干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)處理技術(shù)探討*

陳 凌, 張賢明, 劉 飛, 劉先斌, 歐陽平

(1.重慶工商大學(xué) 廢油資源化技術(shù)與裝備工程研究中心，重慶 400067;2.重慶大學(xué) 機(jī)械工程博士后科研流動(dòng)站，重慶 400044)

干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)處理技術(shù)探討*

陳 凌1, 2, 張賢明1, 劉 飛2, 劉先斌1, 歐陽平1

(1.重慶工商大學(xué) 廢油資源化技術(shù)與裝備工程研究中心，重慶 400067;2.重慶大學(xué) 機(jī)械工程博士后科研流動(dòng)站，重慶 400044)

干式稀油密封煤氣柜穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵在于密封油的油品質(zhì)量，針對(duì)鋼鐵企業(yè)廣泛使用的高爐煤氣柜和焦?fàn)t煤氣柜，對(duì)鋼鐵企業(yè)干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)的原因進(jìn)行了分析，同時(shí)總結(jié)、分析了現(xiàn)有的密封油處理技術(shù)，并結(jié)合鋼鐵企業(yè)煤氣柜密封油的油品特點(diǎn)和使用工況，對(duì)干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)的處理技術(shù)進(jìn)行了探討。

煤氣柜；密封油；高爐煤氣；焦?fàn)t煤氣；變質(zhì)

干式稀油密封煤氣柜是鋼鐵企業(yè)調(diào)節(jié)煤氣管網(wǎng)壓力、防止煤氣放散的重要設(shè)備[1-2]。隨著本世紀(jì)初我國(guó)鋼鐵行業(yè)的飛速發(fā)展，以及我國(guó)干式稀油密封煤氣柜技術(shù)的開發(fā)，干式稀油密封煤氣柜得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于鋼鐵廠的安全運(yùn)行和節(jié)能減排起到了重要的作用，為我國(guó)鋼鐵行業(yè)帶來了十分明顯的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益[3-5]。

干式稀油密封煤氣柜穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵在于密封油(密封用潤(rùn)滑油)的油品質(zhì)量。對(duì)于鋼鐵廠廣泛應(yīng)用的干式稀油密封煤氣柜——高爐煤氣柜和焦?fàn)t煤氣柜而言，由于溫度波動(dòng)帶來的煤氣水分析出，以及高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣中所含的腐蝕性物質(zhì)，使得煤氣柜密封油在使用過程中存在黏度變小、腐蝕性增加等問題，導(dǎo)致密封油發(fā)生變質(zhì)。

目前，鋼鐵企業(yè)對(duì)煤氣柜密封油變質(zhì)方面的問題研究不足，從安全角度以及保證全廠煤氣管網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)，對(duì)于油品變質(zhì)的影響，鋼鐵廠通常采取每年補(bǔ)充新油的方式進(jìn)行彌補(bǔ)，同時(shí)定期進(jìn)行密封油整體更換，大大地增加了油品消耗和運(yùn)行成本。

基于上述情況，針對(duì)鋼鐵企業(yè)廣泛使用的高爐煤氣柜和焦?fàn)t煤氣柜，對(duì)鋼鐵企業(yè)干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)的原因進(jìn)行了分析，同時(shí)總結(jié)及分析了現(xiàn)有的密封油處理技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合鋼鐵企業(yè)煤氣柜密封油的油品特點(diǎn)和使用工況，對(duì)干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)的處理技術(shù)進(jìn)行了探討。

1 鋼鐵企業(yè)干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)的原因

對(duì)于干式稀油密封煤氣柜來說，其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵在于密封油的油品質(zhì)量，典型的煤氣柜密封油指標(biāo)見表1所示，通常來說，密封油使用壽命不小于5年。鋼鐵企業(yè)廣泛使用的干式稀油密封煤氣柜包括高爐煤氣柜和焦?fàn)t煤氣柜兩種，在實(shí)際使用過程中，煤氣柜密封油變質(zhì)的原因主要有幾點(diǎn)：

(1) 高爐煤氣及焦?fàn)t煤氣經(jīng)洗滌降溫后進(jìn)入煤氣柜的煤氣溫度為40～50 ℃，高于實(shí)際環(huán)境氣溫，尤其是冬季。當(dāng)進(jìn)入煤氣柜的煤氣溫度和室溫保持一致時(shí)，由于溫度波動(dòng)引起的煤氣含濕量變化，導(dǎo)致煤氣中的水分大量析出，使得密封油含水量增加，容易引發(fā)油品乳化，降低密封油黏度，同時(shí)增加密封油的腐蝕性。

(2) 鐵礦石海運(yùn)過程中的氯離子在高爐冶煉中進(jìn)入高爐煤氣，在高爐煤氣柜中與密封油接觸后，容易溶于密封油中的水，特別是密封油中水含量較大時(shí)，導(dǎo)致密封油腐蝕性增加。

