揭斌華，吳曉濤，林國就，王鵬，王雪梅

(1.中國石化潤滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525011;2.茂名市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所，廣東 茂名 525000)

0 引言

近年來，隨著環(huán)保形勢日益嚴峻，傳統(tǒng)的燃煤、燃油、燃生物質(zhì)鍋爐導(dǎo)熱油鍋爐因尾氣排放等問題關(guān)?；蛘亩鴾p少。電加熱導(dǎo)熱油具有設(shè)備簡單、投資少，無需在相關(guān)監(jiān)管部門報備等特點，迅速得到廣泛應(yīng)用[1]。

電加熱導(dǎo)熱油系統(tǒng)存在眾多隱患，易引發(fā)火災(zāi)等安全事故：1)系統(tǒng)安裝不合理，高位槽大小、高度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致高溫導(dǎo)熱油長期與空氣接觸，加速導(dǎo)熱油的氧化、結(jié)焦等；2)使用過程中，容易發(fā)生系統(tǒng)泄露、噴油、冒白煙等現(xiàn)象；3)系統(tǒng)設(shè)計不合理，導(dǎo)熱油流速小，存在加熱盲區(qū)，造成導(dǎo)熱油受熱不均勻、局部過熱；4)電加熱系統(tǒng)單位能量高，電加熱絲表面溫度遠遠超過導(dǎo)熱油的最高允許油膜溫度，因超溫使用而加速導(dǎo)熱油的裂解、失效等[2]。因此，電加熱導(dǎo)熱油系統(tǒng)苛刻的工況對導(dǎo)熱油的熱氧化安定性、熱穩(wěn)定性、閃點、自燃點、餾程等性能提出了更高的要求，尤其是導(dǎo)熱油應(yīng)具有優(yōu)異的高溫?zé)嵫趸捕ㄐ?，抑制高溫氧化，減緩結(jié)焦，延長使用壽命。

本文通過熱穩(wěn)定性、熱氧化安定性等試驗評定對基礎(chǔ)油、添加劑進行篩選，旨在開發(fā)一款高溫?zé)嵫趸捕ㄐ阅軆?yōu)異的電加熱專用導(dǎo)熱油，并與參比油開展理化性能、應(yīng)用跟蹤對比，實現(xiàn)電加熱導(dǎo)熱油系統(tǒng)的安全可靠、長期高效運行。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

本實驗所需的實驗原料見表1所示。

1.2 實驗儀器

本實驗所需的實驗儀器見表2所示。

表2 主要所需實驗儀器

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 基礎(chǔ)油的確定

分別對Ⅰ基礎(chǔ)油、Ⅱ基礎(chǔ)油的黏度、傾點、密度等理化性質(zhì)進行分析，并與參比油進行對比，對比結(jié)果見表3所示。

表3 基礎(chǔ)油的主要理化性質(zhì)

從表3來看，Ⅰ基礎(chǔ)油和Ⅱ基礎(chǔ)油均滿足GB 23971-2009《有機熱載體》[3]產(chǎn)品理化指標(biāo)要求，但與參比油相比較，Ⅱ基礎(chǔ)油初餾點高、閃點高、安全性能更優(yōu)越，更適用于電加熱系統(tǒng)，且具有以下優(yōu)勢：

(1)硫含量低，顏色淡、無臭、無刺激性氣味，滿足綠色環(huán)保產(chǎn)品要求，保障使用者的健康與安全。

(2)2%初餾點高，閃點高，在使用過程中可減少油品揮發(fā)消耗、不易發(fā)生冒煙等。

(3)自燃點高，安全性能更優(yōu)異。

2.2 熱氧化安定性試驗

按照GB/T 23971-2009附錄C的要求，通過考察抗氧劑、分散劑、清凈劑對Ⅱ基礎(chǔ)油熱氧化安定性能的影響，確定最佳的配方，并與參比油進行對比。

2.2.1 不同抗氧劑對導(dǎo)熱油熱氧化安定性的影響

抗氧劑按照作用機理和使用溫度的不同而有不同的選擇。由于電加熱導(dǎo)熱油系統(tǒng)使用溫度往往超過150 ℃，對抗氧劑提出非常高的要求，因此，分別在Ⅱ加氫基礎(chǔ)油中，加入0.2%分散劑B、0.2%清凈劑C，分別加入0.6%的A(胺型抗氧劑)、E(胺型抗氧劑)、F(胺型抗氧劑)、G(酚型抗氧劑)、H(酚型抗氧劑)，考察不同類型的抗氧劑對熱氧化安定性的影響。結(jié)果見表4。

表4 抗氧劑對熱氧化安定性的影響

從表4來看，不同類型的抗氧劑對熱氧化安定性的影響差異較大，而胺型抗氧劑的抗氧化性能優(yōu)于酚型抗氧劑，這是由于試驗溫度為175 ℃，而酚型抗氧劑超過90 ℃時容易分解。同時，A抗氧劑與Ⅱ基礎(chǔ)油的配伍性最佳，酸值增加、黏度增長、沉渣最小。

2.2.2 利用正交分析確定最佳導(dǎo)熱油配方

(1)確定因素波動范圍

抗氧劑A加入量：0.3%～0.9%。

分散劑B加入量：0.1%～0.3%。

清凈劑C加入量：0%～0.2%。

(2)確定考察指標(biāo)

考察添加劑對基礎(chǔ)油熱氧化安定性的影響，即酸值增加、黏度增長、沉渣的變化情況。

(3)確定因素水平(見表5)

