220號油膜軸承油破乳化性能的優(yōu)化研究

揭斌華，吳曉濤，謝穎，覃雪梅，王雪梅

(1.中國石化潤滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525011;2.茂名市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測所，廣東 茂名 525000;3.廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000)

0 引言

近年來，隨著世界冶金工業(yè)的迅速發(fā)展，高速軋機(jī)機(jī)組具有機(jī)械傳動復(fù)雜、結(jié)構(gòu)緊湊、產(chǎn)品精度高、軋制速度快等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于鋼板、棒材、線材生產(chǎn)中[1]。同時(shí)，高速軋機(jī)通常采用油膜軸承作為支撐，以承受高速大轉(zhuǎn)矩負(fù)荷，油膜軸承作為高速軋機(jī)的“心臟”，其潤滑效果的好壞將直接影響整個(gè)軋機(jī)機(jī)組的運(yùn)行情況[2]。由于油膜軸承在高速重載條件下運(yùn)行而產(chǎn)生大量的熱，常常需要冷卻水進(jìn)行冷卻，而在生產(chǎn)過程中，油膜軸承輥箱箱體變形、雙唇密封失效、密封橡膠圈破壞、保持架變形等原因，致使冷卻水不可避免地進(jìn)入潤滑系統(tǒng)中[3]。

冷卻水進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)，對軋機(jī)機(jī)組、潤滑系統(tǒng)及潤滑油均造成極大的危害，危害主要有：(1)油品乳化形成乳化液，油膜強(qiáng)度下降，造成軸承磨損；(2)油品變質(zhì)，添加劑發(fā)生水解，油品潤滑性能、防銹性能、抗泡性能、破乳化性能下降，導(dǎo)致軸承潤滑狀態(tài)惡化，加劇磨損；(3)游離水和油品變質(zhì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，對軸承、齒輪等傳動部件造成腐蝕。因此，要求油膜軸承油具有優(yōu)異的抗乳化性能，快速實(shí)現(xiàn)油水分離，以保證油膜軸承油含水率不高于0.5%，并將沉降分離水及時(shí)排出油箱[4]。

本文通過考察基礎(chǔ)油、破乳劑、水對油膜軸承油破乳化性能的影響，對油膜軸承油配方進(jìn)行優(yōu)化，并跟蹤其在某鋼廠摩根預(yù)精軋機(jī)組的應(yīng)用，考察在用油的分水、磨損等情況，用于指導(dǎo)其他鋼廠的油膜軸承油的國產(chǎn)化替代。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)所采用的原料見表1所示。

表1 主要原料

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)儀器見表2所示。

表2 主要實(shí)驗(yàn)儀器

1.3 基礎(chǔ)油的性質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)所采用的基礎(chǔ)油的主要理化數(shù)據(jù)見表3所示。

表3 基礎(chǔ)油的主要理化數(shù)據(jù)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 油膜軸承油破乳化性能的優(yōu)化

2.1.1 基礎(chǔ)油對破乳化性能的影響

分別采用Ⅰb500、Ⅱ10、Ⅱ+10基礎(chǔ)油與120BS基礎(chǔ)油復(fù)配，加入1.55%油膜軸承油復(fù)合劑、50 mg/kg破乳劑P2制備了220號油膜軸承油，根據(jù)GB/T 7305-2003 石油和合成液水分離性測定法，考察不同基礎(chǔ)油對油膜軸承油破乳化性能的影響，分析結(jié)果見表4所示。

表4 不同基礎(chǔ)油對抗乳化性能的影響

表4(續(xù))

從表4可知，幾種基礎(chǔ)油與120BS基礎(chǔ)油復(fù)配制得的油膜軸承油破乳化分水時(shí)間從小到大的排列順序依次為：Ⅱ+10< Ⅱ10<Ⅰb500，這是由于基礎(chǔ)油的精制深度不同對破乳化性能的影響不同，基礎(chǔ)油的飽和烴含量越高，破乳化性能越好[5]，而Ⅱ+10、Ⅱ10、Ⅰb500的飽和烴含量分別為99.9%、94.1%、79.4%，因此，Ⅱ+10基礎(chǔ)油制備的220號油膜軸承油破乳化性能最優(yōu)。

2.1.2 破乳劑對破乳化性能的影響

分別采用Ⅰb500、Ⅱ10、Ⅱ+10基礎(chǔ)油與120BS基礎(chǔ)油復(fù)配，加入1.55%油膜軸承油復(fù)合劑、50 mg/kg不同類型破乳劑制備220號油膜軸承油，考察不同破乳劑對油膜軸承油破乳化性能的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 不同破乳劑對抗乳化性的影響

