干式氣柜密封油的應用與發展

秦鶴年,朱衍東

(中國石油華北潤滑油銷售分公司,北京 100101)

干式氣柜密封油的應用與發展

秦鶴年,朱衍東

(中國石油華北潤滑油銷售分公司,北京 100101)

氣柜主要用于煤氣等可燃氣體的收集、儲存與配送,干式氣柜是用潤滑油為密封介質,因其容量大已成為氣柜發展的主流。作為密封介質的干式氣柜密封油以精制礦物油為基礎油,加入抗氧、防銹、降凝等添加劑調制而成,其特點是使用周期長,具有優異的防腐性及油水分離性,有不同的系列產品可以應對儲存氣體及環境溫度的影響。在使用過程中要密切監控質量變化,通過定期補加添加劑或換油等措施來維持油品性能穩定。為充分利用一切可燃氣體,普及民用燃氣,會更多地用到干式氣柜并促使密封油發展。潤滑油生產企業應重視這一發展,不斷提高產品性能,提供優質服務來滿足用戶需求。

干式氣柜密封油;應用;發展

Abstract:The gas holder,w hich employs lubricating o ilas sealing m edium,is used to collect,store and distribute com bustible gases,such as coal gas and refinery gas.It has becom e the deve lopm ent m ainstream because of the high capacity. D ry gas holder sealing oils are prepared by using refined m ineraloil as base oil and adding som e additives like anti-oxidant, anti-rust agent,pour po int additive etc.The o ils have characteristics of longer service life,excellent corrosion protect ion and oil-w ater separat ion.D ifferent p roduct lines can adapt to different gases and environm ental temperature.The oils’quality changes should be monitored closely in the process of use.Som e m easures,such as replenishing additives or o ils change,can be taken to keep o ils perform ance stable.To take full advantage of all com bustible gases and popularize civil gas,the dry gas holderw ill be mo re used to promote the developm ent of the sealing oils.Lubricating o ilproducers should pay attention to this deve lopm ent,and constantly improve the product perfor m ance,provide high quality services to m eet the needs of users.

Key words:dry gas holder sealing oil;application;deve lopm ent

0 前言

氣柜的主要作用是將煤氣等燃氣進行收集、儲存及輸配送,氣柜的形狀一般為圓柱形或多邊柱形,內部有一可上下移動且直徑與柜體相當的活塞板,用來調節、恒定柜體內的煤氣壓力?；钊吘壟c氣柜壁之間用液體作為密封介質,有用水作為介質的濕式密封和用潤滑油作為介質的干式密封,由于干式密封氣柜具有占地面積小、柜體使用年限長、排氣壓力恒定、地基承受壓力小等明顯優點,近年來呈現逐漸替代濕式密封氣柜的趨勢。從 20世紀 80年代起,隨著制造技術和施工水平的提高,干式氣柜在我國得到普遍應用,在燃氣輸配送過程中起著主導性作用。應節能環保要求,越來越多的企業將產生的可燃氣體收集后用于供熱或發電,對于民用,煤氣也同天然氣一樣作為方便清潔的燃料被廣泛使用,因此氣柜越來越多地被鋼鐵、焦化及燃氣等行業采用,而且氣柜容積也越來越大,目前已達到 30萬m3,氣柜密封油的應用也隨之發展,已經成為主要的工業用油之一。對于干式氣柜,正確選擇密封油是保證氣柜安全及正常運行的關鍵。由于燃氣的來源和組分不同,對密封油的影響也有差異,還有當地氣候條件,都是密封油選用時應該考慮的因素。以下就燃氣的種類、氣柜的工作條件對密封油的性能要求、國內密封油使用現狀及今后的發展展開討論。

