J-320B抽油機(jī)專用潤滑劑抗水性能研究

鄭生宏，盧會(huì)利，許 麗

(1.中國石油長(zhǎng)慶油田公司 設(shè)備管理處，陜西 西安 710018； 2.西安石油大佳潤實(shí)業(yè)有限公司，陜西 西安 710065)

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J-320B抽油機(jī)專用潤滑劑抗水性能研究

鄭生宏1，盧會(huì)利2，許 麗1

(1.中國石油長(zhǎng)慶油田公司 設(shè)備管理處，陜西 西安 710018； 2.西安石油大佳潤實(shí)業(yè)有限公司，陜西 西安 710065)

為了解抽油機(jī)減速器潤滑油在使用中滲入一定水分后的性能 ，研究了在抽油機(jī)專用潤滑劑J-320B產(chǎn)品中加入不同含量的水分并放置一定時(shí)間后，水分含量與產(chǎn)品低溫流動(dòng)性等基本使用性能之間的關(guān)系。重點(diǎn)采用旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)法考察了產(chǎn)品的氧化安定性，采用四球機(jī)試驗(yàn)法考察了產(chǎn)品的極壓、抗磨性能。結(jié)果表明，當(dāng)含水率小于5.0%時(shí)，水分對(duì)產(chǎn)品的低溫流動(dòng)性、防腐性、防銹性、氧化安定性等使用性能沒有明顯影響，但隨著含水率的增加，產(chǎn)品的極壓、抗磨性能下降，當(dāng)含水率控制在5.0%以內(nèi)時(shí)，產(chǎn)品極壓、抗磨性能可滿足質(zhì)量指標(biāo)要求。

潤滑劑；抗水性能；抽油機(jī)減速器

鄭生宏，盧會(huì)利，許麗.J-320B抽油機(jī)專用潤滑劑抗水性能研究[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，31(5):84-87.

ZHENG Shenghong,LU Huili,XU Li.Study on water resistance property of special lubricant J-320B for oil pumping unit[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(5):84-87.

引　言

抽油機(jī)是采油作業(yè)中的主力設(shè)備,其核心部件減速器的潤滑效果對(duì)抽油機(jī)的正常工作以及對(duì)整個(gè)采油廠的生產(chǎn)運(yùn)營都起著至關(guān)重要的作用。

由于油田抽油機(jī)處于露天作業(yè)，冬季氣溫低，晝夜溫差較大、風(fēng)吹雨淋,減速器會(huì)因呼吸孔吸潮、箱蓋密封不嚴(yán)以及傳動(dòng)部位間隙過大等原因造成水分滲入，致使抽油機(jī)潤滑劑含水[1]。普通工業(yè)齒輪油進(jìn)水后會(huì)導(dǎo)致油品乳化變質(zhì)、加速油品氧化，甚至引起添加劑水解失效，從而降低油膜強(qiáng)度、加劇設(shè)備部件磨損、引起腐蝕和銹蝕[2-3]。J-320B抽油機(jī)專用潤滑劑是針對(duì)油田設(shè)備露天作業(yè)的實(shí)際工況開發(fā)的專用產(chǎn)品，具有一定的抗水性，進(jìn)水后不會(huì)乳化變質(zhì)。但潤滑系統(tǒng)進(jìn)水后對(duì)潤滑劑的使用性能不可避免會(huì)造成影響，而且隨著進(jìn)水量的增加其影響越來越大。因此需要對(duì)抽油機(jī)所用潤滑劑的抗水性能進(jìn)行深入研究。本文通過測(cè)定相似黏度、銅片腐蝕、液相銹蝕、PB值、磨斑直徑、氧化安定性等重要性能指標(biāo)，分析研究了不同水分含量對(duì)抽油機(jī)專用潤滑劑J-320B產(chǎn)品使用性能的影響，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)使用具有一定的指導(dǎo)意義。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1原材料性能

實(shí)驗(yàn)用抽油機(jī)專用潤滑劑J-320B主要技術(shù)要求見表1。

表1　抽油機(jī)專用潤滑劑J-320B主要技術(shù)要求Tab.1　Main technical requirements of J-320B special lubricant for oil pumping unit

1.2含水試樣及其制備方法

選取上述J-320B產(chǎn)品為實(shí)驗(yàn)用潤滑劑，稱取一定量該劑置入容器中，按所需考察的含水率(0.5%～5.0%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下同)加入一定量的普通飲用水，開啟攪拌，控制溫度在50～60 ℃，勻速攪拌80 min。樣品混合均勻后，置于容器中儲(chǔ)存。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

