工業(yè)潤(rùn)滑油品中酸性物質(zhì)的來源、危害及控制

郭華 黃先軍 鄒昌盛

寧波鋼鐵有限公司

工業(yè)潤(rùn)滑油品在生產(chǎn)、儲(chǔ)存及長(zhǎng)期使用過程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，不僅降低油品的潤(rùn)滑性，還會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生磨損和腐蝕影響。本文介紹了工業(yè)潤(rùn)滑油品中酸性物質(zhì)的來源和危害，并提出了工業(yè)潤(rùn)滑油品在后期使用階段的主要酸值控制措施。

工業(yè)潤(rùn)滑油品在生產(chǎn)、儲(chǔ)存以及長(zhǎng)期使用過程中，由于受到空氣中氧氣、溫度和其他條件的影響，會(huì)產(chǎn)生一些酸性物質(zhì)，油品中酸性物質(zhì)含量指標(biāo)一般用酸值（單位mgKOH/g）表示，是指用于中和1 g樣品油中全部酸性組份所需要的堿（KOH）的毫克數(shù)。對(duì)于新油，不考慮添加劑影響，則通常石油產(chǎn)品精制程度越高，酸性物質(zhì)越少，對(duì)于舊油，在使用過程中因氧化變質(zhì)或水解反應(yīng)，導(dǎo)致酸性物質(zhì)增加，這些酸性物質(zhì)不僅降低油品潤(rùn)滑性，還會(huì)加速設(shè)備磨損和腐蝕，提高設(shè)備故障率。因此，在工業(yè)潤(rùn)滑油品的后期使用階段，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其酸值的變化情況。

工業(yè)潤(rùn)滑油品中酸性物質(zhì)的來源

原油中天然存在的酸性物質(zhì)

原油所含有的一些非烴類的化合物，如脂肪酸、環(huán)烷酸、芳香酸、苯酚等，統(tǒng)稱為石油酸，約占原油質(zhì)量的1%～2%，其中環(huán)烷酸的質(zhì)量占石油酸總質(zhì)量的90%左右，是基礎(chǔ)油中最主要的酸性含氧化合物[1]。按中石油天然氣集團(tuán)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 44—2009《通用潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油標(biāo)準(zhǔn)》要求，Ⅰ類基礎(chǔ)油酸值為0.02～0.05 mgKOH/g，Ⅱ、Ⅲ類基礎(chǔ)油酸值不超過0.01 mgKOH/g。

油品中添加劑

基礎(chǔ)油很難滿足設(shè)備使用要求，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境需要添加抗氧劑、極壓抗磨劑、清凈分散劑、抗泡劑等各類添加劑，以提高油品綜合使用性能。極壓抗磨劑中烷基酸性磷酸酯、二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）等為酸性添加劑。對(duì)極壓抗磨性能有要求的齒輪油和液壓油，其新油酸值一般在0.5 mgKOH/g左右，而汽輪機(jī)油新油酸值不超過0.2 mgKOH/g。

油品使用過程中氧化產(chǎn)生酸性物質(zhì)

油品的氧化分為低溫氧化和高溫氧化2個(gè)階段，低溫氧化形成過氧化物、醇、醛、酮和水，超過120 ℃時(shí)高溫氧化形成酸性物質(zhì)，酸性物質(zhì)的形成方式是通過烷基過氧自由基與醛的反應(yīng)，如圖1所示[2]。

油品的氧化除了與自身化學(xué)組成相關(guān)，還與使用條件有密切關(guān)系，如溫度的高低、空氣壓力或氧氣分壓的大小、所接觸金屬離子的催化作用強(qiáng)弱等[3]。

抗燃液壓油水解反應(yīng)產(chǎn)生的酸性物質(zhì)

抗燃液壓油（主要指聚酯和磷酸酯抗燃液壓油，不含水乙二醇液壓油）遇水易發(fā)生水解反應(yīng)，水解產(chǎn)物主要有酸性磷酸二酯、酸性磷酸一酯、磷酸和酚類物質(zhì)等酸性物質(zhì)，幾種水解反應(yīng)化學(xué)式見圖2。

工業(yè)潤(rùn)滑油品中酸性物質(zhì)的危害

圖1 烷基過氧自由基與醛反應(yīng)生成酸性物質(zhì)

