影響柴油潤(rùn)滑性測(cè)定結(jié)果的因素考察

中石化煉化工程集團(tuán)洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心

柴油作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料,不僅要有好的燃燒性能,還要有一定的潤(rùn)滑性,以防止供油系統(tǒng)中油泵、油料控制系統(tǒng)和噴嘴的嚴(yán)重磨損和失效。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高,柴油質(zhì)量不斷升級(jí),柴油中的抗磨成分越來(lái)越少,柴油的潤(rùn)滑性也隨之下降［1］,需要添加抗磨劑來(lái)滿足使用要求。不僅車用柴油需要評(píng)價(jià)潤(rùn)滑性,普通柴油標(biāo)準(zhǔn)中也增加了潤(rùn)滑性的評(píng)定要求。柴油潤(rùn)滑性測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法是SH/T 0765-2005《柴油潤(rùn)滑性評(píng)定法(高頻往復(fù)試驗(yàn)機(jī)法)》。這一方法是通過(guò)高頻往復(fù)試驗(yàn)機(jī)模擬機(jī)械摩擦產(chǎn)生的磨斑直徑大小進(jìn)行評(píng)價(jià),屬于條件性試驗(yàn),但標(biāo)準(zhǔn)方法中對(duì)一些操作條件限制范圍很寬,如果操作時(shí)條件控制不一致,會(huì)使測(cè)定結(jié)果重復(fù)性變差。另外,由于摩擦原理的復(fù)雜性、試驗(yàn)樣品的多樣性、方法的精密度等因素影響,也會(huì)使不同操作者之間結(jié)果一致性、可比性差。本文考察了溫度和相對(duì)濕度、樣品均勻性及樣品存放時(shí)間對(duì)柴油潤(rùn)滑性測(cè)定結(jié)果的影響。

試驗(yàn)部分

試驗(yàn)樣品

◇低標(biāo)和高標(biāo)：低潤(rùn)滑性參考標(biāo)準(zhǔn)(DF-7-08),證書給定的標(biāo)稱值為WS1.4=(420±36)μm,HCF=12 μm/kPa;Haltermann GmbH;高潤(rùn)滑性參考標(biāo)準(zhǔn)(DF-92-02)證書給定的標(biāo)稱值為WS1.4=(623±76)μm,HCF=55 μm/kPa;Haltermann GmbH。

◇車用柴油：市售0號(hào)車用柴油,中國(guó)石化集團(tuán)公司抽檢0號(hào)車用柴油。

儀器和試劑

所使用的儀器和試劑如下：

◇PCS公司生產(chǎn)的高頻往復(fù)摩擦磨損(HFRR)試驗(yàn)機(jī),英國(guó),2臺(tái),采用飽和溶液控制試驗(yàn)夾具周圍的溫濕度。

◇WF-1型 高頻往復(fù)摩擦磨損(HFRR)試驗(yàn)機(jī),上海邁瑞爾,1臺(tái),外接蒸餾水瓶和干燥劑瓶自動(dòng)控制溫濕度。

◇顯微鏡,SOLF 53X, 放大倍數(shù)為100X。

◇超聲波清洗器,KQ-250B。

◇甲苯和丙酮,分析純。

柴油潤(rùn)滑性的測(cè)定

采用SH/T 0765-2005進(jìn)行柴油潤(rùn)滑性的測(cè)定。

結(jié)果與討論

溫度和相對(duì)濕度的影響

SH/T 0765-2005中要求試驗(yàn)環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度應(yīng)控制在圖1所示的容許范圍內(nèi),即溫度控制在17～28 ℃,相對(duì)濕度控制在20%～70%。將溫度和相對(duì)濕度控制在圖1的范圍內(nèi),考察了不同樣品的潤(rùn)滑性,結(jié)果見表1。