1 燃氣的種類與組成

燃氣主要指煤氣、天然氣、石油氣和石油煉廠氣等,目前使用氣柜最多的是煤氣。煤氣主要有焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣和水煤氣等,主要來自焦化、鋼鐵及煤化工等行業,這幾種煤氣及煉廠干氣的主要成分及燃燒熱值如表 1所示。氣體成分的不同,對氣柜密封介質的影響也有差異。

焦爐煤氣是指用幾種煙煤配成煉焦用煤,在煉焦爐中經高溫干餾后,在產出焦炭和焦油產品的同時所得到的可燃氣體,是煉焦產品的副產品。主要作燃料和化工原料。

高爐煤氣是在高爐煉鐵過程中產生的副產品,含有可燃一氧化碳的氣體,是一種低熱值的氣體燃料,可以用于冶金企業的自用燃氣,如加熱熱軋的鋼錠、預熱鋼水包等。也可以供給民用,如果加入焦爐煤氣,就叫做“混和煤氣”,可提高熱值。

轉爐煤氣是轉爐煉鋼過程中,鐵水中的碳在高溫下和吹入的O2生成 CO和少量 CO2的混合氣體。轉爐煤氣的發生量在一個冶煉過程中并不均衡,成分也有變化。通常將轉爐多次冶煉過程回收的煤氣輸入一個儲氣柜,混勻后再輸送給用戶。轉爐煤氣由爐口噴出時溫度高達 1450～1500℃,并夾帶大量氧化鐵粉塵,需經降溫、除塵,方能使用。轉爐煤氣是鋼鐵企業中等熱值的氣體燃料,可以單獨作為工業窯爐的燃料使用,也可和焦爐煤氣、高爐煤氣、發生爐煤氣配合成各種不同熱值的混合煤氣使用。

水煤氣是水蒸氣通過熾熱的焦炭而生成的氣體,熱值較高,燃燒速度是汽油的 7.5倍,抗爆性好,據國外研究和專利的報導,其壓縮比可達 12.5,熱效率能提高 20%～40%、功率提高 15%、燃耗降低 30%,尾氣凈化近歐Ⅳ標準,還可用微量的鉑催化劑凈化。比醇、醚簡化制造和減少設備,成本和投資更低。壓縮或液化與 H2相近,但不用脫除 CO,建站投資較低。還可用減少的成本和投資部分補償壓縮或液化的投資和成本。水煤氣既可用作燃料,也是化工原料。

煉廠氣主要來源于原油蒸餾、催化裂化、熱裂化、石油焦化、加氫裂化、催化重整、加氫精制等過程。不同來源的煉廠氣其組成各異,主要成分為碳四 (C4)以下的烷烴、烯烴以及氫氣和少量氮氣、二氧化碳等氣體。煉廠氣的產率隨原油的加工深度不同而不同,深度加工的煉廠氣一般為原油加工量的6%左右。在美國約有 2%的乙烯、60%的丙烯和90%的丁烯來自煉廠氣。煉廠氣加工是石油煉廠的重要任務之一。一般煉廠氣首先經過氣體分離裝置,利用吸收和解吸的方法使碳二 (C2)以下氣體與大于碳三 (C3)的氣體分離,然后分別進行加工:①C2以下氣體經乙醇胺脫硫和硫回收后,可作為制氫和乙烯的原料,或作為燃料氣。②由氣體分餾裝置來的 C3、C4餾分經分餾得到 C3和 C4兩種組分。C3組分主要用于生產疊合汽油。③C4組分去烷基化裝置,利用硫酸或氫氟酸作催化劑,使異丁烷和丁烯轉化成以 C3異構烷烴為主的烷基化汽油。

除了煤氣和石油煉廠氣,天然氣以及沼氣等可燃氣體的輸配送,都可能用到氣柜,氣體組分的不同,對密封油的影響也是不同的,因此考慮氣體種類是開發、選用密封油的重要因素之一。

