220號油膜軸承油破乳化性能的優化研究

揭斌華，吳曉濤，謝穎，覃雪梅，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.茂名市質量計量監督檢測所，廣東 茂名 525000;3.廣東石油化工學院，廣東 茂名 525000)

0 引言

近年來，隨著世界冶金工業的迅速發展，高速軋機機組具有機械傳動復雜、結構緊湊、產品精度高、軋制速度快等特點，被廣泛應用于鋼板、棒材、線材生產中[1]。同時，高速軋機通常采用油膜軸承作為支撐，以承受高速大轉矩負荷，油膜軸承作為高速軋機的“心臟”，其潤滑效果的好壞將直接影響整個軋機機組的運行情況[2]。由于油膜軸承在高速重載條件下運行而產生大量的熱，常常需要冷卻水進行冷卻，而在生產過程中，油膜軸承輥箱箱體變形、雙唇密封失效、密封橡膠圈破壞、保持架變形等原因，致使冷卻水不可避免地進入潤滑系統中[3]。

冷卻水進入潤滑油系統，對軋機機組、潤滑系統及潤滑油均造成極大的危害，危害主要有：(1)油品乳化形成乳化液，油膜強度下降，造成軸承磨損；(2)油品變質，添加劑發生水解，油品潤滑性能、防銹性能、抗泡性能、破乳化性能下降，導致軸承潤滑狀態惡化，加劇磨損；(3)游離水和油品變質產生酸性物質，對軸承、齒輪等傳動部件造成腐蝕。因此，要求油膜軸承油具有優異的抗乳化性能，快速實現油水分離，以保證油膜軸承油含水率不高于0.5%，并將沉降分離水及時排出油箱[4]。

本文通過考察基礎油、破乳劑、水對油膜軸承油破乳化性能的影響，對油膜軸承油配方進行優化，并跟蹤其在某鋼廠摩根預精軋機組的應用，考察在用油的分水、磨損等情況，用于指導其他鋼廠的油膜軸承油的國產化替代。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

本實驗所采用的原料見表1所示。

表1 主要原料

1.2 實驗儀器

本實驗所采用的實驗儀器見表2所示。

表2 主要實驗儀器

1.3 基礎油的性質

本實驗所采用的基礎油的主要理化數據見表3所示。

表3 基礎油的主要理化數據

2 實驗結果與討論

2.1 油膜軸承油破乳化性能的優化

2.1.1 基礎油對破乳化性能的影響

分別采用Ⅰb500、Ⅱ10、Ⅱ+10基礎油與120BS基礎油復配，加入1.55%油膜軸承油復合劑、50 mg/kg破乳劑P2制備了220號油膜軸承油，根據GB/T 7305-2003 石油和合成液水分離性測定法，考察不同基礎油對油膜軸承油破乳化性能的影響，分析結果見表4所示。

表4 不同基礎油對抗乳化性能的影響

表4(續)

從表4可知，幾種基礎油與120BS基礎油復配制得的油膜軸承油破乳化分水時間從小到大的排列順序依次為：Ⅱ+10< Ⅱ10<Ⅰb500，這是由于基礎油的精制深度不同對破乳化性能的影響不同，基礎油的飽和烴含量越高，破乳化性能越好[5]，而Ⅱ+10、Ⅱ10、Ⅰb500的飽和烴含量分別為99.9%、94.1%、79.4%，因此，Ⅱ+10基礎油制備的220號油膜軸承油破乳化性能最優。

2.1.2 破乳劑對破乳化性能的影響

分別采用Ⅰb500、Ⅱ10、Ⅱ+10基礎油與120BS基礎油復配，加入1.55%油膜軸承油復合劑、50 mg/kg不同類型破乳劑制備220號油膜軸承油，考察不同破乳劑對油膜軸承油破乳化性能的影響，結果見圖1。

