó)化工報(bào)