工業(yè)潤(rùn)滑油品的酸性物質(zhì)對(duì)設(shè)備構(gòu)件所用的銅、鐵、鋁等金屬材料產(chǎn)生腐蝕作用，將影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低設(shè)備使用壽命；另外所生成的金屬鹽類聚集成為油泥等沉淀物，將提高油品的導(dǎo)電性，降低油品的絕緣性能，還會(huì)影響設(shè)備的散熱性能，在液壓系統(tǒng)中將引起液壓控制閥閥芯卡阻、加速閥芯磨損等問題。

工業(yè)潤(rùn)滑油品中酸性物質(zhì)的控制

因基礎(chǔ)油、添加劑貢獻(xiàn)的工業(yè)潤(rùn)滑油品酸值可通過生產(chǎn)脫酸和配方設(shè)計(jì)來控制。本文主要介紹工業(yè)潤(rùn)滑油品在后期使用階段控制酸值增加、延長(zhǎng)油品使用壽命的主要措施。

油溫控制

◇電加熱器生產(chǎn)廠家或系統(tǒng)成套設(shè)備廠家一般都是根據(jù)油品的裝機(jī)量和使用經(jīng)驗(yàn)來推薦合適電加熱功率，對(duì)油品的黏度以及流速影響沒有相關(guān)理論論證，國(guó)家也沒有相關(guān)選用標(biāo)準(zhǔn)，所以后期設(shè)備維護(hù)期間更換電加熱器時(shí)，不要輕易增加表面積功率，尤其是高黏度油品，以免引起局部油溫過高而導(dǎo)致油品過早老化。

◇油管路設(shè)計(jì)布局合理，盡量避開高溫區(qū)，無法避開時(shí)應(yīng)增加保溫隔熱層。

◇合理選用油冷卻器，控制油箱油溫在系統(tǒng)要求范圍內(nèi)。一般對(duì)液壓油，油箱油溫控制在40～50 ℃，最高不超過55 ℃；對(duì)汽輪機(jī)油，控制軸承（軸瓦）入口油溫不超過45 ℃為宜。

水分控制

主要針對(duì)抗燃液壓油遇水水解問題，要求水分應(yīng)控制在0.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下，當(dāng)水分含量超標(biāo)時(shí)，及時(shí)采用脫水過濾裝置脫除水分。另外，可在油箱頂部安裝帶有干燥功能的空濾器，減少環(huán)境中水汽和油箱內(nèi)部冷凝水的影響。

酸值定期檢測(cè)

建議對(duì)設(shè)備油溫低于50℃ 的，每半年一次酸值檢測(cè)；超過50 ℃時(shí)，每季度一次酸值檢測(cè)；超過70 ℃時(shí)，每月一次酸值檢測(cè)。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，油品酸值增加值控制范圍建議參考表1或油品廠家推薦值。

磷酸酯抗燃液壓油酸值增加的后期處理

因磷酸酯抗燃液壓油對(duì)酸值變化的要求較高，在酸值增加后，可選用離子交換樹脂濾芯（硅藻土處理低酸度的抗燃液才有效果）進(jìn)行過濾，主要通過樹脂的離子交換作用除去油中的陰、陽離子，對(duì)磷酸酯抗燃液壓油酸值基本可控制在0.08 mgKOH/g以內(nèi)，同時(shí)對(duì)抗燃油的電阻率有一定改善作用，避免產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

聚酯抗燃液壓油因其承受酸值上限值較高，在高酸值狀態(tài)時(shí)，采用離子交換樹脂措施降酸值的成本費(fèi)用過高，建議達(dá)到酸值上限后直接報(bào)廢處理。

結(jié)束語

工業(yè)潤(rùn)滑油品使用過程不可避免地會(huì)發(fā)生氧化或水解，產(chǎn)生酸性物質(zhì)。建議油品選型時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)備使用工況溫度合理考慮其抗氧化性能，在設(shè)備運(yùn)行期間做好油品酸值周期性檢測(cè)跟蹤工作，并合理控制系統(tǒng)油溫和抗燃液壓油水分含量，以減緩因酸性物質(zhì)引起的設(shè)備磨損和腐蝕，延長(zhǎng)油品使用壽命。