表5 因素水平

(4)選定正交表進行表頭設(shè)計

從因素水平表來看，為3因素3水平，選用L9(34)正交表，結(jié)果見表6～表8。

表6 酸值增加因素水平表的設(shè)計

表7 黏度增長因素水平表的設(shè)計

表8 沉渣因素水平表的設(shè)計

從表6酸值增加的正交分析來看，因素主次順序為A>C>B，最佳方案為A2B3C3，而正交試驗的最佳方案為A2B2C3。

從表7黏度增長的正交分析來看，因素主次順序為A>C>B，與正交試驗的最佳方案均為A2B2C3。

從表8沉渣的正交分析來看，因素主次順序為A>B>C，最佳方案為A2B3C3，而正交試驗的最佳方案為A2B2C3。

(5)驗證試驗

為了與正交試驗選出的最佳方案進行對比，用A2B3C3方案和A2B2C3方案各做一次驗證性試驗，試驗結(jié)果見表9。

表9 驗證性試驗結(jié)果

從表9來看，A2B3C3方案和A2B2C3方案中的酸值增加與沉渣相差不大，而黏度增長A2B2C3方案優(yōu)于A2B3C3方案，同時考慮到添加劑的成本，因此，確定最佳方案為A2B2C3方案，即以Ⅱ基礎(chǔ)油為原料，加入0.6%抗氧劑A、0.2%分散劑B、0.2%清凈劑C制得電加熱專用導(dǎo)熱油。

2.2.3 與參比油的對比

在相同的氧化試驗條件下，所研制的電加熱專用導(dǎo)熱油的熱氧化安定性能與參比油的對比情況見表10。

表10 熱氧化安定性能對比

從表10來看，研制油與參比油的熱氧化安定性能均滿足GB 23971-2009的指標(biāo)要求，但研制油的熱氧化安定性數(shù)據(jù)全面優(yōu)于參比油。這是由于Ⅱ基礎(chǔ)油是由加氫異構(gòu)工藝制得，其中鏈狀烴、飽和烴含量高，而參比油為普通加氫精制基礎(chǔ)油，其含有部分環(huán)烴組分，環(huán)烴在高溫下氧化形成大分子的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，從而對沉渣、黏度造成影響[4]。

2.3 熱穩(wěn)定性試驗

根據(jù)GB/T 23800-2009的要求，將一定量的電加熱專用導(dǎo)熱油、參比油分別盛入玻璃安瓶中，在300 ℃溫度下試驗720 h。試驗結(jié)束后，觀察油品外觀，并對試驗前后的低沸物、高沸物、變質(zhì)率進行分析，分析結(jié)果見表11。

表11 熱穩(wěn)定性試驗 %

從表11來看，電加熱專用導(dǎo)熱油的外觀、低沸物、高沸物、變質(zhì)率均優(yōu)于參比油，且數(shù)值遠低于GB 23971-2009的指標(biāo)要求，說明電加熱專用導(dǎo)熱油抗高溫安定性更優(yōu)異，在試驗溫度下不易發(fā)生裂解反應(yīng)和縮合反應(yīng)[5]。

2.4 實際應(yīng)用情況

某塑膠公司兩套75 kW電加熱導(dǎo)熱油系統(tǒng)，于2019年4月分別使用700 kg開發(fā)的電加熱專用導(dǎo)熱油、參比油導(dǎo)熱油，使用溫度為220 ℃。使用半年后，分別對在用油主要理化性能指標(biāo)進行分析，并與GB 24747-2009《有機熱載體安全技術(shù)條件》[6]在用導(dǎo)熱油的質(zhì)量指標(biāo)要求進行對比，分析數(shù)據(jù)見表12。

表12 在用導(dǎo)熱油的分析數(shù)據(jù)

從表12的分析數(shù)據(jù)來看，使用半年的電加熱專用導(dǎo)熱油的運動黏度、閉口閃點、殘?zhí)俊⑺嶂抵笜?biāo)均滿足GB 24747-2009《有機熱載體安全技術(shù)條件》的允許使用質(zhì)量指標(biāo)，遠低于停止使用質(zhì)量指標(biāo)，且明顯優(yōu)于參比油。同時，使用后電加熱絲表面光滑，未出現(xiàn)附著現(xiàn)象，說明電加熱專用導(dǎo)熱油抗高溫氧化性能優(yōu)異，具有突出的沉渣控制能力，使用過程中酸值、殘?zhí)枯^小，可減緩沉渣物質(zhì)對用熱設(shè)備、管道及過濾器等的影響，延長導(dǎo)熱油及系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命。

3 結(jié)論

(1)Ⅱ類基礎(chǔ)油的黏度、傾點、密度等理化性質(zhì)和熱氧化安定性、熱穩(wěn)定性等均滿足GB 23971-2009 L-QB300導(dǎo)熱油的指標(biāo)要求，是電加熱專用導(dǎo)熱油適宜的原料。

(2)通過正交試驗對添加劑進行篩選，確定電加熱專用導(dǎo)熱油最佳配方為：0.6%抗氧劑A1、0.2%分散劑B、0.2%清凈劑C。

(3)以Ⅱ基礎(chǔ)油為原料的電加熱專用導(dǎo)熱油熱氧化安定性、熱穩(wěn)定性能優(yōu)異，在相同試驗條件下，指標(biāo)均優(yōu)于參比油。

(4)電加熱專用導(dǎo)熱油在實際電加熱系統(tǒng)安全使用半年，其抗高溫氧化性能優(yōu)異，酸值、殘?zhí)枯^小，滿足電加熱系統(tǒng)安全運行要求，得到客戶的認可。