不同生產(chǎn)工藝對軍柴潤滑性的影響及解決辦法

文/彭斌 劉鴻銘 李燁

近年來，隨著煉化企業(yè)裝置改造升級工作的推進(jìn)，采用加氫工藝生產(chǎn)軍用柴油成為主流工藝路徑，加氫工藝生產(chǎn)的軍用柴油膠質(zhì)含量、硫含量低，安定性能優(yōu)良，與此同時軍用柴油潤滑性能下滑成為軍隊(duì)油料部門關(guān)注問題。為此駐廠軍代室會同企業(yè)相關(guān)部門從磨損潤滑機(jī)理入手，分析了生產(chǎn)工藝、油品組份對軍柴潤滑性的影響，就如何改善軍用柴油潤滑性進(jìn)行料積極探索。

一、軍用柴油機(jī)磨損及潤滑機(jī)理

大量研究和資料表明：軍用柴油有效抗磨潤滑組分是少許天然極性雜環(huán)化合物，多環(huán)芳烴、含氧雜質(zhì)和含氮雜質(zhì)是有效的抗磨組份。軍用柴油機(jī)油泵磨損形式是高溫條件下因軍用柴油潤滑膜破裂而出現(xiàn)的氧化腐蝕、化學(xué)腐蝕、粘著、擦傷，其中氧化腐蝕是最主要的形式。從油泵磨損機(jī)理來看，軍用柴油必須適用于高溫、高負(fù)荷的邊界潤滑（吸附潤滑），即主要依靠軍用柴油的物理和化學(xué)吸附膜來潤滑。當(dāng)前隨著加氫工藝苛刻程度加深，極性雜環(huán)化合物脫除程度提高，摩擦之間不能形成有效的潤滑膜是軍用柴油潤滑性變差的主要原因。

二、不同生產(chǎn)工藝對軍柴潤滑性的影響

為摸清影響軍用柴油潤滑性的基本因素，我們對不同工藝條件進(jìn)行了比對，對各種工藝所產(chǎn)軍用柴油的潤滑性進(jìn)行分析，并用質(zhì)譜法分析了烴類組成與軍柴潤滑性之間的相關(guān)性。

（一）不同生產(chǎn)工藝條件比較

按照現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，軍柴生產(chǎn)以常減壓直餾二線組份為原料，有電精制、淺度加氫精制、深度加氫精制三種工藝生產(chǎn)-10號軍用柴油。直餾電精制工藝受實(shí)際膠質(zhì)與硫含量這對矛盾指標(biāo)限制，對原油依賴性強(qiáng)，要求原油相應(yīng)組份的實(shí)沸點(diǎn)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品盡量接近，含硫不能過高，一般要求在0.4%-0.5%左右，產(chǎn)品膠質(zhì)在6-8mg/L左右，硫含量在0.15%(m/m)左右，質(zhì)量控制難度大。直餾淺度加氫工藝采取氣、液兩相混合反應(yīng)，采用氮?dú)馄峁に?，反?yīng)溫度295℃，反應(yīng)壓力2.5MPa，氫油比550，受原油性質(zhì)影響較小，產(chǎn)品實(shí)際膠質(zhì)可以控制在5.0mg/L以下，硫含量在0.1%(m/m)以下。直餾深度加氫精制工藝采取純液相反應(yīng)，采用雙塔汽提，先用水蒸氣趕走硫化氫，再采用塔底加熱爐熱源趕走輕組份，反應(yīng)溫度315℃，反應(yīng)壓力6MPa，溶氫率0.8%(m/m)，反應(yīng)條件比淺度加氫工藝苛刻，產(chǎn)品實(shí)際膠質(zhì)可以控制在3.0mg/L左右，硫含量在0.03%(m/m)以下。

（二）不同生產(chǎn)工藝條件下軍柴潤滑性比較

目前，針對軍用柴油潤滑性評價(jià)方法尚未形成標(biāo)準(zhǔn)，因此我們等效采用《車用柴油》GB（19147—2016）標(biāo)準(zhǔn)要求，使用HFRR型柴油潤滑性測定儀，對不同工藝生產(chǎn)、未加抗磨劑的軍用柴油潤滑性進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)：直餾電精制工藝生產(chǎn)的軍用柴油磨痕直徑平均值在440um左右（車柴標(biāo)準(zhǔn)為不大于460um），潤滑性較好。淺度加氫工藝生產(chǎn)的軍用柴油磨痕直徑平均值在580um左右，潤滑性已經(jīng)達(dá)不到要求。深度加氫工藝生產(chǎn)的軍用柴油磨痕直徑平均值在620um以上，潤滑性最差。

