220号油膜轴承油破乳化性能的优化研究

揭斌华，吴晓涛，谢颖，覃雪梅，王雪梅

(1.中国石化润滑油有限公司茂名分公司，广东 茂名 525011;2.茂名市质量计量监督检测所，广东 茂名 525000;3.广东石油化工学院，广东 茂名 525000)

0 引言

近年来，随着世界冶金工业的迅速发展，高速轧机机组具有机械传动复杂、结构紧凑、产品精度高、轧制速度快等特点，被广泛应用于钢板、棒材、线材生产中[1]。同时，高速轧机通常采用油膜轴承作为支撑，以承受高速大转矩负荷，油膜轴承作为高速轧机的“心脏”，其润滑效果的好坏将直接影响整个轧机机组的运行情况[2]。由于油膜轴承在高速重载条件下运行而产生大量的热，常常需要冷却水进行冷却，而在生产过程中，油膜轴承辊箱箱体变形、双唇密封失效、密封橡胶圈破坏、保持架变形等原因，致使冷却水不可避免地进入润滑系统中[3]。

冷却水进入润滑油系统，对轧机机组、润滑系统及润滑油均造成极大的危害，危害主要有：(1)油品乳化形成乳化液，油膜强度下降，造成轴承磨损；(2)油品变质，添加剂发生水解，油品润滑性能、防锈性能、抗泡性能、破乳化性能下降，导致轴承润滑状态恶化，加剧磨损；(3)游离水和油品变质产生酸性物质，对轴承、齿轮等传动部件造成腐蚀。因此，要求油膜轴承油具有优异的抗乳化性能，快速实现油水分离，以保证油膜轴承油含水率不高于0.5%，并将沉降分离水及时排出油箱[4]。

本文通过考察基础油、破乳剂、水对油膜轴承油破乳化性能的影响，对油膜轴承油配方进行优化，并跟踪其在某钢厂摩根预精轧机组的应用，考察在用油的分水、磨损等情况，用于指导其他钢厂的油膜轴承油的国产化替代。

1 实验部分

1.1 实验原料

本实验所采用的原料见表1所示。

表1 主要原料

1.2 实验仪器

本实验所采用的实验仪器见表2所示。

表2 主要实验仪器

1.3 基础油的性质

本实验所采用的基础油的主要理化数据见表3所示。

表3 基础油的主要理化数据

2 实验结果与讨论

2.1 油膜轴承油破乳化性能的优化

2.1.1 基础油对破乳化性能的影响

分别采用Ⅰb500、Ⅱ10、Ⅱ+10基础油与120BS基础油复配，加入1.55%油膜轴承油复合剂、50 mg/kg破乳剂P2制备了220号油膜轴承油，根据GB/T 7305-2003 石油和合成液水分离性测定法，考察不同基础油对油膜轴承油破乳化性能的影响，分析结果见表4所示。

表4 不同基础油对抗乳化性能的影响

表4(续)

从表4可知，几种基础油与120BS基础油复配制得的油膜轴承油破乳化分水时间从小到大的排列顺序依次为：Ⅱ+10< Ⅱ10<Ⅰb500，这是由于基础油的精制深度不同对破乳化性能的影响不同，基础油的饱和烃含量越高，破乳化性能越好[5]，而Ⅱ+10、Ⅱ10、Ⅰb500的饱和烃含量分别为99.9%、94.1%、79.4%，因此，Ⅱ+10基础油制备的220号油膜轴承油破乳化性能最优。

2.1.2 破乳剂对破乳化性能的影响

分别采用Ⅰb500、Ⅱ10、Ⅱ+10基础油与120BS基础油复配，加入1.55%油膜轴承油复合剂、50 mg/kg不同类型破乳剂制备220号油膜轴承油，考察不同破乳剂对油膜轴承油破乳化性能的影响，结果见图1。

