220號無灰型造紙機循環潤滑系統潤滑油的研制

花 卉 柯友勝 吐爾孫那依·比哈孜 賈藝峰（中國石油克拉瑪依石化公司，新疆克拉瑪依，834003）

·造紙機潤滑油·

220號無灰型造紙機循環潤滑系統潤滑油的研制

花 卉 柯友勝 吐爾孫那依·比哈孜 賈藝峰
（中國石油克拉瑪依石化公司，新疆克拉瑪依，834003）

以克拉瑪依石化公司生產的石蠟基油及光亮油為基礎油，分別對極壓抗磨劑、金屬減活劑、抗氧劑、抗泡劑進行評選，并進行添加劑復配及優化，最終研制出符合我國輕工行業標準QB/T 2766—2006質量指標要求的220號無灰型造紙機循環潤滑系統潤滑油。

造紙機；潤滑油；無灰型

隨著我國造紙工業的迅速發展，造紙行業生產規模已位居世界前列。國外一些大型現代化造紙機被引進，國產的造紙機也向寬幅、高速方向發展。設備的不斷升級使造紙機生產線的工況更加苛刻，隨之對造紙機所用潤滑油也提出了更高要求。造紙機多是高速連續運轉，由潤滑問題引發的設備故障情況復雜，解決起來耗時長，嚴重影響企業的生產和效益。

造紙機由濕部和干部組成，干部的工況最為苛刻。干部潤滑油主要用來潤滑軸承和軸輥的齒輪，經過軸承的蒸汽溫度可達150～180℃，軸承溫度約為110℃。因此，干部潤滑油要求具有優異的氧化安定性、抗磨性、防銹性、分水性、過濾性及較長的換油期。新一代造紙機的干部溫度更高，軸承轉速更快，使用了更好的濾芯（3～6μm），這就要求潤滑油除具有通常的抗磨性、防銹性能外，還要具有更好的氧化安定性、黏溫性能及高溫下油膜強度的保持性、過濾性、低揮發性、添加劑高溫穩定性以及更長的換油周 期［1］。

為滿足造紙機的潤滑要求，國外大的石油公司如美孚、殼牌等已于20世紀90年代先后開發了造紙機循環潤滑系統潤滑油（PMO）。目前國外PMO品牌主要有美孚的DTE PM系列，BP的Energol PM系列，埃索的Teresstic N系列，加德士的Premium系列，殼牌的 Delima S系列［2］。國內引進的進口設備大都綁定進口品牌的造紙機循環潤滑油，但這些設備由于用油量較大，且國外油品價格相對較高，每噸約2～3萬元，因此造紙公司希望其設備在超過保修期后選用國內同等質量的油品取代進口油。

國內中石化長城潤滑油應用研究中心率先研發出不同牌號的PMO，并成功應用于多家造紙企業［3］。2006年我國制定了PMO的輕工行業標準QB/T 2766—2006。目前除中石化外未見其他相關公司對PMO的研究報道，而我國大型造紙企業對國內同等質量的PMO需求量較大，因此對 PMO的研制十分必要。

本研究以克拉瑪依石化公司生產的石焟基油及光亮油為基礎油，對各種添加劑進行評選、復配及優化，以研制符合我國輕工業標準的PMO。

1 性能指標

220號無灰型造紙機循環潤滑系統潤滑油（PMO220）執行我國QB/T 2766—2006標準，該標準中對油品的黏溫性能、氧化安定性（包括氧化后酸值、旋轉氧彈，以下同）、防銹性、抗泡性（泡沫傾向/泡沫穩定性，以下同）、抗乳化性、過濾性、極壓抗磨性（包括磨斑直徑、四球機PD值、梯姆肯機試驗 OK值，以下同）及橡膠相容性等作了要求，主要性能要求及實驗方法見表1。

表 1 PMO220的主要性能要求和實驗方法［3］

由表1可知，PMO具有以下特點：①油品要求進行硫酸鹽灰分的測定，因此添加劑中應選用不含金屬元素的無灰添加劑。②油品對銅片腐蝕實驗的要求嚴格，實驗需進行48 h，這主要是由PMO的使用環境決定的，烘干部循環系統中使用的是銅管線進行油品的傳輸，因此應減少油品對金屬銅的腐蝕。③油品需進行PALL過濾試驗，這是PMO與其他油品的不同之處，主要是用于造紙機干部過濾系統。

