低温高粘度指数干式气柜密封油的研制
2015/10/16 11:12:41 点击： 文章来源：www.jshhcc.com
干式气柜、煤气柜主要用于存储炼钢厂的高炉和焦炉煤气 、城市民用煤气 、天然气以及炼油厂的干气等。我国最初发展的燃气储存设备以湿式气柜为主, 从 20世纪 80年代开始引进干式气柜。由于它具有防腐维护费用低、占地面积少 、罐体使用年限长、排气压力恒定及地基承受压力小等显著优点而得到较快发展, 数量逐年增多。干式气柜是燃气恒压储存与输配的核心设备, 国内发展的干式气柜以曼型为主 。
曼式油密封气柜是一种立式封闭多边形的活塞式气柜 ,当气柜进气时 ,气柜活塞水平上升 ,反之, 当气柜放气时 ,气柜活塞水平下降 ,无论是活塞与柜壁相对上升和下降的机械往复运动及静态时 , 活塞与柜壁间的间隙始终是用油密封。干式气柜的密封及润滑由专用的密封油产品实现。密封油借助于自动控制系统始终保持一定的液位, 形成油封 , 使煤气不会逸出并在柜体内壁经常保持一层的油膜以达到润滑的目的, 保证活塞的灵活运行 ,没有密封油 , 气柜无法储存燃气 ,密封油的效果差 ,不仅漏油 、漏煤气 ,而且严重影响着安全生产。
本论文主要针对曼型气柜 , 研究与高炉和焦炉煤气相适应的气柜密封油, 参考国内外相关标准, 制定了低温高粘度指数气柜密封油协议标准 , 为用户提供产品 500 t,目前设备运行良好 。
1 技术要求和技术指标
干式气柜密封油特殊的使用环境决定了它必须具有以下特性 :
(1)适宜的粘度及良好的粘温性。密封油应用于室外设备 ,冬夏温差大要求粘度适宜并且随温度变化小 。
(2)良好的低温流动性。要求泵送性好, 尤其是在冬季, 凝点一般要求比当地极限温度低 10 ℃。
(3)良好的破乳化性。煤气中带有水, 若分水速度不快,发生乳化会使油品在冬季丧失流动性, 导致液位上升产生严重后果 。
(4)良好的防锈防腐蚀性 。密封油在使用期间易混入水分 、活性硫等腐蚀性物质, 气柜及密封油路均采用钢铁等金属材质 ,要求油品具有良好的防锈防腐蚀性能 。
(5)良好的氧化安定性。气柜使用寿命长 , 密封油循环使用,要求油品具有长寿命 ,以减少气柜大修次数和废油排放满足环保要求。
干式气柜密封油特殊的使用环境决定了它必须具有以下特性 :
(1)适宜的粘度及良好的粘温性。密封油应用于室外设备 ,冬夏温差大要求粘度适宜并且随温度变化小 。
(2)良好的低温流动性。要求泵送性好, 尤其是在冬季, 凝点一般要求比当地极限温度低 10 ℃。
(3)良好的破乳化性。煤气中带有水, 若分水速度不快,发生乳化会使油品在冬季丧失流动性, 导致液位上升产生严重后果 。
(4)良好的防锈防腐蚀性 。密封油在使用期间易混入水分 、活性硫等腐蚀性物质, 气柜及密封油路均采用钢铁等金属材质 ,要求油品具有良好的防锈防腐蚀性能 。
(5)良好的氧化安定性。气柜使用寿命长 , 密封油循环使用,要求油品具有长寿命 ,以减少气柜大修次数和废油排放满足环保要求。
目前国内暂无干式气柜密封油国家标准和行业标准, 参考企标 Q/SH031.00.004 -1997标准、Q/SH303 364 -2004干式气柜密封油企业标准、ESSO公司及三菱公司产品标准及一坪牌干式煤气柜密封油典型理化性能,同时根据用户实际需求 ,双方协议制定技术指标 ,具体见表 1。
与其他气柜密封油标准相比 , 该协议标准具有两个明显的优势:第一是粘度指数高达 120, 而一般的气柜密封油无此项要求,或为 90左右, 一坪牌干式煤气柜密封油典型粘度指数值为 98;第二是低温性能优异, 凝点不高于 -40 ℃, 而一般的气柜密封油仅为 -20 ℃左右 , 低凝气柜密封油也仅为-35 ℃;-25 ℃低温运动粘度小于 20000 mm2/s,一般气柜密封油无此项要求。