2 干式氣柜的類型及密封方式

干式氣柜目前實際采用的有三種柜型:曼(MAN)型、可隆(KLONNE)型和威金斯(W INGG INS)型,其區別就在于密封方式的不同,如表2所示。

表2 三種干式氣柜的密封方式

對干式柜而言,最重要的莫過于密封,也就是如何防止在固定的外筒與上下活動的活塞之間產生漏氣,在對干式柜的技術管理中,對其密封機構、密封介質的管理是最重要的。在上述三種氣柜中,曼(MAN)型、即油液密封式氣柜的使用已成為主導。油液密封式氣柜的密封機構由活塞外圍的油槽和滑板組成,油槽內充滿礦物油,用以封住活塞下面的氣體,滑動部分的間隙充滿油液,通過間隙流失的油液從上部補充,并且是循環使用的。除了密封作用,密封油還起到了潤滑活塞上下運動以及防止煤氣對氣柜的腐蝕作用。

3 不同介質對干式氣柜密封油的影響[1]

氣體的組成不同,對密封油的性能影響也不同。某潤滑油生產商和中國石化濟南分公司共同開發了質量如表 4所示的 1號、2號和 3號干式氣柜密封油,并考察了煉廠干氣、鋼廠高爐煤氣和焦爐煤氣對該氣柜密封油性能的影響,結果分述如下。

3.1 對密封油粘度的影響

結果顯示,三種介質都會使密封油粘度下降,煉廠干氣影響最大,在考察周期內,使油品粘度降低了40%,焦爐煤氣和高爐煤氣分別使油品粘度下降了24%和 12%。這主要是由于煉廠干氣中含有較多的烴類組分,特別是 C3～C5組分極易溶解于密封油中造成粘度下降,而高爐煤氣中不含烴類組分,故其對油品粘度影響很小。

3.2 對密封油閃點的影響

煉廠干氣對密封油閃點影響最大,隨著使用時間的延長,閃點下降至 50℃左右,焦爐煤氣較好,能夠維持在 170℃以上,而高爐煤氣對閃點影響不太大。這也是由于煉廠干氣中的烴類組分溶于密封油造成的,高爐煤氣中不含烴類而影響很小,焦爐煤氣中含有少量烴類對密封油閃點有一定的影響。

3.3 對密封油防腐蝕性能的影響

試驗按 SH/T 0195和 GB/T 11143方法進行,三種介質的考察結果如表 3所示。由此可見,在檢測周期內,密封油多表現出優良的鋼質保護能力。由于含有 H2S的緣故,尤其是焦爐煤氣中 H2S在油中的積累,使焦爐煤氣柜的密封油出現了嚴重的銹蝕,煉廠干氣柜密封油在檢測后期也出現了輕微銹蝕,而高爐煤氣柜用油則表現了與新油相當的防腐能力。

表 3 不同介質對密封油防腐性能的影響

3.4 對密封油油水分離能力的影響

試驗按 GB/T 260方法進行,以 30 min時油的分出率表示油水分離能力,結果表明,焦爐煤氣柜的密封油油水分離能力下降最快,而高爐煤氣柜用油依然保持了很好的破乳化能力。這是由于焦爐煤氣中含有粉塵、顆粒萘等不能完全除去的有害物質,使得油品油水分離能力下降較快。

4 密封油的使用方式及性能要求

氣柜內最底部是一層水,水層上是密封油層,如此可防止煤氣從柜體底部滲漏,而且一旦發生滲漏使水先漏出,避免油的漏出對環境造成污染。密封油的一次性注入量較大,如 30萬m3的氣柜一次注油量為 273 t,主要集中在底部的密封油層。在氣柜投入使用后,密封油隨著不斷地損耗需定期補加。氣柜底部的密封油通過油站 (大型氣柜通常有多個油站,如 30萬m3的氣柜擁有 6個油站)泵送到氣柜頂部,再通過活塞間隙沿氣柜壁流入底部。由于與水層接觸,密封油在送往柜頂前需在油站的油箱內分水、脫水,同時油箱內擁有加熱和冷凝裝置,可調控密封油的溫度。