2 基礎油和黏度指數改進劑評選

2.1基礎油

根據 PMO220的質量指標要求，基礎油應選擇運動黏度較大、黏度指數高的油品，因此選擇克拉瑪依石化公司生產的HVIH150BSM（光亮油）、HVIP8、MVI600、MVI300（均為石蠟基油）作為PMO220基礎油的評選對象，各基礎油加工工藝及主要性能分析見表2。

表2 基礎油加工工藝及主要性能分析

由表 2可知，4種基礎油中，只有光亮油HVIH150BSM的運動黏度超過220mm2/s，因此將其作為PMO220的基礎油調和組分；其余3種基礎油均為石蠟基油，但HVIP8是經過高壓加氫工藝深度精制而成，因此，與MVI600、MVI300相比，黏度指數高、傾點低、抗乳化性能及氧化安定性優良、飽和烴含量高。綜上所述，HVIH150BSM、HVIP8為PMO220基礎油的最佳組分。

2.2黏度指數改進劑評選

黏度指數改進劑（Viscosity Index Improver，簡稱VII）又稱增黏劑，用于改善油品的黏溫特性。現對4種不同類型黏度指數改進劑的用量、黏度指數增長率、剪切安定性、抗乳化性進行考察，結果見表3。

由表 3可知，4種黏度指數改進劑相比，用量為：OCP=聚乙基正丁基醚＞PMA=PMA與OCP復合物，黏度指數增長率為：PMA與 OCP復合物＞PMA＞OCP=聚乙基正丁基醚。由于加入黏度指數改進劑的主要目的是增加基礎油的黏度指數，因此選擇PMA和PMA與OCP復合物進行剪切安定性、抗乳化性能考察，從考察結果來看，PMA優于PMA與OCP復合物，因此選擇PMA作為PMO220的黏度指數改進劑。

表3 黏度指數改進劑考察實驗

3 添加劑配方研究

3.1極壓抗磨劑評選

PMO主要用以潤滑造紙機干部循環系統的軸承及齒輪，雖然軸承負荷不高，但有些造紙機還需要油品來潤滑滾動驅動齒輪和其他重負荷設備，以避免部件在重負荷下磨損和擦傷，要求油品必須具備優良的極壓抗磨性能，因此需對極壓抗磨劑進行評選。現采用四球機實驗考察5種極壓抗磨劑的性能。其中磨斑直徑的測試采用四球長磨試驗機，在規定的負荷條件下，上面的一個鋼球對著表面覆蓋有試樣的下面3個靜止的鋼球旋轉，實驗結束后測量下面3個鋼球的磨痕直徑，以直徑的大小來判斷實驗的抗磨性能。燒結負荷（PD值）是在實驗條件下使轉動球與 3個靜止球發生燒結的最小負荷，PD值越大說明極壓性能越好。實驗結果見表4。

表4 極壓抗磨劑考察實驗

根據PMO220質量指標要求，油品磨斑直徑不大于0.70 mm，PD值不小于200 kg，由表4可知，5種極壓抗磨劑均不能滿足PD值及磨斑直徑的雙重指標。其中，PW-1為硫型劑具有優良的極壓性能，可滿足PD值指標要求；PW-3+油性劑可改善油品抗磨性能；PW-4為S-P-N型劑，滿足磨斑直徑測定值要求，因此需根據不同極壓抗磨劑的性能特點對其進行復配。

由于PW-1優異的極壓性，PW-3+油性劑、PW-4優異的抗磨性，因此分別考察了兩組極壓抗磨劑的復配方案（PW-1+PW-3+油性劑和PW-1+PW-4），均滿足PMO220對 PD值及磨斑直徑的要求。

3.2金屬減活劑評選

造紙機干部循環潤滑系統中油品經由一些很細的銅管線滴到需潤滑的部件上，由于在氧、光、熱、金屬的存在下會加速油品的氧化速度，生成酸、油泥和沉淀，降低油品的使用性能，因此需添加金屬減活劑。現對3種金屬減活劑進行銅片腐蝕實驗考察，由于極壓抗磨劑的添加會影響銅片腐蝕試驗結果，因此一并進行考察，設有4種方案（見表 5）。銅片腐蝕試驗是將一塊已磨好的銅片浸沒在一定量的油品試樣中，并按產品標準要求加熱到指定的溫度，保持一定的時間，待實驗周期結束時，取出銅片，在洗滌后與標準色板進行比較，確定腐蝕級別，級別越小表示油品中活性硫化物的含量越少，油品對銅片的腐蝕性越小。實驗結果見表5。