圖1 不同破乳劑對抗乳化性的影響

破乳劑P1、P2、P3為三種不同類型的破乳劑，其化學結構成分分別為胺與環氧乙烷共聚物、環氧乙烷與丙烷共聚物、脂肪醇與環氧乙烷丙烷共聚物。破乳劑的作用機理是破乳劑分子吸附在油-水界面上，大大降低界面膜的界面壓使得界面膜的強度減弱，乳狀液的穩定性下降，使小水滴合并成大水滴，從而實現油水分離，而不同類型的破乳劑對油-水界面膜的作用不同，致使破乳化效果不同[6]。從圖1來看，三種不同類型的破乳劑抗乳化分水效果依次是：P3﹥P2﹥P1，由于破乳劑P2的環氧乙烷與環氧丙烷基團，其中乙氧基親水，丙氧基親油，致使破乳劑P2破乳化性能優于P1。同時，破乳劑P2環氧乙烷與丙烷共聚物在油中的溶解性較差，而破乳劑P3是在環氧乙烷與環氧丙烷基團的基礎上，通過分子設計鏈接上脂肪醇得到了脂肪醇與環氧乙烷丙烷共聚物，改善了破乳劑在基礎油中的溶解性,同時保留其親水性能，因此破乳劑P3的破乳化效果最優。

2.1.3 不同類型的水對破乳化性能的影響

采用Ⅱ+10、120BS基礎油復配，加入1.55%油膜軸承油復合劑、50 mg/kg不同類型破乳劑制備220號油膜軸承油，參照GB/T 7305-2003 石油和合成液水分離性測定法，考察了蒸餾水、新鮮水、循環水對油膜軸承油破乳化性能的影響，結果見圖2。不同類型的水質分析見表5。

圖2 不同類型的水對抗乳化性的影響

項 目蒸餾水新鮮水循環水pH值5.56.87.3總硬度(以CaCO3計)/mg·L-10.089.240.4

從圖2可知，不同類型的水對油膜軸承油的分水效果影響較大，這是由于水的總硬度越高，pH值越大，水質越差，使油品易于乳化，對破乳化性能越不利[7]，從表5不同類型的水質分析數據來看，循環水的總硬度最高、水質差，新鮮水其次，蒸餾水水質最優，因此，三種不同類型的水對油膜軸承油破乳化分水效果依次是：蒸餾水﹥新鮮水﹥循環水。同時，由于工業上軋機冷卻水往往采用循環水或新鮮水，從圖2來看，破乳劑P3在循環水或新鮮水中抗乳化效果均最佳，破乳化分水時間均小于30 min，說明其在工業應用中也可快速實現油水分離。

2.2 油膜軸承油的性能分析

分別采用Ⅰb500、Ⅱ10、Ⅱ+10基礎油與120BS基礎油復配，加入1.55%油膜軸承油復合劑、50 mg/kg破乳劑P3制備得到4#、5#、6#220號油膜軸承油，分別對三種油品的理化性質進行分析并與油膜軸承油的質量要求進行對比，分析結果見表6。

表6 220號油膜軸承油的性能分析

從表6可知， 4#、5#、6#油品均滿足220號油膜軸承油的指標要求[8]，而6#油品在傾點、抗泡沫性能、旋轉氧彈、破乳化性能等方面均最優。

2.3 油膜軸承油的應用

某鋼廠摩根預精軋機組于2017年1月清洗系統并更換新油，采用優化后的6#220號油膜軸承油替代國外競品，現場設備運行參數見表7，定期采集在用油膜軸承油進行跟蹤檢測，樣品的監測分析結果見表8。

表7 摩根預精軋機組設備運行參數

表8 在用油膜軸承油監測分析結果

從表8檢測分析結果可以看出，220號油膜軸承油的黏度、酸值、腐蝕性能、防銹性能與極壓性能變化較小，雖然破乳化性能逐漸變差，但依然能保持較好的分水效果，油中水含量低，同時，氧化安定性較好，金屬磨損較小，能夠滿足油品長期使用的要求，說明220號油膜軸承油性能穩定，設備潤滑狀況良好，能夠滿足摩根預精軋機組的潤滑要求。

3 結論

(1)采用Ⅱ+10基礎油與120BS基礎油復配，加入1.55%油膜軸承油復合劑、50 mg/kg破乳劑P3制得的220號油膜軸承油破乳化性能最佳，與工業循環水混合也可快速實現油水分離。

(2)優化后的220號油膜軸承油在某鋼廠摩根預精軋機組使用1.5年，油品性能依然保持穩定，破乳化性能較好，設備潤滑狀況良好，能夠滿足設備潤滑要求。