图1 不同破乳剂对抗乳化性的影响

破乳剂P1、P2、P3为三种不同类型的破乳剂，其化学结构成分分别为胺与环氧乙烷共聚物、环氧乙烷与丙烷共聚物、脂肪醇与环氧乙烷丙烷共聚物。破乳剂的作用机理是破乳剂分子吸附在油-水界面上，大大降低界面膜的界面压使得界面膜的强度减弱，乳状液的稳定性下降，使小水滴合并成大水滴，从而实现油水分离，而不同类型的破乳剂对油-水界面膜的作用不同，致使破乳化效果不同[6]。从图1来看，三种不同类型的破乳剂抗乳化分水效果依次是：P3﹥P2﹥P1，由于破乳剂P2的环氧乙烷与环氧丙烷基团，其中乙氧基亲水，丙氧基亲油，致使破乳剂P2破乳化性能优于P1。同时，破乳剂P2环氧乙烷与丙烷共聚物在油中的溶解性较差，而破乳剂P3是在环氧乙烷与环氧丙烷基团的基础上，通过分子设计链接上脂肪醇得到了脂肪醇与环氧乙烷丙烷共聚物，改善了破乳剂在基础油中的溶解性,同时保留其亲水性能，因此破乳剂P3的破乳化效果最优。

2.1.3 不同类型的水对破乳化性能的影响

采用Ⅱ+10、120BS基础油复配，加入1.55%油膜轴承油复合剂、50 mg/kg不同类型破乳剂制备220号油膜轴承油，参照GB/T 7305-2003 石油和合成液水分离性测定法，考察了蒸馏水、新鲜水、循环水对油膜轴承油破乳化性能的影响，结果见图2。不同类型的水质分析见表5。

图2 不同类型的水对抗乳化性的影响

项 目蒸馏水新鲜水循环水pH值5.56.87.3总硬度(以CaCO3计)/mg·L-10.089.240.4

从图2可知，不同类型的水对油膜轴承油的分水效果影响较大，这是由于水的总硬度越高，pH值越大，水质越差，使油品易于乳化，对破乳化性能越不利[7]，从表5不同类型的水质分析数据来看，循环水的总硬度最高、水质差，新鲜水其次，蒸馏水水质最优，因此，三种不同类型的水对油膜轴承油破乳化分水效果依次是：蒸馏水﹥新鲜水﹥循环水。同时，由于工业上轧机冷却水往往采用循环水或新鲜水，从图2来看，破乳剂P3在循环水或新鲜水中抗乳化效果均最佳，破乳化分水时间均小于30 min，说明其在工业应用中也可快速实现油水分离。

2.2 油膜轴承油的性能分析

分别采用Ⅰb500、Ⅱ10、Ⅱ+10基础油与120BS基础油复配，加入1.55%油膜轴承油复合剂、50 mg/kg破乳剂P3制备得到4#、5#、6#220号油膜轴承油，分别对三种油品的理化性质进行分析并与油膜轴承油的质量要求进行对比，分析结果见表6。

表6 220号油膜轴承油的性能分析

从表6可知， 4#、5#、6#油品均满足220号油膜轴承油的指标要求[8]，而6#油品在倾点、抗泡沫性能、旋转氧弹、破乳化性能等方面均最优。

2.3 油膜轴承油的应用

某钢厂摩根预精轧机组于2017年1月清洗系统并更换新油，采用优化后的6#220号油膜轴承油替代国外竞品，现场设备运行参数见表7，定期采集在用油膜轴承油进行跟踪检测，样品的监测分析结果见表8。

表7 摩根预精轧机组设备运行参数

表8 在用油膜轴承油监测分析结果

从表8检测分析结果可以看出，220号油膜轴承油的黏度、酸值、腐蚀性能、防锈性能与极压性能变化较小，虽然破乳化性能逐渐变差，但依然能保持较好的分水效果，油中水含量低，同时，氧化安定性较好，金属磨损较小，能够满足油品长期使用的要求，说明220号油膜轴承油性能稳定，设备润滑状况良好，能够满足摩根预精轧机组的润滑要求。

3 结论

(1)采用Ⅱ+10基础油与120BS基础油复配，加入1.55%油膜轴承油复合剂、50 mg/kg破乳剂P3制得的220号油膜轴承油破乳化性能最佳，与工业循环水混合也可快速实现油水分离。

(2)优化后的220号油膜轴承油在某钢厂摩根预精轧机组使用1.5年，油品性能依然保持稳定，破乳化性能较好，设备润滑状况良好，能够满足设备润滑要求。