15號航空液壓油基礎油族組成對油品性能的影響

孫俊杰(西安質量監督站，陜西 西安 710016)

0 引言

15號航空液壓油是用于飛機液壓系統的一種特殊油品，起著能量傳遞、潤滑、冷卻、密封、防銹和排污的作用[1-2]。用于收放飛機起落架，操縱襟翼和減速板，改變噴口直徑，操縱水平尾翼和副翼，減小機輪的震動和擺動等場合，工作壓力高、溫度范圍寬、潔凈性要求嚴格、使用環境復雜，要求15號航空液壓油必須具有良好的粘溫性能、極壓抗磨性、低溫流動性、與非金屬材料的適應性以及潔凈性等。原油的性質對產品質量的影響較大[3]，航空液壓油的理想原料是低硫石蠟基原油，因其具有密度小、含硫量低、烷烴等輕組分高的優點，適宜生產粘溫性質良好的特種油。近年來，隨著國內原油劣質化加劇，原油類屬從低硫石蠟基逐漸變為含硫石蠟基或含硫中間基，硫化合物和芳香烴含量不斷升高，導致航空液壓油多項質量指標變差，必須通過改善生產工藝方式來彌補原材料對產品質量的影響。因此，對15號航空液壓油基礎油的族組成加以分析，找出規律，才能對調整生產工藝有積極意義。

1 精制工藝的對比

1.1 硫酸精制

從常二線分離出的原料油含有膠質、瀝青質、多環芳香烴和環烷酸等不理想組分，這些組分很不穩定，容易進行聚合、分解、氧化而生成沉淀，使油品抗氧化性能降低。硫酸是一種比重較大的具有強氧化性的液體，能和上述不理想組分發生化學反應和溶解作用，而不與烷烴、環烷烴等理想組分反應。因此硫酸精制可起到改善油品顏色、安定性、氣味，降低硫、氮含量的作用。

硫酸與油品發生的反應有：(1)與烯烴發生酯化反應、疊合反應；(2)與芳烴發生磺化反應；(3)與非烴類發生顯著的化學反應。文獻表明，硫酸精制能夠很好的去除膠質、瀝青質、堿性氮化物，大部分環烷酸、硫化物等非烴類化合物，以及烯烴和二烯烴等非理想組分。

1.2 加氫精制

加氫精制是在氫氣氛圍中和一定溫度、壓力催化劑作用下與油品化學反應來脫除硫、氮、氧和金屬雜質，并使烯烴飽和，以解決油品色度及貯存安定性的問題，降低芳烴含量。油品加氫精制過程的主要反應包括：含硫、含氮、含氧化合物等非烴類的加氫反應，烯烴和芳烴(主要是稠環芳烴)的加氫飽和反應，此外還有少量的開環、斷鏈和縮合反應。因此加氫精制可以有效去除膠質、瀝青質和芳烴、硫化物等非烴類化合物。

如表1所示，采用不同的精制工藝，15號航空液壓油基礎油族組成也有較大差異，加氫工藝對于除去硫化物及芳烴類物質較為徹底。

表1 不同精制工藝基礎油族組成對比

2 族組成對油品主要性能指標的影響

2.1 對凝點的影響

如表2所示，基礎油中環烷烴、芳烴及其衍生物的含量變化對基礎油凝點不會造成明顯影響，影響基礎油凝點主要組分為正構烷烴，現有成熟的分子篩脫蠟工藝完全可以通過選擇性脫除正構烷烴以保證基礎油的凝點，因此，基礎油族組成對成品凝點影響不大。

表2 不同族組成對凝點的影響

2.2 對銅片腐蝕的影響

銅片腐蝕機理復雜，標準要求高，加之原油質量下降，15號航空液壓油銅片腐蝕偶有卡邊現象。如表3所示，影響銅片腐蝕主要成分為硫化物以及微量水。文章主要以硫含量大小來表征油品的抗腐蝕性能。

表3 族組成對銅片腐蝕的影響

由于銅片腐蝕試驗條件苛刻，油品在沒有抗氧劑的條件下氧化較為嚴重，考察基礎油的銅片腐蝕沒有代表意義，因此文章以對應基礎油加劑調和后的成品為參考對象。雖然三種基礎油的烴類組成有著較大差異，但成品的銅片腐蝕情況與基礎油的硫含量有著對應的增減趨勢，隨著基礎油硫含量的降低，成品銅片腐蝕情況逐漸好轉。

2.3 對成品油粘度的影響

如表4所示，15號液壓油成品在粘度相近的情況下，酸堿精制基礎油用的增粘劑T602的量要比加氫基礎油多2%。對比酸堿精制基礎油與加氫基礎油，前者的鏈烷烴含量比后者高6%，芳烴及環烷烴含量差異不大，說明鏈烷烴含量的增加對成品粘度有較大影響；比較加氫基礎油酸堿精制前后，環烷烴含量增長9%，芳烴含量降低6%，但成品的黏度相差不大，表明組成中的環烷烴及芳烴對成品粘度影響較小。

表4 族組成變化對粘度的影響

2.4 對橡膠膨脹率的影響

國內對航空專用橡膠片(NBR-L)膨脹率的影響因素研究較少，有文獻表明芳烴是使其溶脹的主要原因，但實際生產中發現，環烷烴含量對橡膠膨脹率也有影響。試驗結果表明，加氫基礎油在酸處理前后，族組成含量發生較大變化。處理前，環烷烴含量為50.9%、芳烴含量為9.7%，橡膠膨脹率為32.49%；處理后，環烷烴含量為59.4%、芳烴含量為2.4%，橡膠膨脹率為27%。表明芳烴對橡膠膨脹作用較大，環烷烴的增加并未導致橡膠膨脹率升高，表明環烷烴對膨脹作用不大。通過對酸處理后的加氫基礎油和酸堿精制基礎油進行比對發現，加氫基礎油鏈烷烴含量為38.5%、芳烴含量為2.4%，橡膠膨脹率為27%；酸堿精制基礎油鏈烷烴含量為32.6%、芳烴含量為5.1%，橡膠膨脹率為28.5%。表明鏈烷烴的明顯增加不會對橡膠膨脹產生明顯影響。另外，根據酸處理后的加氫基礎油數據來看，芳烴已基本脫除，但與酸堿精制基礎油橡膠膨脹率相差不大，因此可能存在部分結構的環烷烴對橡膠有溶脹作用。

3 結語

綜上所述，通過研究15號航空液壓油基礎油族組成，明確了基礎油化學成分對凝點、銅片腐蝕、粘度、橡膠膨脹率的影響，為下一步優化精制工藝，改善15號液壓油產品質量具有較好的指導意義。

(1)基礎油凝點只與正構烷烴含量有較大關系，環烷烴及芳烴對凝點影響較小。

(2)基礎油中含硫化合物對成品的銅片腐蝕影響較大，通過加氫精制降低硫化物含量，可以大大改善油品銅片腐蝕情況。

(3)鏈烷烴(主要指異構烷烴，因為15號航空液壓油的凝點要求較高，正構烷烴是不理想組分)的增加，一定程度上可以改善基礎油的添加劑感受性，減少增粘劑的用量。

(4)芳烴類物質是導致橡膠膨脹率較高的主要原因，通過最大限度降低基礎油中芳烴類物質可以降低成品膨脹率，但不排除有部分結構的環烷烴也對橡膠片具有膨脹作用。