周康 牛志勇 孫建武 王碩

1 中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心

2 中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油廠(chǎng)

運(yùn)動(dòng)黏度及閃點(diǎn)是氣柜密封油的重要運(yùn)行指標(biāo)，直接影響氣柜的密封效果及安全運(yùn)行。對(duì)于鋼鐵企業(yè)廣泛使用的焦?fàn)t煤氣柜而言，氣柜密封油在運(yùn)行一段時(shí)間后常會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)黏度變小、閃點(diǎn)下降等問(wèn)題。本文采用氣相色譜法、蒸餾法和氣質(zhì)聯(lián)用法對(duì)氣柜密封油進(jìn)行了分析，確定輕組分物質(zhì)的混入是導(dǎo)致氣柜密封油運(yùn)行中運(yùn)動(dòng)黏度、閃點(diǎn)下降的原因，結(jié)合鋼鐵企業(yè)煤氣柜密封油的使用工況，提出了優(yōu)化解決方案。

干式稀油密封煤氣柜是調(diào)節(jié)煤氣管網(wǎng)壓力、防止煤氣放散的重要設(shè)備，近年來(lái)在鋼鐵行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。氣柜密封油的使用性能對(duì)保障煤氣柜密封效果及長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行具有關(guān)鍵作用。對(duì)于煉鋼企業(yè)常用的高爐煤氣柜和焦?fàn)t煤氣柜而言，由于儲(chǔ)氣組成中的輕組分含量較高，這些組分很容易溶解在礦物型氣柜密封油中，使得密封油在使用一段時(shí)間后常常會(huì)出現(xiàn)黏度變小、閃點(diǎn)下降和刺激性氣味較重等問(wèn)題，導(dǎo)致油品質(zhì)量下降。

目前，鋼鐵企業(yè)對(duì)氣柜密封油變質(zhì)方面的問(wèn)題研究不足［1］，通常采取補(bǔ)充新油或者添加改質(zhì)劑等方式進(jìn)行彌補(bǔ)，但實(shí)際應(yīng)用效果并不明顯。針對(duì)上述問(wèn)題，本文以焦?fàn)t煤氣柜為例，通過(guò)氣相色譜法、蒸餾法和氣質(zhì)聯(lián)用法對(duì)氣柜密封油在運(yùn)行一段時(shí)間后運(yùn)動(dòng)黏度和閃點(diǎn)下降的原因進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，從安全角度出發(fā)，結(jié)合氣柜密封油的使用工況，對(duì)焦?fàn)t煤氣凈化處理技術(shù)進(jìn)行了探討。

油品理化分析

某鋼廠(chǎng)存儲(chǔ)焦?fàn)t煤氣的儲(chǔ)氣柜是20萬(wàn)m3曼型稀油密封干式氣柜，密封潤(rùn)滑油箱為40 m3。2019年10月，該企業(yè)在氣柜油槽上例行采樣化驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，使用某品牌氣柜密封油一年半后，出現(xiàn)了黏度、閃點(diǎn)下降和氣味刺激等問(wèn)題。油品理化分析結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，在用油50 ℃運(yùn)動(dòng)黏度為33.66 mm2/s，新油為46.69 mm2/s，在用油相對(duì)新油運(yùn)動(dòng)黏度下降了27.9%，已不滿(mǎn)足指標(biāo)要求。同時(shí)，在用油中混入了少量水。

需要說(shuō)明的是，測(cè)試油品閃點(diǎn)時(shí)采用不同方法會(huì)有較大區(qū)別。采用全自動(dòng)閃點(diǎn)測(cè)試儀時(shí)，油品達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，油溫每升高2 ℃會(huì)進(jìn)行一次自動(dòng)掃火，最終會(huì)對(duì)閃火點(diǎn)進(jìn)行修正后給出測(cè)試結(jié)果。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在用油受熱后一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)，閃點(diǎn)一直在波動(dòng)，且波動(dòng)范圍可高達(dá)約60 ℃，在約85 ℃開(kāi)始產(chǎn)生氣泡，釋放少量氣體（如圖1所示），但并不閃火，最終閃點(diǎn)報(bào)告值為151 ℃。采用手動(dòng)型閃點(diǎn)測(cè)試儀時(shí)，受制于試樣量多少、溫度計(jì)放置位置、升溫速度的控制和試驗(yàn)環(huán)境的影響，對(duì)油品的閃點(diǎn)測(cè)試結(jié)果影響較大［2］。由表1可以看出，方法差異會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果存在較大差異，自動(dòng)法和手動(dòng)法測(cè)量結(jié)果無(wú)可比性?？傮w來(lái)看，開(kāi)口閃點(diǎn)法與油品的實(shí)際表現(xiàn)對(duì)應(yīng)性不強(qiáng)，而閉口閃點(diǎn)法測(cè)試過(guò)程中環(huán)境干擾因素大大減少，適用于測(cè)試含輕組分油品，尤其是含有不穩(wěn)定輕組分物質(zhì)的特殊油品，因此，在后期研究過(guò)程中，均改用微量閉口閃點(diǎn)法進(jìn)行測(cè)試。