研究中所涉及的主要分析檢測(cè)方法均采用相對(duì)應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其中相似黏度采用SH/T 0048-1991(2004)《潤滑脂相似黏度測(cè)定法》測(cè)定；銅片腐蝕采用GB/T 5096-1985(2004)《石油產(chǎn)品銅片腐蝕試驗(yàn)法》測(cè)定；液相銹蝕采用GB/T 11143-2008《加抑制劑礦物油在水存在下防銹性能試驗(yàn)法》測(cè)定；氧化誘導(dǎo)期采用SH/T 0193-2008《潤滑油氧化安定性的測(cè)定 旋轉(zhuǎn)氧彈法》測(cè)定；PB值采用GB/T 3142-1982(2004)《潤滑劑承載能力測(cè)定法(四球法)》測(cè)定；磨斑直徑采用SH/T 0189-92《潤滑油抗磨損性能測(cè)定法(四球機(jī)法)》測(cè)定。

為全面客觀評(píng)價(jià)不同含水率對(duì)J-320B主要性能指標(biāo)的影響，研究中考察了加水試樣在未儲(chǔ)存情況下和儲(chǔ)存一定時(shí)間后兩種情況的性能指標(biāo)。另外，液相銹蝕實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)條件是比產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(A法蒸餾水)更為苛刻的B法(合成海水)進(jìn)行。

2　結(jié)果與討論

2.1水分對(duì)產(chǎn)品低溫性能的影響

通常潤滑油劑的低溫性能采用傾點(diǎn)來表征。傾點(diǎn)是指油品在實(shí)驗(yàn)規(guī)定的條件下冷卻時(shí)，能夠繼續(xù)流動(dòng)的最低溫度，又稱流動(dòng)極限。傾點(diǎn)的測(cè)定可按GB/T 3535方法進(jìn)行，一般工業(yè)設(shè)備用齒輪油傾點(diǎn)不高于-9 ℃，傾點(diǎn)高的產(chǎn)品在低溫下會(huì)失去流動(dòng)性，不能滿足低溫下的潤滑需要[4]。對(duì)于在野外作業(yè)的設(shè)備來說低溫流動(dòng)性至關(guān)重要。J-320B是針對(duì)油田設(shè)備露天作業(yè)的實(shí)際工況而研制的專用產(chǎn)品，充分考慮了北方嚴(yán)寒地區(qū)的環(huán)境溫度，其低溫流動(dòng)性是該產(chǎn)品的重要技術(shù)指標(biāo)，由于J-320B具有獨(dú)特的組成結(jié)構(gòu)，無法用常規(guī)的低溫運(yùn)動(dòng)黏度來表征其低溫使用性能，因此通過低溫環(huán)境-20 ℃時(shí)的相似黏度來表征其低溫性能。研究中分別考察了J-320B含水試樣在未儲(chǔ)存情況下和儲(chǔ)存190 d后的相似黏度，結(jié)果見表2。

表2　水分對(duì)產(chǎn)品低溫性能的影響Tab.2　Influence of water content on low-temperature performance of J-320B special lubricant

研究表明，當(dāng)潤滑劑相似黏度小于150 Pa·s時(shí)，就能很好地滿足抽油機(jī)減速器齒輪和軸承的潤滑要求[5]。眾所周知，水的凝點(diǎn)是0 ℃，當(dāng)溫度低于此時(shí)即刻凝固，油品中混入水分只能使其傾點(diǎn)升高，而不可能降低，因此對(duì)水分含量有嚴(yán)格的要求。由表2可知，當(dāng)含水率在5.0%以內(nèi)時(shí)，水分的存在對(duì)抽油機(jī)油J-320B相似黏度影響不大，油品在低溫下依然能夠發(fā)揮其良好的潤滑作用。分析認(rèn)為這主要取決于該產(chǎn)品獨(dú)特的組成結(jié)構(gòu)。J-320B含有一定量的極性膠體化合物，屬于非牛頓流體，在一定溫度條件下黏度隨著剪切速率而變化，有“爬桿效應(yīng)”和“剪切變稀”現(xiàn)象，因而沒有一個(gè)界限清晰的傾點(diǎn)或凝點(diǎn)。當(dāng)水分進(jìn)入油相后，在充分地?cái)嚢柘卤环稚橐粋€(gè)個(gè)極小的液滴，通過分子間作用力進(jìn)入到極性化合物形成的膠束中[6-7]作為膠核而穩(wěn)定存在，而不是簡(jiǎn)單的油水混合物或者乳化液(油包水或水包油)，因而其狀態(tài)的變化不會(huì)影響到產(chǎn)品的理化性質(zhì)。