干式柜對密封油的客觀要求:①合適的粘度及良好的粘溫特性。使用高粘度密封油,密封效果好,可減少漏油量,但粘度太高會造成輸送困難,抗乳化性差,而且粘度不應隨溫度而發生急劇變化。②良好的氧化安定性。密封油需要長期連續運轉,具有良好的氧化安定性可以防止在與水、煤氣、金屬的長期接觸中,被氧化并生成酸性物質和沉淀物造成變質及金屬腐蝕。③良好的抗乳化性。密封油在循環過程中會與(煤氣中的)水分接觸,并被強烈的攪拌(油泵齒輪),因此應當具備良好的抗乳化性。④良好的防銹防腐性。水進入密封油會對金屬造成腐蝕,從而使柜體及各種運轉、密封裝置受損。因此,密封油應當是深度精制的礦物基礎油加入抗氧劑、防銹劑、金屬鈍化劑、抗泡沫劑等添加劑配成。⑤較低的凝點,在冬季寒冷地區也可使用。

面對密封油的變質問題,所采取的措施是:①嚴格按客觀要求選擇密封油。密封油的氧化主要是不飽和烴組分的氧化,盡可能選用直餾組分調合密封油能延緩氧化變質。②定期補充抗氧化劑。密封油始終與煤氣中的水接觸,水會使油中的一些添加劑分解或沉淀,定期補充抗氧化劑,可以增加油品的抗氧化能力。③用涂料減少油品與金屬的接觸,尤其是氣柜底部油槽的壁板和油水分離器的壁板應刷耐油涂料。④定期檢查沉積物的狀況和清洗儲油容器。⑤密封油經長時間使用后,油品會因氧化變質使性能下降,但由于干式氣柜密封油用量較大,完全更換密封油成本較高,通常采用破乳、過濾、補充添加劑等綜合手段使油品再生繼續使用,同時也要求產品有較長的使用壽命。

5 國內密封油的使用現狀

我國目前尚無干式氣柜密封油的國家標準,也未頒布行業標準?，F在市場上干式氣柜密封油采用的標準是 20世紀 80年代由濟南煉油廠與北京鋼鐵設計院、馬鞍山鋼鐵設計院共同制定的第一個氣柜密封油的暫定技術標準,后經延續改進的現中國石化企業標準Q/SH 303 364-2007,如表 4所示。該類產品是以深度精制的礦物基礎油加入多種添加劑調制而成,能夠很好地解決干式氣柜的密封、防銹及潤滑等問題,產品選用方法參照表 5。另外,中國石油潤滑油公司也研制了干式氣柜密封油,產品標準為 RH 09 ZB.0012-2007,如表 6所示。

表 4 干式氣柜密封油標準(Q/SH 303 364-2007)

表5 干式氣柜密封油的選用

另外,還有一些高爐專用、焦爐專用以及煉廠氣專用等氣柜密封油也有介紹。由表 6可見,氣柜密封油的粘度級別較為特別,未執行 ISO粘度級別標準,而且國內還沒有統一的質量標準,都是企業標準,或者是根據氣柜用戶的要求制訂質量標準。隨著氣柜的普及應用,氣柜密封油應該有國內統一的質量標準。

表 6 中國石油干式氣柜密封油質量標準(RH 09 ZB.0012-2007)

6 展望與建議

收集可燃氣體,替代常規燃料用于供熱與發電,從而節省能源,是今后的發展趨勢。如冶金、煉油等行業不可避免地產生大量的可燃氣體,而以往這些氣體都是通過火炬白白燒掉,如果收集利用,將會節省大量燃料。但是這些氣體的利用有很多技術難關,如供熱或發電通常需要壓力、流量及熱值恒定等,而很多可燃氣體來源及成分復雜、壓力及流量不穩定,只有通過氣柜收集、存儲及恒壓后才可用于發電。使用氣柜最多的是煤氣,雖然煤氣有表 1的分類,但在實際使用中又可分為工業用煤氣(主要是鋼鐵企業)和民用煤氣 (主要是水煤氣),根據氣體的用途不同,對氣柜密封油質量要求提出如下建議:

