不同生產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，隨著煉化企業裝置改造升級工作的推進，采用加氫工藝生產軍用柴油成為主流工藝路徑，加氫工藝生產的軍用柴油膠質含量、硫含量低，安定性能優良，與此同時軍用柴油潤滑性能下滑成為軍隊油料部門關注問題。為此駐廠軍代室會同企業相關部門從磨損潤滑機理入手，分析了生產工藝、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行料積極探索。

一、軍用柴油機磨損及潤滑機理

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化合物，多環芳烴、含氧雜質和含氮雜質是有效的抗磨組份。軍用柴油機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的氧化腐蝕、化學腐蝕、粘著、擦傷，其中氧化腐蝕是最主要的形式。從油泵磨損機理來看，軍用柴油必須適用于高溫、高負荷的邊界潤滑（吸附潤滑），即主要依靠軍用柴油的物理和化學吸附膜來潤滑。當前隨著加氫工藝苛刻程度加深，極性雜環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行了比對，對各種工藝所產軍用柴油的潤滑性進行分析，并用質譜法分析了烴類組成與軍柴潤滑性之間的相關性。

（一）不同生產工藝條件比較

按照現有技術標準要求，軍柴生產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-10號軍用柴油。直餾電精制工藝受實際膠質與硫含量這對矛盾指標限制，對原油依賴性強，要求原油相應組份的實沸點數據與產品盡量接近，含硫不能過高，一般要求在0.4%-0.5%左右，產品膠質在6-8mg/L左右，硫含量在0.15%(m/m)左右，質量控制難度大。直餾淺度加氫工藝采取氣、液兩相混合反應，采用氮氣汽提工藝，反應溫度295℃，反應壓力2.5MPa，氫油比550，受原油性質影響較小，產品實際膠質可以控制在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，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，反應溫度315℃，反應壓力6MPa，溶氫率0.8%(m/m)，反應條件比淺度加氫工藝苛刻，產品實際膠質可以控制在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方法尚未形成標準，因此我們等效采用《車用柴油》GB（19147—2016）標準要求，使用HFRR型柴油潤滑性測定儀，對不同工藝生產、未加抗磨劑的軍用柴油潤滑性進行分析后發現：直餾電精制工藝生產的軍用柴油磨痕直徑平均值在440um左右（車柴標準為不大于460um），潤滑性較好。淺度加氫工藝生產的軍用柴油磨痕直徑平均值在580um左右，潤滑性已經達不到要求。深度加氫工藝生產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性

利用統計曲線，我們對14批軍用柴油理化指標進行潤滑性回歸分析發現：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。使用質譜法(SH／T06O6)對軍用柴油的組成進行測定時，我們發現潤滑性高的柴油，其一、二環烷烴、烷基苯、總雙環芳烴含量與燃油潤滑性呈正相關關系；鏈烷烴與柴油的潤滑沒有關聯性，而含硫雜質不但不抗磨，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。

三、改善軍用柴油潤滑性的幾點建議

（一）控制生產改善潤滑性指標

根據理論分析，在保證其他理化指標富余的前提下，通過對加氫原料、精制深度的控制，確保軍用柴油中雜環極性分子的含量，可以使其潤滑性指標能夠控制在一個比較好的程度。實際生產中，我們一是要求企業對常減壓餾出口進行控制，增大抽出率，適當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、酸度等指標的前提下，適當調整工藝卡片上的條件，加大換熱器工作效率將反應爐入口溫度降低20度，調整反應壓力降低至4.4 MPa，此條件下生產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

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生明顯變化（實驗數據見下表），并隨著不同階段呈現不同效果。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線性相關關系，當磨痕直徑下降至550um時，再加入同等劑量抗磨劑，磨痕直徑呈指數下降，待當磨痕直徑下降至450um時，抗磨劑對磨痕直徑的改善作用又明顯減弱。通過摸索，當抗磨劑加入量為200mg/L時，磨痕直徑可以下降約200um，當抗磨劑加入量為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，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580 620 440加入量202 250 202 250 202 250加入后潤滑性指標403 391 453 436 389 350質量要求w≯460um

（三）制定標準規范潤滑性管理

現行軍柴質量標準1997年制定頒發時，受限于對潤滑性問題的認識，沒有對潤滑性指標做出要求。之后相當一段時間里，原油性質穩定、大多采用直餾工藝生產，軍柴潤滑性有保證。近年來隨著原油劣質化的趨勢，采用直餾工藝已經無法生產合格軍柴，大多數廠家采用加氫工藝路徑，潤滑性問題在使用環節開始顯現出來，然而標準卻未能及時修訂，石化企業比照車柴標準采用加注抗磨劑改善軍柴潤滑性指標的做法也沒有文件依據，部分企業軍柴生產陷入停滯，這給當前軍柴供應保障工作帶來沖擊。基于此，建議主管部門盡早以文件或標準形式對潤滑性理化指標和試驗方法進行明確，以方便工作開展。