从图 1和表 2可以看出, 组分 A是典型的石蜡基基础油,具有较高的粘度指数 ,但低温性能较差 ,组分 B和组分 C是典型的环烷基基础油 ,粘度指数低 ,但低温性能较好。
2 实验室调合方案
从协议标准可以看出, 该气柜密封油具有粘度、大 、粘度指数高、低温性能好的特点 , 从以上特点可以看出 ,研制产品要同时满足粘度指数、闪点和低温
性能的要求。
2.1 基础油选择
根据研制产品性能要求 , 实验室选择了具有特殊性质的润滑油组分 A、B、C, 这几种基础油的加工工艺流程见图 1,典型性质见表 2。
从图 1和表 2可以看出, 组分 A是典型的石蜡基基础油,具有较高的粘度指数 ,但低温性能较差 ,组分 B和组分 C是典型的环烷基基础油 ,粘度指数低 ,但低温性能较好。
2.2 气柜密封油基础油小样调合
一般产品由基础油和复合添加剂构成 , 基础油是添加剂的载体 ,添加剂赋予润滑油新的特殊性能或加强其本身具有的某种性能 , 更好的满足需要 。根据产品技术协议指标要求, 基础油需要具备以下性质:0 ℃运动粘度要求在 58 ～ 64 mm2/s之间 , 粘度指数要求不小于 120;凝点不高于 -40 ℃, -25℃运动粘度不大于 20000 mm2/s;闪点要求不低于180 ℃。
基础油的 -25 ℃运动粘度、闪点均卡边, 只有 3#基础油方案各项指标满足要求 。实验室最终确定的基础油调合方案为 3#。
由于各组分与产品指标在粘度指数和低温性能之间的差异 ,需要在调合组分中添加粘度指数改进剂 (俗称稠化剂 )和降凝剂。稠化剂都是油溶性的链状的高分子聚合物 ,主要用于提高润滑油的粘度指数,改进粘温性能, 增大粘度。油品温度下降到一定程度后,就要失去流动性而凝固, 降凝剂的作用主要是降低油品的凝点 ,并保证油品在低温下能够流动 。
从表 4可看出利用组分 A、B、C,再加入合适比例的稠化剂 、降凝剂可以生产出符合产品技术要求的气柜密封油基础油 ,但 1#基础油的 -25 ℃运动粘度超标 ,闪点卡边 , 2#
根据组分 A、B、C的不同特性 ,采用各组分相互调合,添加稠化剂 、降凝剂进行气柜密封油基础油的小样调合工作 ,具体调合方案见表 3,分析结果见表4。
基础油的 -25 ℃运动粘度、闪点均卡边, 只有 3#基础油方案各项指标满足要求 。实验室最终确定的基础油调合方案为 3#。
2.3 复合添加剂配方研究
2.3.1 抗氧添加剂的评选
密封油在运转工况下, 油品和空气发生直接接触 ,密封油中添加抗氧添加剂主要目的是抑制油品的氧化 。运用自行开发的 DSC热分析方法快速评定润滑油氧化性能好坏的模拟评定方法和旋转氧弹法测定润滑油的氧化安定性进行抗氧剂复配效果及最佳用量的评选 ,经多次实验,针对密封油选定适宜的 DSC热分析仪操作条件:起始温度 40 ℃, 升温速度 100 ℃/min,恒温温度 180 ℃,氧气气氛,压力1.0MPa,在此确定条件下, 油品的氧化诱导期越长抗氧化性能越好, 评选方案及结果见表 5。
从表 5可以看出:抗氧剂 A1与抗氧剂 A3复配 ,旋转氧弹值和 DSC氧化诱导期都最大, 抗氧化效果最好。
密封油在运转工况下, 油品和空气发生直接接触 ,密封油中添加抗氧添加剂主要目的是抑制油品的氧化 。运用自行开发的 DSC热分析方法快速评定润滑油氧化性能好坏的模拟评定方法和旋转氧弹法测定润滑油的氧化安定性进行抗氧剂复配效果及最佳用量的评选 ,经多次实验,针对密封油选定适宜的 DSC热分析仪操作条件:起始温度 40 ℃, 升温速度 100 ℃/min,恒温温度 180 ℃,氧气气氛,压力1.0MPa,在此确定条件下, 油品的氧化诱导期越长抗氧化性能越好, 评选方案及结果见表 5。