破乳劑P1、P2、P3為三種不同類型的破乳劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)成分分別為胺與環(huán)氧乙烷共聚物、環(huán)氧乙烷與丙烷共聚物、脂肪醇與環(huán)氧乙烷丙烷共聚物。破乳劑的作用機(jī)理是破乳劑分子吸附在油-水界面上，大大降低界面膜的界面壓使得界面膜的強(qiáng)度減弱，乳狀液的穩(wěn)定性下降，使小水滴合并成大水滴，從而實(shí)現(xiàn)油水分離，而不同類型的破乳劑對油-水界面膜的作用不同，致使破乳化效果不同[6]。從圖1來看，三種不同類型的破乳劑抗乳化分水效果依次是：P3﹥P2﹥P1，由于破乳劑P2的環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷基團(tuán)，其中乙氧基親水，丙氧基親油，致使破乳劑P2破乳化性能優(yōu)于P1。同時(shí)，破乳劑P2環(huán)氧乙烷與丙烷共聚物在油中的溶解性較差，而破乳劑P3是在環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷基團(tuán)的基礎(chǔ)上，通過分子設(shè)計(jì)鏈接上脂肪醇得到了脂肪醇與環(huán)氧乙烷丙烷共聚物，改善了破乳劑在基礎(chǔ)油中的溶解性,同時(shí)保留其親水性能，因此破乳劑P3的破乳化效果最優(yōu)。

2.1.3 不同類型的水對破乳化性能的影響

采用Ⅱ+10、120BS基礎(chǔ)油復(fù)配，加入1.55%油膜軸承油復(fù)合劑、50 mg/kg不同類型破乳劑制備220號油膜軸承油，參照GB/T 7305-2003 石油和合成液水分離性測定法，考察了蒸餾水、新鮮水、循環(huán)水對油膜軸承油破乳化性能的影響，結(jié)果見圖2。不同類型的水質(zhì)分析見表5。

圖2 不同類型的水對抗乳化性的影響

項(xiàng) 目蒸餾水新鮮水循環(huán)水pH值5.56.87.3總硬度(以CaCO3計(jì))/mg·L-10.089.240.4

從圖2可知，不同類型的水對油膜軸承油的分水效果影響較大，這是由于水的總硬度越高，pH值越大，水質(zhì)越差，使油品易于乳化，對破乳化性能越不利[7]，從表5不同類型的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)來看，循環(huán)水的總硬度最高、水質(zhì)差，新鮮水其次，蒸餾水水質(zhì)最優(yōu)，因此，三種不同類型的水對油膜軸承油破乳化分水效果依次是：蒸餾水﹥新鮮水﹥循環(huán)水。同時(shí)，由于工業(yè)上軋機(jī)冷卻水往往采用循環(huán)水或新鮮水，從圖2來看，破乳劑P3在循環(huán)水或新鮮水中抗乳化效果均最佳，破乳化分水時(shí)間均小于30 min，說明其在工業(yè)應(yīng)用中也可快速實(shí)現(xiàn)油水分離。

2.2 油膜軸承油的性能分析

分別采用Ⅰb500、Ⅱ10、Ⅱ+10基礎(chǔ)油與120BS基礎(chǔ)油復(fù)配，加入1.55%油膜軸承油復(fù)合劑、50 mg/kg破乳劑P3制備得到4#、5#、6#220號油膜軸承油，分別對三種油品的理化性質(zhì)進(jìn)行分析并與油膜軸承油的質(zhì)量要求進(jìn)行對比，分析結(jié)果見表6。

表6 220號油膜軸承油的性能分析

從表6可知， 4#、5#、6#油品均滿足220號油膜軸承油的指標(biāo)要求[8]，而6#油品在傾點(diǎn)、抗泡沫性能、旋轉(zhuǎn)氧彈、破乳化性能等方面均最優(yōu)。

2.3 油膜軸承油的應(yīng)用

某鋼廠摩根預(yù)精軋機(jī)組于2017年1月清洗系統(tǒng)并更換新油，采用優(yōu)化后的6#220號油膜軸承油替代國外競品，現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行參數(shù)見表7，定期采集在用油膜軸承油進(jìn)行跟蹤檢測，樣品的監(jiān)測分析結(jié)果見表8。

表7 摩根預(yù)精軋機(jī)組設(shè)備運(yùn)行參數(shù)

表8 在用油膜軸承油監(jiān)測分析結(jié)果

從表8檢測分析結(jié)果可以看出，220號油膜軸承油的黏度、酸值、腐蝕性能、防銹性能與極壓性能變化較小，雖然破乳化性能逐漸變差，但依然能保持較好的分水效果，油中水含量低，同時(shí)，氧化安定性較好，金屬磨損較小，能夠滿足油品長期使用的要求，說明220號油膜軸承油性能穩(wěn)定，設(shè)備潤滑狀況良好，能夠滿足摩根預(yù)精軋機(jī)組的潤滑要求。

3 結(jié)論

(1)采用Ⅱ+10基礎(chǔ)油與120BS基礎(chǔ)油復(fù)配，加入1.55%油膜軸承油復(fù)合劑、50 mg/kg破乳劑P3制得的220號油膜軸承油破乳化性能最佳，與工業(yè)循環(huán)水混合也可快速實(shí)現(xiàn)油水分離。

(2)優(yōu)化后的220號油膜軸承油在某鋼廠摩根預(yù)精軋機(jī)組使用1.5年，油品性能依然保持穩(wěn)定，破乳化性能較好，設(shè)備潤滑狀況良好，能夠滿足設(shè)備潤滑要求。