表5 金屬減活劑銅片腐蝕考察實驗

由表 5可知，3種金屬減活劑中，MD-1在油品調和及放置過程中出現渾濁，MD-3對銅片腐蝕的抑制能力最弱，因此選擇 MD-2為油品的金屬減活劑。從極壓抗磨劑的選擇來看，極壓抗磨劑PW-1、PW-3與油性劑復配，對銅片的腐蝕性更低。

綜上所述，通過對磨斑直徑、PD值及銅片腐蝕實驗的考察，最終確定 PMO220的極壓抗磨劑復配方案為 PW-1、PW-3與油性劑復配，金屬減活劑為MD-2。

3.3抗氧劑評選

抗氧劑的考察是利用 DSC（差示掃描量熱儀）測定添加抗氧劑后油品的誘導期與起始氧化溫度。對實驗室常用的酚型和胺型抗氧劑進行不同比例的復配，并測定其誘導期與起始氧化溫度。誘導期的試驗方法為4mg樣品在2 MPa氧氣氣氛下，以100℃/min的升溫速率從 50℃快速升至 200℃，在 200℃下保持30 min，測定其被氧化的時間，時間越長表示氧化安定性越好。起始氧化溫度的實驗方法為：4 mg樣品在1MPa氧氣氣氛下，以10℃/min的升溫速率從50℃升至400℃，測定油品裂解的最低溫度（起始氧化溫度），溫度越高表示氧化安定性越好，測定結果見表6。

表6 抗氧劑DSC考察實驗

由表 6可知，當總抗氧劑用量不變時（均為0.5％），酚型與胺型復配后的油品比只加單劑時氧化誘導期長、起始氧化溫度高，且兩種抗氧劑的最佳配比為酚型∶胺型=2∶3。

3.4抗泡劑評選

油品中需添加抗泡劑來解決發泡問題，現對3種抗泡劑進行泡沫性能考察實驗。實驗方法：試樣在24℃時，用恒定流速的空氣吹氣 5 min，然后靜止10 min，在每個周期結束時，分別測定試樣中泡沫的體積，取第二份試樣在 93.5℃下進行試驗，當泡沫消失后，再在 24℃下進行重復實驗（即 “后”24℃）。實驗結果見表7。

表7 3種抗泡劑泡沫特性考察實驗

從表7實驗結果可以看出，3種抗泡劑均不能完全滿足油品對泡沫性能的要求；抗泡劑甲基硅油的加入可有效降低油品的低溫泡沫性，但高溫泡沫性差；甲基硅油酯、硅型與非硅型復合物的加入對高溫泡沫性有改善，但低溫泡沫性沒有達到指標要求。

硅油是直鏈狀結構，由無機物的Si—O鍵和有機物R組成，當R為甲基時，該化合物稱為甲基硅油，是目前所應用的主要抗泡劑。由于甲基硅油中 Si—O鍵的數量不同，因此相對分子質量也不同。下面對加入不同相對分子質量甲基硅油的油品進行泡沫性能考察，考察結果見圖1。

圖1 不同相對分子質量甲基硅油泡沫傾向性比較

由圖1可知，當6種不同相對分子質量的甲基硅油用量相同時，隨著相對分子質量的增大，油品泡沫傾向性出現先減小后增大的趨勢，其中甲基硅油相對分子質量為6萬時泡沫傾向性最小。從圖1中可以看出，6種甲基硅油在93.5℃時泡沫傾向性均大于 75 mL。因此，單獨采用甲基硅油不能滿足油品對抗泡性能的質量指標要求。

從前期對不同種類抗泡劑的考察結果來看，甲基硅油酯、硅型與非硅型復合物的加入對高溫泡沫性能有改善，而相對分子質量為 6萬的甲基硅油對降低低溫泡沫性效果最明顯，因此采用不同類型抗泡劑復配來實現其對高低溫泡沫性能的提高，考察結果見表 8。

表8 抗泡劑復配考察實驗

由表8可知，當采用相對分子質量為6萬的甲基硅油與甲基硅油酯復配時，泡沫傾向性均小于75 mL，滿足PMO220對泡沫性能的指標要求。

4 添加劑復配性能考察

PMO220的調和是以HVIH150BSM、HVIP8為基礎油，采用外加法向基礎油中添加黏度指數改進劑、極壓抗磨劑、油性劑、金屬減活劑、抗氧劑、防銹劑、抗泡劑、破乳劑。基礎油及各類添加劑的用量見表9。

