氣柜密封油在冶金企業焦爐干式氣柜的使用

楊海冰 孫莎莎

1 中國石化潤滑油有限公司西北分公司陜西銷售中心

2 中國石化潤滑油有限公司華北分公司華北技術支持中心

氣柜是冶金焦化、煉鐵等工段進行生產重要的一環，儲存焦爐煤氣、高爐煤氣等有毒易爆性氣體，平衡氣體壓力，保障氣體供應，但由于儲存氣體的特殊性，易引發安全事故，因此，干式氣柜的密封和安全更加成為冶金企業生產的重要一環。本文針對焦爐煤氣柜由于氣源不穩定在使用過程中氣柜密封油性能下降的原因進行分析，采取了有效的油品性能改善應對措施，取得了良好效果。

氣柜特點及要求

氣柜的作用主要是儲存煤氣和其他混合氣，調節煤氣高低不均勻的供氣負荷。冶金行業的儲氣柜按照密封方式分為濕式柜和干式柜兩種。干式柜中大部分采用潤滑油密封，是冶金行業應用廣泛的一種儲存和輸送焦爐煤氣的設備。焦爐煤氣為有毒且易爆性氣體，空氣中的爆炸極限為6%～30%，一旦泄漏極易引起安全事故，因此焦爐煤氣柜的密封更應該受到重視。

焦爐氣特點及對氣柜密封油性能的影響

焦爐煤氣是冶金企業生產過程的副產品，同時作為可燃性氣體可以為煉鐵、煉鋼提供原料。焦爐煤氣是由混合煤制成煉焦用煤后經過高溫干餾，產出焦炭和焦油的同時產生的氣體，其組成氣體的成分因原料煤的不同有所差別，但基本成分為氫氣、甲烷、一氧化碳、C2以上不飽和烴、二氧化碳、氧氣、氮氣等組成，除此之外還包含H2S、氰化氫、氨、焦油及萘等雜質。氫氣、甲烷、一氧化碳、C2以上不飽和烴為可燃成分，二氧化碳、氧氣、氮氣為不可燃組分。焦爐煤氣組成成分見表1。

由于焦爐煤氣中摻雜輕餾分進入氣柜后，溶入密封油中會導致黏度和閃點等技術指標的下降，降低氣柜的安全性，氣柜密封油對氣柜的密封作用是至關重要的。油品的運動黏度直接影響氣柜的密封效果，氣柜密封油的閃點從側面可以反映出氣柜密封油中輕組分的含量。下面將對輕組分對氣柜密封油性能的影響進行介紹：

表1 焦爐煤氣組成成分

萘的影響

煤氣采用橫管間冷工藝冷凝冷卻過程，除萘效果明顯，如果煤氣溫度冷卻至20～22 ℃時，煤氣出口含萘量可降低至0.5 g/m3。如果使用先間冷后直冷的工藝進行冷卻，除萘效果較差，會殘留較多萘，萘通過煤氣進入氣柜后與密封油充分混合并溶于密封油后，可以直接導致運動黏度降低。

苯的影響

焦爐煤氣中的苯通常用洗油進行脫除，洗苯工序前需將煤氣溫度降低至所需溫度。冷卻工藝分為間冷和直冷。間冷工藝的費用較低，一般采取這種方式，但是凈化效果較差，一般可以將苯降低至2～4 g/m3。如果進入氣柜的煤氣中苯含量較大，對密封油的影響與萘相似，導致運動黏度短時間大幅度持續下降，同時閃點降低。

H2S等的影響

大型冶金企業一般設有脫硫脫氰裝置，保證產出的煤氣中H2S、氰化氫滿足國家環保標準。常見的脫硫方法有AS法、真空碳酸鹽法、乙醇胺法等吸收式脫硫方式，或采用HPF、FRC、ADA等氧化法脫硫工藝。如果方法選取得當，可以將H2S 氣體降低至 200～500 mg/m3。但如果方法選取不當，使焦爐煤氣中的H2S、氰化氫氣體含量較高，經過煤氣到氣柜中與密封油接觸，會造成密封油酸值的提升，從而腐蝕鋼結構，影響液相銹蝕的檢測結果。

