楊海冰 孫莎莎

1 中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司西北分公司陜西銷售中心

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氣柜是冶金焦化、煉鐵等工段進(jìn)行生產(chǎn)重要的一環(huán)，儲(chǔ)存焦?fàn)t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(yīng)，但由于儲(chǔ)存氣體的特殊性，易引發(fā)安全事故，因此，干式氣柜的密封和安全更加成為冶金企業(yè)生產(chǎn)的重要一環(huán)。本文針對(duì)焦?fàn)t煤氣柜由于氣源不穩(wěn)定在使用過(guò)程中氣柜密封油性能下降的原因進(jìn)行分析，采取了有效的油品性能改善應(yīng)對(duì)措施，取得了良好效果。

氣柜特點(diǎn)及要求

氣柜的作用主要是儲(chǔ)存煤氣和其他混合氣，調(diào)節(jié)煤氣高低不均勻的供氣負(fù)荷。冶金行業(yè)的儲(chǔ)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(rùn)滑油密封，是冶金行業(yè)應(yīng)用廣泛的一種儲(chǔ)存和輸送焦?fàn)t煤氣的設(shè)備。焦?fàn)t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?fàn)t煤氣柜的密封更應(yīng)該受到重視。

焦?fàn)t氣特點(diǎn)及對(duì)氣柜密封油性能的影響

焦?fàn)t煤氣是冶金企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的副產(chǎn)品，同時(shí)作為可燃性氣體可以為煉鐵、煉鋼提供原料。焦?fàn)t煤氣是由混合煤制成煉焦用煤后經(jīng)過(guò)高溫干餾，產(chǎn)出焦炭和焦油的同時(shí)產(chǎn)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?dú)獾冉M成，除此之外還包含H2S、氰化氫、氨、焦油及萘等雜質(zhì)。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?dú)鉃椴豢扇冀M分。焦?fàn)t煤氣組成成分見表1。

由于焦?fàn)t煤氣中摻雜輕餾分進(jìn)入氣柜后，溶入密封油中會(huì)導(dǎo)致黏度和閃點(diǎn)等技術(shù)指標(biāo)的下降，降低氣柜的安全性，氣柜密封油對(duì)氣柜的密封作用是至關(guān)重要的。油品的運(yùn)動(dòng)黏度直接影響氣柜的密封效果，氣柜密封油的閃點(diǎn)從側(cè)面可以反映出氣柜密封油中輕組分的含量。下面將對(duì)輕組分對(duì)氣柜密封油性能的影響進(jìn)行介紹：

表1 焦?fàn)t煤氣組成成分

萘的影響

煤氣采用橫管間冷工藝?yán)淠鋮s過(guò)程，除萘效果明顯，如果煤氣溫度冷卻至20～22 ℃時(shí)，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(jìn)行冷卻，除萘效果較差，會(huì)殘留較多萘，萘通過(guò)煤氣進(jìn)入氣柜后與密封油充分混合并溶于密封油后，可以直接導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)黏度降低。

苯的影響

焦?fàn)t煤氣中的苯通常用洗油進(jìn)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(fèi)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(jìn)入氣柜的煤氣中苯含量較大，對(duì)密封油的影響與萘相似，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)黏度短時(shí)間大幅度持續(xù)下降，同時(shí)閃點(diǎn)降低。

H2S等的影響

大型冶金企業(yè)一般設(shè)有脫硫脫氰裝置，保證產(chǎn)出的煤氣中H2S、氰化氫滿足國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。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(dāng)，可以將H2S 氣體降低至 200～500 mg/m3。但如果方法選取不當(dāng)，使焦?fàn)t煤氣中的H2S、氰化氫氣體含量較高，經(jīng)過(guò)煤氣到氣柜中與密封油接觸，會(huì)造成密封油酸值的提升，從而腐蝕鋼結(jié)構(gòu)，影響液相銹蝕的檢測(cè)結(jié)果。

焦?fàn)t氣柜密封油在某冶金企業(yè)的使用效果及改善

運(yùn)行油檢測(cè)

焦?fàn)t煤氣柜在冶金企業(yè)能源動(dòng)力、煉鋼、煉鐵、冬季供暖等環(huán)節(jié)使用中異常重要。2017年10月，對(duì)北方某大型冶金企業(yè)動(dòng)力廠5萬(wàn)m3焦?fàn)t煤氣柜進(jìn)行80余噸的裝機(jī)換油，氣柜設(shè)計(jì)方要求采用長(zhǎng)城1號(hào)低凝氣柜密封油進(jìn)行氣柜的密封（遵照標(biāo)準(zhǔn)為Q/SH 3031 0364），經(jīng)過(guò)半年多的運(yùn)行后，季度油品檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)：油品運(yùn)動(dòng)黏度及破乳化性產(chǎn)生變化，運(yùn)動(dòng)黏度降低14%，破乳化性超出技術(shù)指標(biāo)要求，閃點(diǎn)大幅度下降，液相銹蝕從無(wú)銹變化為重銹。新油和運(yùn)行3個(gè)月后柜內(nèi)取樣在用油品檢測(cè)結(jié)果見表2。