2.2水分對(duì)產(chǎn)品抗腐蝕性能的影響

金屬表面受周圍介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而被損壞稱為金屬的腐蝕，引起油品對(duì)金屬腐蝕的主要物質(zhì)是油品中的活性化合物及低分子有機(jī)酸類。水可以電離出氫離子和氫氧根離子，因而能促進(jìn)腐蝕。研究中分別考察了J-320B含水新樣及分別儲(chǔ)存28 d、79d后試樣的抗腐蝕性能，結(jié)果見表3。

表3　水分對(duì)產(chǎn)品抗腐蝕性能的影響Tab.3　Influence of water content on corrosion resistance of J-320B special lubricant

結(jié)果表明，隨著油品含水率的增加，銅片腐蝕評(píng)級(jí)略有增大，表明水分的存在確實(shí)對(duì)產(chǎn)品的抗腐蝕性能有一定影響；同一樣品，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，抗腐蝕性能逐步增強(qiáng)。儲(chǔ)存28 d后，含水率0.5%～1.0%的樣品，銅片腐蝕達(dá)到了新油的水平1級(jí)；儲(chǔ)存79 d后，含水率5.0%的樣品，銅片腐蝕也達(dá)到了新油的水平1級(jí)。這主要是由于水分進(jìn)入膠束中是一個(gè)分子擴(kuò)散的動(dòng)態(tài)平衡過程，短時(shí)間內(nèi)還不足以形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，仍有少量的游離水存在于體系中，因而抗腐蝕性變差；儲(chǔ)存一定時(shí)間后，隨著動(dòng)態(tài)平衡的建立，游離水含量減少，抗腐蝕性增強(qiáng)，表現(xiàn)為銅片腐蝕評(píng)級(jí)下降；含水率不同，形成穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間不同，含水率1.0%以上的產(chǎn)品需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)。這從另一方面也反映了產(chǎn)品具有較好的抗水性能。

2.3水分對(duì)產(chǎn)品防銹性能的影響

防銹性能是潤滑劑阻止與其接觸的金屬部件生銹的能力，潤滑劑的防銹性能可以通過添加防銹劑得以改善，而水和氧的存在是金屬部件生銹不可或缺的條件。研究中分別考察了J-320B含水試樣在未儲(chǔ)存情況下和儲(chǔ)存24 d后試樣的防銹性能，結(jié)果見表4。

表4　水分對(duì)產(chǎn)品防銹性能的影響Tab.4　Influence of water content on rust resistance of J-320B special lubricant

結(jié)果表明，抽油機(jī)專用潤滑劑J-320B具有良好的防銹蝕性能，當(dāng)含水率控制在5.0%以內(nèi)時(shí)，金屬表面均未出現(xiàn)明顯的銹蝕現(xiàn)象。表明J-320B在一定含水率范圍內(nèi)使用，不會(huì)對(duì)設(shè)備金屬部件造成銹蝕，防銹性能良好。分析認(rèn)為，產(chǎn)品中選用的防銹添加劑具有良好的防銹性能，能優(yōu)先作用于金屬表面形成保護(hù)膜，從而阻止水分和氧對(duì)金屬表面的作用。

2.4水分對(duì)產(chǎn)品氧化安定性的影響

油品在儲(chǔ)存和使用過程中，不可避免地與空氣接觸而氧化。接觸的時(shí)間越長(zhǎng)、溫度越高,氧化的程度就越深，甚至?xí)節(jié)櫥瑒┑哪承┬再|(zhì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化，如酸值增高、黏度增大、沉淀物增多、顏色變深等等，這些變化大大縮短了油品的使用壽命[8]。研究中分別考察了含水率為0、0.5%、3.0%、5.0%時(shí)產(chǎn)品的氧化安定性，結(jié)果見表5。

表5　水分對(duì)產(chǎn)品氧化安定性的影響Tab.5　Influence of water content on oxidation stability of J-320B special lubricant

結(jié)果表明，當(dāng)含水率在5.0%以內(nèi)時(shí)，產(chǎn)品的氧化誘導(dǎo)期沒有明顯的變化，表明含水率5.0%以內(nèi)的水分對(duì)產(chǎn)品的氧化安定性沒有明顯影響。

2.5水分對(duì)產(chǎn)品極壓抗磨性能的影響

潤滑油的一個(gè)重要作用是減小設(shè)備部件的摩擦和磨損，水分的存在通常會(huì)破壞潤滑油膜的形成，加速設(shè)備磨損[2]。研究中分別考察了含水率為0、1.0%、3.0%、5.0%且儲(chǔ)存了28 d后產(chǎn)品的極壓抗磨性能，考察結(jié)果見表6。