焦爐氣柜密封油在某冶金企業的使用效果及改善

運行油檢測

焦爐煤氣柜在冶金企業能源動力、煉鋼、煉鐵、冬季供暖等環節使用中異常重要。2017年10月，對北方某大型冶金企業動力廠5萬m3焦爐煤氣柜進行80余噸的裝機換油，氣柜設計方要求采用長城1號低凝氣柜密封油進行氣柜的密封（遵照標準為Q/SH 3031 0364），經過半年多的運行后，季度油品檢測中發現：油品運動黏度及破乳化性產生變化，運動黏度降低14%，破乳化性超出技術指標要求，閃點大幅度下降，液相銹蝕從無銹變化為重銹。新油和運行3個月后柜內取樣在用油品檢測結果見表2。

從表2可以看出，運行油運動黏度大幅下降，破乳化性能、液相銹蝕等超出技術要求，閃點急劇下降。通過閃點從215 ℃下降到178 ℃可知，氣柜密封油中混入了輕組分。在水分沒有明顯變化的條件下，液相銹蝕從無銹轉變為重銹，推斷其氣源中含有大量H2S成分。綜合各項指標的變化，可以推斷是由于氣源中輕組分含量較多造成密封油黏度、閃點等性能急劇變化，從用戶得知由于近期工藝改造導致焦爐煤氣供應不穩定，導致氣柜密封油短時間內性能下降。與用戶針對氣源進行進一步溝通后，決定添加一套煤氣凈化及脫硫脫硝裝置，對生產出的焦爐煤氣進行凈化，去除輕組分及含硫氣體，減少氣體對氣柜密封油的污染，同時要求對氣柜中潤滑油提供改善方案。

密封油使用效果的改善

在針對分析結果進行交流后，由于焦爐煤氣柜中氣體不同于高爐煤氣，焦爐氣柜密封油使用過程中運動黏度的隨使用時間而降低，因此，主要針對破乳化性、閃點、液相銹蝕這幾項劣化嚴重的指標進行改善，并定制了改善方案，于2018年10月在油泵站對油品進行補加，通過30天的循環，對油品進行了改善后的檢測。改善前后油品取樣檢測結果見表3。

表2 運行油檢測結果

表3 改善前后取樣檢測結果對比

油中水變化

水分表示的是氣柜密封油中含水量的質量分數，水分含量過高會加大冬季使用過程中氣柜內壁出現結冰現象的風險，結冰后將導致活塞出現卡頓，難以正常移動，從而柜體向一個方向傾斜，焦爐煤氣泄漏，導致安全事故。

由于氣柜密封油是一個循環過程，在使用中有泵站進行長時間、不間斷的油水分離過程，試驗室條件的30 min 破乳化性指標需要結合油中含水量共同進行衡量。雖然在加入改善劑后，抗乳化性檢測結果均為＞30 min，但密封油中水分在改善前檢測的分析結果為0.35 mg/kg，改善后密封油中的水含量降低至0.09 mg/kg。油中水的含量在加入改善劑后大幅降低，減小了由于密封油中水分含量過高造成冬季氣柜內壁出現結冰現象而導致安全事故的風險。水油分離是一個長期的過程，靜置時間越長，油水分離效果越明顯，氣柜內溫度的提升也利于水油的分離。

液相銹蝕變化

加入改善劑后，液相銹蝕分析結果從重銹提升至無銹，氣柜密封油防銹性能得到明顯改善，能夠對氣柜金屬部件起到很好的防腐蝕作用。造成銹蝕的主要原因是水分和硫元素，水分在加入改善劑后得到大大降低，減小了水分對銹蝕的不利影響；硫元素是外來元素，通過硫化物等其他形式隨煤氣進入氣柜并溶入潤滑油中，易造成液相銹蝕指標變差，造成對金屬的腐蝕。

閃點變化

在用密封油改善前閃點降低至180 ℃以下，影響到氣柜的使用安全，加入改善劑后，閃點檢測結果從172 ℃提升至200 ℃。通過提高氣柜入口溫度和對氣柜密封油加熱的方式對整體進行升溫，將輕組分進一步排除。

結束語

通過對氣柜密封油的性能監測結果進行分析，可以找出導致密封油短期劣化的原因。主要變化因素來自氣源的惡化，尤其是輕組分和含S、N氧化物的混入，將導致氣柜密封油運動黏度、閃點的迅速惡化及液相銹蝕的惡化。針對氣源變化，采取了增加焦爐煤氣凈化設施及改善油品性能指標等應對措施，保障密封油的技術指標，從而增強氣柜密封性能，可以提升生產過程中的安全性，延長氣柜密封油的使用時間，得到客戶的認可。