從表2可以看出，運(yùn)行油運(yùn)動(dòng)黏度大幅下降，破乳化性能、液相銹蝕等超出技術(shù)要求，閃點(diǎn)急劇下降。通過(guò)閃點(diǎn)從215 ℃下降到178 ℃可知，氣柜密封油中混入了輕組分。在水分沒(méi)有明顯變化的條件下，液相銹蝕從無(wú)銹轉(zhuǎn)變?yōu)橹劁P，推斷其氣源中含有大量H2S成分。綜合各項(xiàng)指標(biāo)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(diǎn)等性能急劇變化，從用戶得知由于近期工藝改造導(dǎo)致焦?fàn)t煤氣供應(yīng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致氣柜密封油短時(shí)間內(nèi)性能下降。與用戶針對(duì)氣源進(jìn)行進(jìn)一步溝通后，決定添加一套煤氣凈化及脫硫脫硝裝置，對(duì)生產(chǎn)出的焦?fàn)t煤氣進(jìn)行凈化，去除輕組分及含硫氣體，減少氣體對(duì)氣柜密封油的污染，同時(shí)要求對(duì)氣柜中潤(rùn)滑油提供改善方案。

密封油使用效果的改善

在針對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行交流后，由于焦?fàn)t煤氣柜中氣體不同于高爐煤氣，焦?fàn)t氣柜密封油使用過(guò)程中運(yùn)動(dòng)黏度的隨使用時(shí)間而降低，因此，主要針對(duì)破乳化性、閃點(diǎn)、液相銹蝕這幾項(xiàng)劣化嚴(yán)重的指標(biāo)進(jìn)行改善，并定制了改善方案，于2018年10月在油泵站對(duì)油品進(jìn)行補(bǔ)加，通過(guò)30天的循環(huán)，對(duì)油品進(jìn)行了改善后的檢測(cè)。改善前后油品取樣檢測(cè)結(jié)果見表3。

表2 運(yùn)行油檢測(cè)結(jié)果

表3 改善前后取樣檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

油中水變化

水分表示的是氣柜密封油中含水量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，水分含量過(guò)高會(huì)加大冬季使用過(guò)程中氣柜內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)冰后將導(dǎo)致活塞出現(xiàn)卡頓，難以正常移動(dòng)，從而柜體向一個(gè)方向傾斜，焦?fàn)t煤氣泄漏，導(dǎo)致安全事故。

由于氣柜密封油是一個(gè)循環(huán)過(guò)程，在使用中有泵站進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、不間斷的油水分離過(guò)程，試驗(yàn)室條件的30 min 破乳化性指標(biāo)需要結(jié)合油中含水量共同進(jìn)行衡量。雖然在加入改善劑后，抗乳化性檢測(cè)結(jié)果均為＞30 min，但密封油中水分在改善前檢測(cè)的分析結(jié)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(guò)高造成冬季氣柜內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象而導(dǎo)致安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。水油分離是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，靜置時(shí)間越長(zhǎng)，油水分離效果越明顯，氣柜內(nèi)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(jié)果從重銹提升至無(wú)銹，氣柜密封油防銹性能得到明顯改善，能夠?qū)夤窠饘俨考鸬胶芎玫姆栏g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(duì)銹蝕的不利影響；硫元素是外來(lái)元素，通過(guò)硫化物等其他形式隨煤氣進(jìn)入氣柜并溶入潤(rùn)滑油中，易造成液相銹蝕指標(biāo)變差，造成對(duì)金屬的腐蝕。

閃點(diǎn)變化

在用密封油改善前閃點(diǎn)降低至180 ℃以下，影響到氣柜的使用安全，加入改善劑后，閃點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果從172 ℃提升至200 ℃。通過(guò)提高氣柜入口溫度和對(duì)氣柜密封油加熱的方式對(duì)整體進(jìn)行升溫，將輕組分進(jìn)一步排除。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)氣柜密封油的性能監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，可以找出導(dǎo)致密封油短期劣化的原因。主要變化因素來(lái)自氣源的惡化，尤其是輕組分和含S、N氧化物的混入，將導(dǎo)致氣柜密封油運(yùn)動(dòng)黏度、閃點(diǎn)的迅速惡化及液相銹蝕的惡化。針對(duì)氣源變化，采取了增加焦?fàn)t煤氣凈化設(shè)施及改善油品性能指標(biāo)等應(yīng)對(duì)措施，保障密封油的技術(shù)指標(biāo)，從而增強(qiáng)氣柜密封性能，可以提升生產(chǎn)過(guò)程中的安全性，延長(zhǎng)氣柜密封油的使用時(shí)間，得到客戶的認(rèn)可。