表9 PMO220調和方案

表10 研制的 PMO220主要性能分析結果

對比我國輕工行業標準QB/T 2766—2006質量指標，對研制的PMO220的相關性能進行分析，分析結果見表10。

由表 10可知，所研制的 PMO220在運動黏度、黏度指數、閃點、傾點、硫酸鹽灰分、泡沫性、銅片腐蝕、抗乳化性能、液相銹蝕、極壓抗磨性、旋轉氧彈及PALL過濾試驗等指標均滿足要求。

5 使用要求及建議

5.1一些廠家存在用其他油品代替循環系統潤滑油的情況，但這些油品在氧化安定性、極壓性、過濾性等方面均無法滿足循環系統的潤滑要求，使造紙機運行中軸承檢修和軸承的更換率增加。循環系統潤滑油是針對造紙機循環系統工況設計的，完全滿足其使用要求，延長了換油期，因此造紙機循環潤滑系統一定要使用專用潤滑油。對于不同廠家的PMO，即使是同種類、同黏度級別，若不經過混油試驗也不能同時使用。

5.2油品在使用過程中，受熱氧化、機械剪切等作用，以及水分、灰塵等雜質的混入性能逐漸變差，使黏度、酸值、含水量上升，產生油泥，顏色變深，必須加強監測，定期取樣，按時或按質換油。

6 結 語

6.1通過對不同工藝條件基礎油的評選，最終選擇適宜的基礎油組分為光亮油HVIH150BSM和石蠟基油 HVIP8。通過對不同種類的黏度指數改進劑進行考察，最終選擇聚甲基丙烯酸酯（PMA）作為PMO220的黏度指數改進劑。

6.2分別對極壓抗磨劑、金屬減活劑、抗氧劑、防銹劑、抗泡劑進行評選，并進行添加劑復配及優化，最終研制出符合我國輕工行業標準QB/T 2766—2006質量指標要求的220號無灰型造紙機循環潤滑系統潤滑油。

［1］ ZHANG Chun-hui，CHEN Hui-qing，HU Gang.Integrated Lubrication Management and Its Influence on Paer Industry［J］.China Pulp ＆amp；Paper，2004，23（4）：45.張春輝，陳惠卿，胡 剛.面向造紙行業的全面潤滑管理技術［J］.中國造紙，2004，23（4）：45.

［2］ CHEN Hui-qing，CHEN Li-hua，GUO Jian-feng.Selection and Application of Lubricants for Paper Machine［J］.China Pulp＆amp；Paper，2003，22（3）：51.陳惠卿，陳麗華，郭劍鋒.造紙機械設備潤滑劑的選擇和應用［J］.中國造紙，2003，22（3）：51.

［3］ CHEN Hui-qing.The Development and Application of the Paper Machine Circulation Oil［J］.Lubricating Oil，2004，19（1）：45.陳惠卿.造紙機械循環潤滑油的研制和應用［J］.潤滑油，2004，19（1）：45.

［4］ QB/T 2766—2006，Mineral papermachine circulating oil［S］.QB/T 2766—2006，礦物油型造紙機循環潤滑系統潤滑油［S］.CPP

（責任編輯：董鳳霞）

Development of the Ashless Paper M achine Lubircating Oil

HUA Hui*KE You-sheng BIHAZITuersunnayi JIA Yi-feng
（Petrochina Karamay Petrochemical Company，Karamay，Xinjiang Uygur Autonomous Region，834003）
（*E-mail：ypshuahui@petrochina.com.cn）

Using the paraffin oil and bright stock produced by Karamay Petrochemical Co.as the base oil，the antiwear agent under extreme pressure，metal deactivator，antioxidant，anti rust agent，and defoaming agentwere avaluated and relected separately，and the additive formulation was designed and optimized.Finally the ashless papermachine lubricating oilwhichmeet the requirements of light industry standard QB/T 2766—2006 quality index number 220 was developed.

papermachine；lubricating oil；ashless type

花 卉女士，工程師；主要從事油品研究工作。

TS73；TE666

A

0254-508X（2015）08-0033-05

2015-04-22（修改稿）