(3) 焦?fàn)t煤氣中的H2S含量要求20 mg/m3，因此從焦化單元洗滌后的焦?fàn)t煤氣，仍含有少量H2S等腐蝕性物質(zhì)，進(jìn)入焦?fàn)t煤氣柜中與密封油接觸后，容易溶于密封油中的水，特別是密封油中水含量較大時(shí)，導(dǎo)致密封油腐蝕性增加。

從上述分析可知，對(duì)于干式稀油密封煤氣柜來說，密封油變質(zhì)的關(guān)鍵在于煤氣溫度波動(dòng)帶來的水分析出，只要控制密封油中的含水量，即可保證密封油的黏度、腐蝕性等指標(biāo)。因此，只要定期對(duì)密封油進(jìn)行處理，將油水分離，保證密封油中的含水量，即可保證密封油的使用質(zhì)量。

表1 典型干式稀油密封煤氣柜密封油指標(biāo)

注：氧化安定性為保證項(xiàng)目，每年檢測(cè)一次。

2 干式稀油密封煤氣柜密封油處理現(xiàn)狀

煤氣柜密封油屬于潤(rùn)滑油，目前，潤(rùn)滑油變質(zhì)后的再生處理工藝較多[6-10]，包括：過濾、離心、沉降、膜分離、吸附、絮凝、破乳、加氫精制等，這類再生工藝主要針對(duì)潤(rùn)滑油不同潤(rùn)滑工況下的變質(zhì)情況，選擇一種或多種工藝進(jìn)行處理。不同于通常的潤(rùn)滑油，煤氣柜密封油的用途主要是密封，影響其油品指標(biāo)的主要因素是黏度及腐蝕性，同時(shí)，其接觸的介質(zhì)主要是高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣，高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的成分、含濕量等會(huì)隨前端煤氣處理工藝、煤氣溫度波動(dòng)以及鐵礦石、煉焦煤的來源不同而變化。如何針對(duì)煤氣柜密封油的變質(zhì)進(jìn)行有效的處理及防護(hù)，目前這方面的研究較為缺乏。

目前，國(guó)內(nèi)有鋼鐵廠用戶針對(duì)煤氣柜密封油使用過程中運(yùn)動(dòng)粘度變小、腐蝕性增加等問題，采用添加劑的方式提高密封油的運(yùn)動(dòng)粘度和防腐蝕性[11-13]。添加劑的投加方式以改質(zhì)添加油的形式進(jìn)行投加(即在投加的密封油中加入添加劑，混合均勻后再進(jìn)行投加)，從煤氣柜的油泵站進(jìn)行投加，投加前進(jìn)行稀釋，可以在投加添加劑的同時(shí)增加煤氣柜密封油的新油量。方法針對(duì)煤氣柜密封油的性能變化進(jìn)行處理及防護(hù)，對(duì)造成煤氣柜密封油變質(zhì)的本質(zhì)原因分析較為不足，很難長(zhǎng)時(shí)間保持煤氣柜密封油性能不變，同時(shí)對(duì)添加劑的投加方式要求較高，需要保證改質(zhì)添加油同已有密封油的融合，因此目前在國(guó)內(nèi)很少有鋼鐵廠應(yīng)用類似技術(shù)進(jìn)行密封油的處理。

由于目前鋼鐵企業(yè)對(duì)煤氣柜密封油變質(zhì)的原因及處理等方面的研究不足，從安全角度以及保證全廠煤氣管網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)，對(duì)于油品變質(zhì)的影響，鋼鐵廠通常采取每年補(bǔ)充3%～5%的新油進(jìn)行彌補(bǔ)，同時(shí)定期進(jìn)行密封油整體更換(通常是5年左右)，大大地增加了油品消耗和運(yùn)行成本。

3 干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)處理技術(shù)探討

從上述分析可知，干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)的主要原因在于煤氣溫度波動(dòng)帶來的水分析出，容易導(dǎo)致密封油發(fā)生乳化，同時(shí)水分可以為氯離子、H2S等腐蝕性物質(zhì)提供腐蝕環(huán)境，使得密封油腐蝕性增加。因此，干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)處理的關(guān)鍵在于控制密封油中的含水量。

從表1可知，相對(duì)于變壓器油等對(duì)水含量要求較高的潤(rùn)滑油而言，煤氣柜密封油對(duì)水含量的要求較低，通常煤氣柜密封油含水量控制在痕跡水以下即可。煤氣柜密封油的特點(diǎn)在于用油量大，單柜用油量通常在150 T/座～300 T/座。同時(shí)密封油分布點(diǎn)多，覆蓋活塞油溝、底部油溝、柜體內(nèi)壁面、預(yù)備油箱、油泵站等多個(gè)位置。另外，煤氣柜運(yùn)行時(shí)活塞油溝及底部油溝的油位波動(dòng)范圍有限，如波動(dòng)范圍變化過大會(huì)影響密封油的油封效果，導(dǎo)致煤氣柜出現(xiàn)安全隱患。因此，煤氣柜密封油處理的關(guān)鍵在于如何安全、有效的保證整個(gè)柜體密封油的處理效果。