从表 5可以看出:抗氧剂 A1与抗氧剂 A3复配 ,旋转氧弹值和 DSC氧化诱导期都最大, 抗氧化效果最好。
2.3.2 防锈添加剂的评选
防腐剂的作用是在金属表面形成牢固的吸附膜 ,以抑制氧及水 ,特别是水对金属表面的接触,使金属不致锈蚀。选用克拉玛依润滑油厂常用的两种防锈剂,以锈蚀和灰分为考察项目,分析结果见表 6。
通过表 6可以看出, 相同剂量两种防锈剂的锈蚀都合格 ,但防锈剂 C2灰分太大 ,且含有金属盐类 ,加入后会影响油品的抗乳化 ,故选定 C1防锈剂 。
防腐剂的作用是在金属表面形成牢固的吸附膜 ,以抑制氧及水 ,特别是水对金属表面的接触,使金属不致锈蚀。选用克拉玛依润滑油厂常用的两种防锈剂,以锈蚀和灰分为考察项目,分析结果见表 6。
2.3.3 抗泡剂的选择
在气柜密封系统中 ,会因多种因素吸入空气, 当空气不能及时释放出时 ,会产生一种发泡现象, 引起机械噪音和振动 ,从而使油路发生气阻 ,供油不足 ,此外,油中存在空气还会造成油膜破裂 ,增加磨损 ,降低冷却作用 ,严重时阻碍气柜的升降, 使用气柜系统失灵 。所以 ,要求气柜密封油具有良好的空气释放性和抗泡性 ,这二者又是一对矛盾 ,因而选择一种好的抗泡剂是研制该油的关键之一。我们对常用的和厂家推荐的抗泡剂进行筛选, 结果如表 7。
从表 7可以看出, 抗泡剂 F2加入后, 会引起空气释放值的增加并超出指标, 因而我们选择抗泡剂F1。
在气柜密封系统中 ,会因多种因素吸入空气, 当空气不能及时释放出时 ,会产生一种发泡现象, 引起机械噪音和振动 ,从而使油路发生气阻 ,供油不足 ,此外,油中存在空气还会造成油膜破裂 ,增加磨损 ,降低冷却作用 ,严重时阻碍气柜的升降, 使用气柜系统失灵 。所以 ,要求气柜密封油具有良好的空气释放性和抗泡性 ,这二者又是一对矛盾 ,因而选择一种好的抗泡剂是研制该油的关键之一。我们对常用的和厂家推荐的抗泡剂进行筛选, 结果如表 7。
2.3.4 复合添加剂确认
添加剂配方如表 8所示 。
2.4 气柜密封油小样调合
采用上述 3#基础油方案 , 再加入合适比例的添加剂即可调出符合技术要求的气柜密封油 。调合后的实验室成品小样实测数据见表 9。
从表 9分析结果可以看出, 调合气柜密封油小样的各项理化性质均达到气柜密封油协议技术指标要求。
3 工业大生产
按实验室提供的方案, 在生产装置上进行大生产 ,共生产气柜密封油 500 t, 工业大生产实测结果见表 10。
从表 10可以看出, 工业大生产出的气柜密封油完全满足用户协议指标要求 。按实验室提供的方案, 在生产装置上进行大生产 ,共生产气柜密封油 500 t, 工业大生产实测结果见表 10。
4 结论
经过几种方案的比较, 最终确定采用环烷基高压加氢基础油组分 B与石蜡基加氢基础油组分 A调合方案,此方案兼顾了环烷基基础油低温性能优异和石蜡基基础油粘度指数高的优势 , 调合出满足用户要求的气柜密封油产品 。
由于本产品具有粘度指数高 、低温性能优异的特点,特别适合东北、西北等严寒地区使用。经西北某用户使用两年后 ,反映克拉玛依润滑油厂生产的气柜密封油使用性能良好, 完全满足煤气储罐使用要求,目前装置运行良好。
经过几种方案的比较, 最终确定采用环烷基高压加氢基础油组分 B与石蜡基加氢基础油组分 A调合方案,此方案兼顾了环烷基基础油低温性能优异和石蜡基基础油粘度指数高的优势 , 调合出满足用户要求的气柜密封油产品 。
由于本产品具有粘度指数高 、低温性能优异的特点,特别适合东北、西北等严寒地区使用。经西北某用户使用两年后 ,反映克拉玛依润滑油厂生产的气柜密封油使用性能良好, 完全满足煤气储罐使用要求,目前装置运行良好。
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