Reciprocating compressor lubrication

3.3.2 - Temperature 
While pressure can affect the lubricant’s viscosity as shown previously, it pales in comparison to 
a lubricant’s t
emperature dependency as the viscosity can change by up to two orders of 
magnitude over a range of 100°C (212°
F). The viscosity’s dependence on temperature
is 
indicated by a Viscosity Index (VI) which can be calculated using ASTM D2270-10(2016). To 
mitigate the effects of temperature, each test was conducted at a constant temperature ±1°C for 
the duration of the test. However, it was of interest to compare dilution data at different 
temperatures. Thus, each dilution data set was linearly scaled with the neat viscosity at that 
temperature equal to unity (or 100%) and the diluted viscosity equal to zero (or 0%) after the 
pressure effects were removed. The application of the pressure effect removal and temperature 
scaling applied to a typical data point is shown below in Figure 32, Figure 33, and Figure 34. 
Figure 32: A typical data set showing the decrease in a lubricant's viscosity as a gas (natural gas) is absorbed 

---

63 
Figure 33: An example of the removal of the pressure effects on the lubricant's viscosity 
Figure 34: A typical data point scaled after the removal of the pressure effects. 

---

64 
Figure 34 shows the same viscosity data as Figure 33 but scaled to remove the effects of 
temperature and pressure. Applying this scaling procedure allows for a comparison of data 
points collected a different temperatures and pressures.
3.4 - Dilution Rates and Implications for Compressors 
Testing was conducted with a natural gas mixture and the Mobil Pegasus 805 Ultra lubricant. 
The molar composition of the natural gas was determined using a gas chromatography flame 
ionization detector (GC-FID). As the GC-FID method only measures combustible gas species, 
the composition was double checked with a gas chromatography thermal conductivity detector 
(GC-TCD) which showed the amounts of nitrogen and carbon dioxide in the mixture. The gas 
composition determined by both methods is shown in Table 9. 
Table 9: Natural gas molar composition determined through GC-FID and GC-TCD analysis 
Component 
Molar Composition [%] 
(GC-FID) 
Molar Composition [%] 
(GC-TCD) 
methane 
86.46 
84.42 
ethane 
11.12 
10.86 
propane 
2.05 
2.00 
butanes 
0.34 
0.33 
pentanes 
0.03 
0.03 
hexanes 
<0.01 
0.013 
carbon dioxide 
- 
1.85 
nitrogen 
- 
0.5 

---

65 
In the interest of conserving lubricant and time, multiple tests were conducted with one charge 
of lubricant. The lubricant was pressurized with natural gas and allowed to obtain equilibrium 
with the gas stream at 17.2 bara (250 psia) before the pressure was increased to 51.7 bara (750 
psia) and finally 86.2 bara (1250 psia) with equilibrium obtained at each pressure before 
proceeding. In addition to saving lubricant and cleaning time, this procedure also mimicked the 
conditions seen during a compression stroke in a reciprocating compressor where the pressure 
is rapidly increased. All tests were conducted with a lubricant volume of 50.31 ± 0.49 cm
3
(3.07 
± 0.03 in
3
) with the same lubricant and gas flowrates. Three data points were repeated to show 
the repeatability of results as shown in Figure 35. 
Figure 35: Repeatability of Mobil Pegasus 805 Ultra dilution with natural gas at 100°C 
All data points are shown in Figure 36 and the scaled dilution data is shown in Figure 37. 

---

66