針對(duì)干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)的處理，重慶工商大學(xué)廢油資源化技術(shù)與裝備工程研究中心進(jìn)行了大量的研究，分別針對(duì)在用煤氣柜與新建或大修煤氣柜，提出了相應(yīng)的煤氣柜密封油處理工藝[14-15]，工藝示意見圖1。

圖1 煤氣柜密封油處理工藝示意圖Fig.1 Sealing oil treatment processes for gas holders

如圖1所示，工藝采用真空分離破乳脫水的技術(shù)進(jìn)行煤氣柜密封油的處理，取油點(diǎn)分別為油泵站(在用煤氣柜)以及底部油溝(新建或大修煤氣柜)，每次取油和回油的位置取180°對(duì)稱布置，以盡量保證處理后的密封油的循環(huán)效果。同時(shí)，每次進(jìn)入密封油處理系統(tǒng)的油量對(duì)底部油溝的油位波動(dòng)不超過10 mm，以防止煤氣柜油位波動(dòng)過大。

對(duì)于干式稀油密封煤氣柜密封油來說，采用真空分離破乳脫水的工藝技術(shù)可以保證脫水的效果，但裝置功率較大且對(duì)油中含水量較多的情況處理效率較低，可在圖1所示真空分離單元前加入聚結(jié)分離單元，采用聚結(jié)-真空雙場(chǎng)聯(lián)合破乳脫水的技術(shù)路線，即可以保證脫水的效果，也可以降低脫水的能耗，同時(shí)適用于油中含水量較多的情況。

另外，對(duì)于干式稀油密封煤氣柜密封油來說，何時(shí)進(jìn)行密封油的處理是一個(gè)關(guān)鍵問題。對(duì)于圖1所示工藝或類似的工藝，具體運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)煤氣管網(wǎng)的波動(dòng)情況、煤氣溫度及環(huán)境溫度，設(shè)定相應(yīng)的煤氣量臨界值，當(dāng)煤氣柜的吞吐量達(dá)到臨界值時(shí)，即進(jìn)行密封油的處理。處理時(shí)，進(jìn)入密封油處理系統(tǒng)的密封油總量以2倍或2倍以上煤氣柜單座密封油量為準(zhǔn)，以保證密封油的處理效果。

4 結(jié) 論

干式稀油密封煤氣柜穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵在于密封油的油品質(zhì)量，針對(duì)鋼鐵企業(yè)廣泛使用的高爐煤氣柜和焦?fàn)t煤氣柜，對(duì)鋼鐵企業(yè)干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)的原因進(jìn)行了分析，同時(shí)總結(jié)及分析了現(xiàn)有的密封油處理技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合鋼鐵企業(yè)煤氣柜密封油的油品特點(diǎn)和使用工況，對(duì)干式稀油密封煤氣柜密封油變質(zhì)的處理技術(shù)進(jìn)行了探討，提出了采用真空分離破乳脫水單元為主的密封油處理工藝，可以有效地保證密封油的油品質(zhì)量，延長(zhǎng)密封油使用年限，節(jié)省鋼鐵企業(yè)的煤氣柜密封油消耗。

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責(zé)任編輯：田 靜

Discussion on Sealing Oil Deterioration Treatment Technology of Dry Thin Oil Sealed Gas Holders

CHEN Ling1, 2, ZHANG Xian-ming1, LIU Fei2, LIU Xian-bin1, OUYANG Ping1

(1. Engineering Research Center for Waste Oil Recovery Technology and Equipment, Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067, China;2. Mobile Post-doctoral Research Station of Mechanical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China)

The key point of the stable operation of dry thin oil sealed gas holders is the sealing oil quality. The sealing oil deterioration reasons of dry thin oil sealed gas holders have been analyzed for the blast furnace gas holder and the coke oven gas holder, which are widely used in the iron and steel enterprises. And then the present sealing oil treatment technology is summarized. On this basis, the treatment technology of the sealing oil deterioration of dry thin oil sealed gas holders has been discussed according to the oil characteristics and the operating condition of the dry thin oil sealed gas holders in the iron and steel enterprises.

gas holder; sealing oil; blast furnace gas; coke oven gas; deterioration

10.16055/j.issn.1672-058X.2017.0003.019

2016-12-11；

2017-02-26. * 基金項(xiàng)目：中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2015M582523)；重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(KJ1500624)；重慶工商大學(xué)科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(2014-56-10).

陳凌(1979-)，男，重慶市人，博士，高級(jí)工程師，從事廢棄物循環(huán)利用技術(shù)、金屬材料的疲勞、斷裂和腐蝕研究.

TQ547.9

A

1672-058X(2017)03-0102-05