表1 在用干式煤氣柜密封油與新油對(duì)比分析

原因查找

煤氣柜密封油的用途主要是密封，黏度降低會(huì)使密封油循環(huán)過(guò)快，導(dǎo)致油泵頻繁啟動(dòng)， 還易誘發(fā)煤氣泄漏，而閃點(diǎn)下降會(huì)威脅氣柜安全運(yùn)行。為查找油品黏度、閃點(diǎn)下降原因，采用氣相色譜法測(cè)定油品中輕組分含量，蒸餾法提取輕組分物質(zhì)，氣質(zhì)聯(lián)用法分析輕組分物質(zhì)組成。

氣相色譜法是利用氣體作流動(dòng)相的色層分離分析方法，氣化的試樣被流動(dòng)相帶入色譜柱中，柱中的固定相與試樣中各組分分子作用力不同，各組分從色譜柱中流出時(shí)間不同，組分彼此分離，特別適用于易揮發(fā)有機(jī)化合物的定性和定量分析。在測(cè)試油品中加入已知質(zhì)量分?jǐn)?shù)的內(nèi)標(biāo)物，根據(jù)出峰時(shí)間和順序，可確定潤(rùn)滑油中輕組分物質(zhì)的分布；根據(jù)峰的高低和面積大小，可對(duì)潤(rùn)滑油中輕組分含量進(jìn)行定量分析。測(cè)試顯示：在用氣柜密封油中混入輕組分物質(zhì)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為6.8%；新油中并未檢測(cè)出輕組分物質(zhì)，說(shuō)明在用油中輕組分物質(zhì)是外界污染所致。

圖1 在用氣柜密封油閃點(diǎn)測(cè)試（全自動(dòng)閃點(diǎn)測(cè)試儀）

為了確定輕組分物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，需要將其從潤(rùn)滑油中分離并回收，由于輕組分物質(zhì)沸點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于潤(rùn)滑油沸點(diǎn)，故采用蒸餾法提取輕組分物質(zhì)。此方法是將100 mL試樣在其相應(yīng)組別所規(guī)定的條件下，在環(huán)境大氣壓和設(shè)計(jì)約為一個(gè)理論分餾塔板的情況下，用試驗(yàn)室間歇蒸餾儀器進(jìn)行蒸餾，并回收蒸出物質(zhì)。

氣質(zhì)聯(lián)用儀被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜組分的分離與鑒定，使用此方法對(duì)提取的輕組分進(jìn)行分析，分析結(jié)果具體見(jiàn)圖2～圖6。

由圖2可以看出，輕組分物質(zhì)主要由4個(gè)組分構(gòu)成，進(jìn)一步將每個(gè)組分進(jìn)行分離并確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。

如圖3所示，m/z91是甲苯的特征峰，組分1為甲苯。

如圖4所示，m/z106是二甲苯的特征峰，組分2為二甲苯。

如圖5所示，m/z128是萘的特征峰，組分3為萘。

如圖6所示，m/z142是甲基萘的特征峰，組分4為甲基萘。

甲苯、二甲苯、萘和甲基萘等物質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量較低，均具有特殊刺激性氣味，揮發(fā)性較強(qiáng)，閃點(diǎn)較低，相關(guān)物理性質(zhì)見(jiàn)表2。

為了模擬現(xiàn)場(chǎng)油品應(yīng)用工況，研究輕組分物質(zhì)引入后對(duì)油品性能的影響，將二甲苯以6%質(zhì)量分?jǐn)?shù)［低于油品實(shí)際混入輕組分物質(zhì)組分含量（6.8%）］加入氣柜密封油新油中，測(cè)量油品運(yùn)動(dòng)黏度和閃點(diǎn)的變化，結(jié)果見(jiàn)表3。