表6　水分對(duì)產(chǎn)品極壓抗磨性能的影響Tab.6　Influence of water content on wear resistance of J-320B special lubricant at extreme pressure

從結(jié)果可以看出，不同含水率試樣放置28 d后，含水率1.0%的油樣，其極壓抗磨性能接近于新油，沒有明顯的變化；當(dāng)含水率達(dá)到3.0%時(shí)，極壓抗磨性能受到了一定影響，尤其是磨斑直徑增幅較大；當(dāng)含水率達(dá)到5.0%時(shí)，極壓抗磨性能已經(jīng)接近標(biāo)準(zhǔn)[9]下線值(PB值≮730 N，磨斑直徑≯0.55 mm)，說明水分的存在確實(shí)會(huì)影響潤滑油膜的形成。但也表明含水率5.0%的產(chǎn)品仍具有比較好的極壓抗磨性能。總體來說，較小的含水率對(duì)產(chǎn)品極壓抗磨性能無影響；控制含水率在5.0%以內(nèi)時(shí)，產(chǎn)品的抗磨性能雖有一定程度的降低，但仍在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)，不影響產(chǎn)品的正常使用，也說明該油品具有一定的抗水性。

3　結(jié)　論

抽油機(jī)專用潤滑劑J-320B具有較好的抗水性。當(dāng)含水率小于5.0%時(shí)，水分對(duì)產(chǎn)品的相似黏度、防腐性、防銹性、氧化安定性等使用性能沒有明顯影響。隨著含水率的增大，產(chǎn)品的極壓、抗磨性能下降。當(dāng)含水率控制在5.0%以內(nèi)時(shí)，產(chǎn)品極壓、抗磨性能可滿足產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)要求。

[1]李開連.油氣田設(shè)備潤滑管理及油液檢測(cè)技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2014:1-4.

[2]楊俊杰，周洪澍.設(shè)備潤滑技術(shù)與管理[M].北京:中國計(jì)劃出版社，2008:62-65.

[3]付興國，孟言俊，馬安.潤滑油及添加劑技術(shù)進(jìn)展與市場(chǎng)分析[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004:104-140.

[4]Helen T Ryen.Identification of industrial gear additive technology meeting the new specifications from industrial gear OEMs[C].Proceedings of the 11th Annual Fuels & Lubes Asia Conference，2005.

[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 5903-2011工業(yè)閉式齒輪油[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[6]付興國.潤滑油金屬清凈劑膠體結(jié)構(gòu)及其與性能關(guān)系的研究[D].蘭州：中科院蘭州化學(xué)物理研究所，1994.

[7]姚文釗.納米級(jí)烷基水楊酸鹽的制備工藝與產(chǎn)品性能關(guān)系研究[D].蘭州：中科院蘭州化學(xué)物理研究所，2005.

[8]胡曉黎.加氫潤滑油基礎(chǔ)油的結(jié)構(gòu)組成與氧化安定性的關(guān)系研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2005.

[9]西安石油大佳潤實(shí)業(yè)有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SYJR C003-2014.抽油機(jī)專用油[S].2014.

責(zé)任編輯：董瑾

Study on Water Resistance Property of Special Lubricant J-320B for Oil Pumping Unit

ZHENG Shenghong1,LU Huili2,XU Li1

(1.Equipment Management Department,Changqing Oilfield Company of CNPC,Xi'an 710018,Shaanxi,China;2.Xi'an Petroleum Dajiarun Industrial Co.,Ltd.,Xi'an 710065,Shaanxi,China)

In order to understand the performance of the special lubricant J-320B for oil pumping unit,add different amount of water into the lubricant to study the relationship between its low temperature fluidity and its water content.The oxidation stability of the product was investigated by rotary bomb oxidation tests,and its extreme pressure anti-wear performance was investigated using four-ball machine test.The results show that if the water content is lower than 5%,moisture has no obvious influence on the low temperature fluidity,corrosion resistance,rust resistance and anti-wear performance of the lubricant J320B.However,the extreme pressure anti-wear performance of the product decreases with the increase of water content.When the water content was controlled within 5%,the extreme pressure anti-wear performance could meet the quality requirements.

gear reducer for oil pumping unit;lubricant;water-resistance performance

2016-03-02

鄭生宏(1963-)，男，碩士，工程師，主要從事設(shè)備管理研究工作。E-mail：zsh1_cq@petrochina.com.cn

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.05.014

TE39；TE933+.1

1673-064X(2016)05-0084-04

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