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影响汽轮机油抗乳化性能的原因探讨
李会云
（中国石化润滑油郑州分公司，河南，郑州450001）
摘要：抗乳化性能是汽轮机油的一项重要指标。在生产过程中, 影响其抗乳化性能的因素有多种，从基础油、抗乳化剂、复合剂、管线残留、包装物等方面进行分析，通过分析发现，基础油产地、抗乳化剂加量、复合剂及储存周期、管线残留、包装物对汽轮机油抗乳化性能有一定影响，通过控制配方小样验证、调和釜及管线冲洗和包装物验收，可以保证汽轮机油调和和灌装一次合格率。

关键词：汽轮机油；抗乳化；探讨
0 前言
近年来，随着汽轮技术的发展，要求汽轮机油不但具有更好的氧化安定性、更小的油泥生成趋势、更高的清洁度、更好的过滤性和空气释放性，还要具有更高分水性来满足大型机组的润滑要求[1]。
抗乳化性是客户关注并且容易检测的指标，也是衡量汽轮机油的一项重要指标，因蒸汽轮机运转过程中，蒸汽和水会不可避免地从轴封或冷油器等部位漏进汽轮机油中，若抗乳化性能不好，不但严重影响汽轮机油的使用寿命，造成润滑能力下降，还会造成轴承、轴颈和泵的过度磨损。
1 原因分析
1.1 基础油与添加剂的配伍性
基础油在汽轮机油配方中的比例占99%以上，基础油质量的优劣直接决定汽轮机油的产品质量，由于基础油产地不同及在运输、储存过程中受污染等因素，均会对基础油的抗乳化性能产生一定的影响，因此，要调和优质的汽轮机油，控制基础油的质量尤为关键。
中国石化润滑油郑州分公司未靠近炼厂，接收的基础油资源为中国石化内部配置的基础油和部分外采基础油。就L-TSA46汽轮机油而言，使用不同产地的基础油对成品的抗乳化影响详见表1。
表1：不同产地基础油对成品抗乳化的影响
项目 Ⅱ10 HVI150 HVI 150 产地 TSA 46空白 L-TSA 46成品
抗乳化值 4 3.0 中石油 3.0 12.1
抗乳化值 4 1.2 上海 1.4 7.9
抗乳化值 4 1.9 燕化 1.4 12.5
从表1可以看出，因HVI150的产地不同，相同配方，基础油抗乳化差别不大，但成品抗乳化结果差别比较大，要满足GB 11120-2011规定的抗乳化“不大于15min”规定，生产前对基础油进行调样验证，小样抗乳化指标控制在10min内才能确保一次调和合格率，降低调和成本。
1.2 抗乳化剂量的影响
因汽轮机油复合剂含有防锈剂等一些极性物质，容易与水结合，造成汽轮机油的抗乳化性能更差，为了改善抗乳化性，必须加入表面活性物质抗乳化剂来提高抗乳化性。但对抗乳化剂的量要进行控制，因为抗乳化剂加入量达到一定比例时，嵌入油-水界面膜的破乳剂分子已经接近饱和，继续提高抗乳化剂添加量，不但会导致油品的抗乳化性下降，还会造成抗乳化剂的聚集[2]。根据试验结果，抗乳化剂的添加剂不大于0.015%（质量分数），在实际的生产中，根据基础油的质量状况，进行抗乳化剂的微调，抗乳化剂的加入量控制在0.01-0.015%为最佳比例，结果见表2：
表2：不同比例抗乳化剂对抗乳化的影响
项目 配方1 配方2 配方3 配方4 配方五
HVI150，% 49.245 49.24 49.237 49.235 49.23
HVI350 ，% 余量 余量 余量 余量 余量
复合剂，% 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
降凝剂，% 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
复合抗泡剂，% 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
抗乳化剂，% 0.005 0.01 0.013 0.015 0.02
抗乳化值（40-37 13.5 10.3 7.5 6.9 14.8
-3ml,54℃）/min
1.3 复合剂的影响
1.3.1复合剂的选用
因汽轮技术的发展，对汽轮机油提出新的要求，目前汽轮机油的核心技术由添加剂公司掌握，不同厂家复合剂与基础油配伍性的差异，造成抗乳化结果差别也比较大，目前中国石化润滑油郑州分公司共使用两种不同厂家的汽轮机油复合剂，在HVI150中加入推荐剂量，对抗乳化性能的影响见表3：