圖3 組分1的質(zhì)譜特征峰

圖4 組分2的質(zhì)譜特征峰

圖5 組分3的質(zhì)譜特征峰

圖6 組分4的質(zhì)譜特征峰

由表3可以看出，油品中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的二甲苯后，新油50 ℃運(yùn)動(dòng)黏度從46.69 mm2/s減小到24.49 mm2/s，新油閃點(diǎn)（微量閉口）從204.3 ℃降低到64.3 ℃。由此可知，以二甲苯為例，輕組分物質(zhì)的引入直接導(dǎo)致了油品黏度和閃點(diǎn)下降。

綜上，通過(guò)采用氣相色譜、蒸餾提取和氣質(zhì)聯(lián)用等方法，確定了在用氣柜密封油中輕組分物質(zhì)含量及其結(jié)構(gòu)組成（主要為甲苯、二甲苯、萘和甲基萘等）。試驗(yàn)表明：輕組分物質(zhì)的引入是造成在用氣柜密封油運(yùn)動(dòng)黏度和閃點(diǎn)下降的直接原因。

探索試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)在用氣柜密封油進(jìn)行油品改質(zhì)，可提高油品運(yùn)動(dòng)黏度，減少密封油泄漏量，以改善氣柜運(yùn)行狀況。將改質(zhì)劑（含有增黏、降凝、抗乳、助溶、防銹防腐等多項(xiàng)功能添加劑和一定量基礎(chǔ)油）按一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入在用油中進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在用油加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的改質(zhì)劑后，油品50 ℃運(yùn)動(dòng)黏度從33.96 mm2/s增大到49.98 mm2/s，能夠滿(mǎn)足質(zhì)量指標(biāo)要求。同時(shí)，在用油閃點(diǎn)（微量閉口）從62.3 ℃升高到73.3℃，僅提高11 ℃。由此可知，改質(zhì)劑的加入只能在一定程度上降低輕組分物質(zhì)的含量，并不能完全清除輕組分物質(zhì)，所以油品的閃點(diǎn)性能仍會(huì)受到影響，存在一定的安全隱患。市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，油品加入改質(zhì)劑后短時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)黏度會(huì)有所恢復(fù)，但是氣柜運(yùn)行2～3個(gè)月后，指標(biāo)依然會(huì)下降，目前在國(guó)內(nèi)很少有鋼鐵廠(chǎng)應(yīng)用類(lèi)似技術(shù)進(jìn)行密封油的處理［1］。

相關(guān)建議

焦?fàn)t煤氣柜是一種壓力基本穩(wěn)定、容積可以在一定范圍內(nèi)變化的凈煤氣低壓儲(chǔ)存設(shè)備。通常焦?fàn)t煤氣凈化的流程見(jiàn)圖7。

表2 輕組分主要成分的物理性質(zhì)

表3 模擬工況下干式煤氣柜密封油的性能變化

表4 干式煤氣柜密封油加入改質(zhì)劑前后性能變化

建議鋼鐵企業(yè)對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行如下優(yōu)化：

◇增加洗萘、脫苯等裝置，對(duì)來(lái)自煉焦?fàn)t的荒煤氣進(jìn)行凈化處理，脫除其中雜質(zhì)，凈化后的煤氣打入煤氣柜進(jìn)行儲(chǔ)存，以備生產(chǎn)使用。

◇加強(qiáng)各分液罐的日常脫液，減少含油液體進(jìn)入氣柜與密封油接觸。

◇密封油閃蒸系統(tǒng)流程及儀表控制需要優(yōu)化，提高閃蒸效果［3］。

圖7 焦?fàn)t煤氣凈化流程示意

結(jié)束語(yǔ)

鋼鐵企業(yè)干式焦化煤氣柜密封油中混入的輕組分物質(zhì)主要為甲苯、二甲苯、萘和甲基萘等，這些組分具有特殊刺激性氣味，揮發(fā)性較強(qiáng)，閃點(diǎn)較低，混入油中會(huì)造成油品運(yùn)動(dòng)黏度和閃點(diǎn)急劇下降。改質(zhì)劑并不能從根本上改善油品的性能，建議鋼鐵企業(yè)對(duì)凈化工藝進(jìn)行優(yōu)化，增加洗萘、脫苯等裝置，對(duì)凈化后的煤氣通過(guò)煤氣柜進(jìn)行儲(chǔ)存，從而確保安全，延長(zhǎng)密封油使用年限。