（三）油品組份與潤滑性的相關(guān)性

利用統(tǒng)計(jì)曲線，我們對14批軍用柴油理化指標(biāo)進(jìn)行潤滑性回歸分析發(fā)現(xiàn)：軍柴中氮含量越高，潤滑性越好；軍柴的粘度和密度越大，潤滑性越好；餾出口溫度越高，潤滑性越好。使用質(zhì)譜法(SH／T06O6)對軍用柴油的組成進(jìn)行測定時，我們發(fā)現(xiàn)潤滑性高的柴油，其一、二環(huán)烷烴、烷基苯、總雙環(huán)芳烴含量與燃油潤滑性呈正相關(guān)關(guān)系；鏈烷烴與柴油的潤滑沒有關(guān)聯(lián)性，而含硫雜質(zhì)不但不抗磨，還會增大磨損，硫含量的高低僅僅在一定程度上與抗磨性能相關(guān)。

三、改善軍用柴油潤滑性的幾點(diǎn)建議

（一）控制生產(chǎn)改善潤滑性指標(biāo)

根據(jù)理論分析，在保證其他理化指標(biāo)富余的前提下，通過對加氫原料、精制深度的控制，確保軍用柴油中雜環(huán)極性分子的含量，可以使其潤滑性指標(biāo)能夠控制在一個比較好的程度。實(shí)際生產(chǎn)中，我們一是要求企業(yè)對常減壓餾出口進(jìn)行控制，增大抽出率，適當(dāng)將較重組份切分到加氫原料中去，在原料上有篩選。二是在保證硫含量、酸度等指標(biāo)的前提下，適當(dāng)調(diào)整工藝卡片上的條件，加大換熱器工作效率將反應(yīng)爐入口溫度降低20度，調(diào)整反應(yīng)壓力降低至4.4 MPa，此條件下生產(chǎn)的軍柴磨痕直徑平均值下降了80um左右，潤滑性有較為明顯的改善。

（二）添加抗磨劑改善潤滑性指標(biāo)

在烴類組成不變的情況下，加入抗磨劑（航煤潤滑劑T1602）可以使軍用柴油的潤滑性發(fā)生明顯變化（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表），并隨著不同階段呈現(xiàn)不同效果。最初每加入15mg/L抗磨劑，磨痕直徑平均下降10um，加入量與磨痕改善呈現(xiàn)線性相關(guān)關(guān)系，當(dāng)磨痕直徑下降至550um時，再加入同等劑量抗磨劑，磨痕直徑呈指數(shù)下降，待當(dāng)磨痕直徑下降至450um時，抗磨劑對磨痕直徑的改善作用又明顯減弱。通過摸索，當(dāng)抗磨劑加入量為200mg/L時，磨痕直徑可以下降約200um，當(dāng)抗磨劑加入量為250mg/L時，磨痕直徑可以下降約220um。但是，在生產(chǎn)中由于抗磨劑的加入會影響軍用柴油的酸度和抗乳化指標(biāo)，因此在加入量上有一個適度的平衡。

序號淺度加氫軍用柴油深度加氫軍用柴油直餾軍用柴油加入前潤滑性指標(biāo)580 620 440加入量202 250 202 250 202 250加入后潤滑性指標(biāo)403 391 453 436 389 350質(zhì)量要求w≯460um

（三）制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范潤滑性管理

現(xiàn)行軍柴質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1997年制定頒發(fā)時，受限于對潤滑性問題的認(rèn)識，沒有對潤滑性指標(biāo)做出要求。之后相當(dāng)一段時間里，原油性質(zhì)穩(wěn)定、大多采用直餾工藝生產(chǎn)，軍柴潤滑性有保證。近年來隨著原油劣質(zhì)化的趨勢，采用直餾工藝已經(jīng)無法生產(chǎn)合格軍柴，大多數(shù)廠家采用加氫工藝路徑，潤滑性問題在使用環(huán)節(jié)開始顯現(xiàn)出來，然而標(biāo)準(zhǔn)卻未能及時修訂，石化企業(yè)比照車柴標(biāo)準(zhǔn)采用加注抗磨劑改善軍柴潤滑性指標(biāo)的做法也沒有文件依據(jù)，部分企業(yè)軍柴生產(chǎn)陷入停滯，這給當(dāng)前軍柴供應(yīng)保障工作帶來沖擊?；诖耍ㄗh主管部門盡早以文件或標(biāo)準(zhǔn)形式對潤滑性理化指標(biāo)和試驗(yàn)方法進(jìn)行明確，以方便工作開展。