表3：不同复合剂对基础油的影响
项目 样品1 样品2 样品3 样品4 样品5 样品6
复合剂1 4.2 5.3 5.4 5.2 -- --
复合剂2 16.1 16.3 16.5 15.5 18.5 18.2
从表3可以看出，复合剂1的抗乳化性能较好，在实际的生产中，复合剂1的小样结果均能控制在8min内，而复合剂2在生产中必须与抗乳化剂复配使用，才能满足GB 11120-2011对抗乳化的要求。
1.3.2 复合剂储存周期的影响
目前汽轮机油复合剂均为进口复合剂，到货周期长，而汽轮机油的用户为电厂，供货周期比较短，润滑油生产厂家受利润和经济的影响要合理控制库存，添加剂代理商为了满足润滑油生产厂家的要求，添加剂均会提前到港，造成添加剂在代理商处的存储周期不能确定。而汽轮机油复合剂含有一些极性物质，在储存一定时间后，对基础油的感受性差，造成抗乳化不合格，另外可能会出现沉淀，并且随着时间的增加，沉淀量明显增加。具体见表4：
表4：复合剂储存周期对抗乳化性能的影响
项目 抗乳化入厂验收 储存半年后
样品1 5.4 6
样品2 5.2 16
注：在HVI150中加入推荐剂量，检测抗乳化。
从表4可以看出，同时到厂的不同批次的复合剂，入厂验收抗乳化性能基本一致，储存半年后，样品2的抗乳化性能变差，不能满GB 11120规定的“不大于15min”的要求，所以，在生产中要严格控制添加剂的采购量，避免添加剂积压储存时间过长造成质量问题，最好控制在半年内使用完毕，同时，对储存较长的添加剂在生产前进行再验证，确保产品质量。
1．4生产工艺的影响
调合温度和搅拌时间是润滑油调合生产中的两项重要的工艺参数，是决定基础油与添加剂能否混合均匀的重要指标，也是保证产品最终质量的重要因素，相关的研究及生产工艺也比较稳定，本文主要从生产过程的残留污染进行考察。
液压油复合剂一般主要由防锈剂、抗氧剂、抗磨剂、金属减活剂、抗泡剂等组成，而在这些添加剂中，以防锈剂和抗磨剂对汽轮机油的抗乳化性影响最大。而中国石化润滑油郑州分公司没有专用的汽轮机油调和设备，在汽轮机油调合时，常常与液压油使用同一个调合罐进行调合，由于调合罐和添加剂地槽未清洗干净，有少量液压油的存油，另外，管线中存有未吹扫干净的存油，均会对汽轮机油造成一定程度的污染，如表5所示：
表5 不同比例液压油混合后的油样破乳化检测结果
编号
各油样所占百分比（%）
破乳化
实验结果
（15min）
L-TSA 46
L-HM 46
L-HM 46(无灰)
样品1
99
1
—
30-18-32
样品2
97
3
—
28-3-49
样品3
99
—
1
30-21-29
样品4
97
—
3
3-12-65
注：L-TSA 46汽轮机油的抗乳化为7min；L-HM 46抗磨液压油的抗乳化为9.8min；L-HM 46抗磨液压油（无灰）的抗乳化为14.7min；
从表5可以看出，混入液压油后的汽轮机油抗乳化检测结果明显变差，而且液压油混入比例越大，抗乳化结果就越差。
1.5包装物的影响
汽轮机油是常规工业用油，主要采用200L包装，由于200L钢桶比200L塑桶和磷化桶有一定的成本优势，因此目前润滑油厂家主要采用200L钢桶进行包装生产。钢厂为了防止产品在储存和使用过程中生锈，需要在钢板在生产过程中均喷淋防锈油；桶厂使用前仅采用擦机布进行擦拭，钢板的防锈油是否处置干净及钢板是否有锈等质量缺陷均会影响油品的抗乳化性。针对包装物对抗乳化的影响，使用1L的温度为45-50℃的HVI150，到入208L钢桶中，在地面滚动三周后，油品倒出检测54℃（40-37-3）抗乳化，结果如表6所示。
表6：包装物对抗乳化的影响 单位：min
厂家 编号 1 2 3 4 5 6
甲 2.4 2.3 2.6 2.4 2.3 2.4
乙 ﹥30 ﹥30 17.2 16.8 28.2 27.8
注：HVI150抗乳化为（40-37-3）为1.9min。
从表6可以看出，厂家甲的包装桶对油品的抗乳化有一定影响，但影响不大，厂家乙的包装桶对抗乳化的影响比较大，可能会造成不合格。
2 措施
根据上述试验分析不难发现，影响汽轮机油抗乳化的主要因素为基础油与添加剂的配伍性、抗乳化剂加量、复合剂及储存周期、管线残留及包装物的污染，实际生产控制可从以下方面进行改进：
2.1针对基础油和添加剂