(1)粘度

粘度應該執行 ISO國際標準,結合表 3與表 5,可將干式氣柜密封油定為 68號和 100號 (40℃運動粘度)兩種,民用煤氣及石油煉廠氣溫度較低,宜使用 68號,而鋼廠煤氣溫度較高,宜使用 100號。由于油品在使用中粘度下降,必要時需加增粘劑。

(2)凝點或傾點

上述氣柜密封油都有較低的凝點要求,尤其是表 4還根據不同地區氣溫提出了低凝油和普通油的使用方法。但對于鋼鐵行業,因煤氣溫度較高(可達70℃),在氣柜內停留時間較短,而且油站有加熱設施,油線有保溫層,因此受環境溫度影響不大,不必使用低凝油,使用 100號產品即可。但民用煤氣及石油煉廠氣溫度較低,在氣柜內停留時間較長,受環境溫度影響較大,可將宜使用的 68號產品分為普通和低凝兩類,在寒冷地區使用低凝產品。

(3)氧化安定性

因氣柜密封油一次性裝油量較大,無論工業與民用,氣柜密封油都要求有較長的使用時間,因此對氣柜密封油的氧化安定性要求較高,應開發長壽命密封油,建議酸值達到 2.0 mgKOH/g所需時間(GB/T 12581試驗方法)應該由不小于 1000 h提高到 2000 h或更高。

(4)抗乳化分水性

因氣柜密封油與水接觸,而且水煤氣還含有水分,因此密封油的抗乳化分水性較為重要,無論使用多久,都要確保油水能夠分離,油站還應該有脫水措施,同時嚴格控制密封油在使用過程中的水分含量,并將此作為運行密封油的監控指標。

(5)其他性能

抗腐蝕性及防銹性對氣柜密封油也很重要,尤其是高爐煤氣、焦爐煤氣及轉爐煤氣,含有大量腐蝕性氣體,容易對氣柜壁造成腐蝕,因此氣柜密封油應該具有良好的防腐性及防銹型,對氣柜起到保護作用。另外,氣體中的成分,如 H2、烷烴或烯烴,都可能對密封油產生一定的影響,對氣體的溶解性也有要求。如煉廠氣對密封油的粘度、閃點影響最大,閃點的降低是影響安全生產的因素之一,因此礦物油不是理想的煉廠氣柜密封油,需要通過密切監測及縮短換油周期來保障安全生產。

7 結束語

干式氣柜密封油除了要建立國內統一的質量標準,還要建立運行控制指標,做到定期采樣分析檢

測,監控油品在使用中的質量變化。當使用過程中油品的某些項目,如抗乳化分水性或抗腐蝕防銹性不達標時,可先試驗補加添加劑的方法改進,如果該方法無效,就要考慮換油。油品供應方不僅僅是提供油品,更重要的是做好服務工作,協助用戶定期檢測油品,提供補加添加劑及換油的周期,同時對用戶進行技術交流及培訓,幫助用戶做好油品應用與管理工作,保障設備正常運行。

[1]王子綱,王海燕.不同介質對干式氣柜密封油使用性能的影響[J].煉油設計,2002,32(7):50-52.

App lica tion and Deve lopm ent of Sea ling O ils for D ry Gas Holde r

Q IN He-nian,ZHU Yan-dong
(PetroChina North-China LubricantM arketing Company,Beijing 100101,China)

TE626.3

A

2009-09-09。

秦鶴年(1965-),男,高級工程師,1987年畢業于云南大學化學系,現從事潤滑油營銷技術服務工作,已對外發表論文35篇。

1002-3119(2010)03-0001-05