针对不同产地、批次基础油，在生产前对罐内基础油、桶内复合剂进行取样，调样确认，同时根据指标适当调整抗乳化剂的量，小样抗乳化指标控制在“不大于10min”。
2.2针对残留问题：
（1）选用锥体罐作为汽轮机油的调和罐，并采用专用加剂设备进行加剂，增加一条TSA专用灌装管线。
（2）在调和生产前，使用与调和油品相近的基础油对调和罐、泵、过滤器及管线进行满罐冲洗，最大程度的避免其它油品对汽轮机油的污染。冲罐温度的确定如表7所示。
分别采用环境温度和40-50℃温度条件下，同时脉冲搅拌和泵循环搅拌1小时后，将基础油转入其它罐，再输转调和汽轮机油所用的基础油，在50～60℃的温度下，脉冲搅拌0.5小时后，开启泵循环，继续搅拌1小时候，取样检测抗乳化值。以L-TSA46汽轮机油为例， 2007年1月-2013年5月调和前生产统计数据如表7所示。
表7：冲罐油温度对抗乳化的影响
冲洗温度
基础油抗乳化值（40-37-3,54℃）/min
环境温度冲洗
2.4
2.6
1.3
1
1.1
0.8
2.2
环境温度冲洗
15.5
3
6
6.3
5.6
4.1
4.5
环境温度冲洗
4.5
17.5
5
2.9
2.8
3.7

40-50℃冲洗
1.7
2.3
1.4
2.5
2.9
1.4
3.4
40-50℃冲洗
3.5
3
2.5
2.1
2.1
3.8
4.8
40-50℃冲洗
1.8
2.7
4.1
4.8
2
2.9
2.5
40-50℃冲洗
3.5
3
3
7
1.2
3.2

从表7可以看出，使用环境温度基础油冲洗的调和釜，基础油抗乳化中控分析有2批大于15min,4批次大于5min，并且出现汽轮机油不合格，而使用40-50℃基础油冲洗的调和釜，27批数据只有一批大于7min,调和成品未出现过不合格；所以，使用环境温度基础油冲洗的调和釜及管线，在目前的工艺条件下，还是存在质量风险，修改《汽轮机油生产工艺》，将冲罐油温度控制在40～50℃。
（3）因汽轮机油抗乳化指标比较敏感，增加基础油抗乳化中控检测，即使用调和釜内混合基础油调样验证抗乳化，指标满足“不大于10min”后再进行调和，减少一次调和不合格的风险及成本损失。
2.4修改《200L钢桶验收标准》，对生产汽轮机油的产品，包装桶的验收增加抗乳化的检测项目。
根据采用1L基础油 HVI 150倒入单只200L钢桶，滚动三周长距离，倒出后进行抗乳化试验（40-37-3，方法号GB/T7305），与同批次基础油抗乳化结果对比，要求抗乳化时间增加不大于2分钟，并使用验收合格的包装桶灌装成成品，对抗乳化储存稳定性进行考察，具体影响详见下表：
表8：L-TSA 46汽轮机油（B级）抗乳化的储存稳定性
抗乳化 编号 1 2 3 4 5
储存时间
1.5月 7.0 6.2 6.5 6.7 6.0
3个月 5.8 5.7 5.7 6.1 6.7
4个月 5.7 6.1 5.8 6.0 6.1
6个月 5.0 6.5 6.4 6.0 6.4
9个月 5.7 5.8 5.6 5.8 5.2
1年 7.5 8.0 6.5 8.0 7.0
注：单位：min，L-TSA 46汽轮机油（B级）的抗乳化（40-37-3）为6.7min。
从上表可以看出，使用现有原料生产的L-TSA 46汽轮机油（B级），在目前的包装桶清洁的条件下，存放1年后抗乳化性能仍然合格，并且指标稳定。
3结论
（1）基础油对汽轮机油的抗乳化影响较大，调和前根据罐内指标情况，合理选择基础油。
（2）现用配方体系，在实际的生产中，抗乳化剂的加入量控制在0.01-0.015%为最佳比例。
（3）复合剂存储时间较长后，抗乳化性能可能会有所下降，在工业生产中，不但要合理控制添加剂的库存，还要严格执行先入先出，对储存较长的复合剂要重新评定，指标合格后再使用。
（4 ）液压油残留对汽轮机油的抗乳化有一定影响，残留比例越大，影响越大，汽轮机油要采用专用设备生产。
（5）包装物对汽轮机油的抗乳化有一定影响，对抗乳化等指标有特殊要求的油品，可以选择用200升塑料桶、内涂钢桶或磷化钢桶。
参考文献
[1]王辉，吴祖望，汽轮机油的发展趋势[J].润滑油，2005,20（1）：12-16
[2]刘丽华，长寿命汽轮机油生产工艺控制要点探讨[j].润滑油，2010,25（5）：40-43