圖1 試驗(yàn)環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度的容許范圍

表1 溫度和相對(duì)濕度對(duì)柴油潤(rùn)滑性試驗(yàn)結(jié)果的影響

由表1可以看出,雖然溫度和相對(duì)濕度的控制符合SH/T 0765-2005的要求,但對(duì)于不同樣品,溫度和相對(duì)濕度的變化的影響不同：

◇從高標(biāo)樣品的數(shù)據(jù)看,隨著溫度和相對(duì)濕度的變化,所測(cè)得的平均磨斑直徑MWSD變化不明顯,4次結(jié)果的極差為16,濕度校正系數(shù)按標(biāo)物證書給定值HCF=12校正后,校正后的結(jié)果與MWSD接近,極差為12,且與標(biāo)物證書給定的標(biāo)稱值420 μm接近。如果將其作為未知樣品考慮,校正后結(jié)果的極差為46,且偏離標(biāo)物證書給定的標(biāo)稱值420 μm較大。

◇從低標(biāo)樣品的數(shù)據(jù)看,隨著溫度和相對(duì)濕度的變化,所測(cè)得的MWSD變化明顯,4次結(jié)果的極差為76,按標(biāo)物證書HCF=55給定值校正后,校正后結(jié)果的極差為32。如果將其作為未知樣品考慮,校正后結(jié)果的極差為29,按HCF=60和HCF=55校正的結(jié)果相差不大。

◇從車用柴油1的數(shù)據(jù)看,隨著溫度和相對(duì)濕度的變化,所測(cè)得的MWSD變化不明顯,3次結(jié)果的極差為7,按HCF=60校正后,3次結(jié)果的極差為26,極差變大。

◇從車用柴油2的數(shù)據(jù)看,隨著溫度和相對(duì)濕度的變化,所測(cè)得的MWSD變化明顯,3次結(jié)果極差為51,按HCF=60校正后,3次結(jié)果的極差為6,極差變小。

在不同的溫度/相對(duì)濕度條件下,分析了多個(gè)柴油,發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)或加有抗磨劑的柴油,對(duì)溫度和相對(duì)濕度的變化不敏感,如果試驗(yàn)時(shí)溫濕度控制不當(dāng),校正后的磨斑直徑就會(huì)偏離真實(shí)值,如高標(biāo)樣品和車用柴油1。而對(duì)于新采集的或餾分比較單一的柴油,對(duì)溫度和相對(duì)濕度的變化比較敏感,例如低標(biāo)樣品和車用柴油2,受溫度和相對(duì)濕度的影響較大,校正后可減小偏差。

由于不同樣品受溫度和相對(duì)濕度的影響不同,如果溫度和相對(duì)濕度匹配不適宜,不僅影響結(jié)果的準(zhǔn)確性,甚至還影響臨界值的符合性判斷,如表1中的車用柴油1,不同的溫度和相對(duì)濕度下MWSD均大于460 μ m,屬于不合格,而校正后WS1.4結(jié)果有的會(huì)小于460 μm,影響了結(jié)果判定。通過(guò)多年經(jīng)驗(yàn)積累,筆者發(fā)現(xiàn),針對(duì)不同的溫度,將相對(duì)濕度控制在標(biāo)準(zhǔn)所要求的區(qū)間的中心線附近,則測(cè)定的MWSD結(jié)果與校正后的結(jié)果相差較小。如果條件允許,可以直接將溫度和相對(duì)濕度分別控制在某一數(shù)值(如對(duì)于上海邁瑞爾WF-1型HFRR試驗(yàn)機(jī),將溫度/相對(duì)濕度控制為23 ℃/49.5%),使磨斑平均值MWSD接近校正值WS1.4,以保證數(shù)據(jù)一致,減少由于溫度和相對(duì)濕度校正引起的偏差。

樣品均勻性的影響

SH/T 0765-2005標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)樣品的均勻性沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定,但在長(zhǎng)期試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)樣品的均勻性會(huì)影響潤(rùn)滑性測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性?？疾炝宋磽u勻和搖勻(通過(guò)手動(dòng)搖勻)的樣品的潤(rùn)滑性,結(jié)果見表2。

從表2可以看出,未搖均勻的樣品校正后磨斑直徑WS1.4重復(fù)性差,且與搖勻的樣品結(jié)果差別大,從標(biāo)油數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)未搖均勻的樣品測(cè)定結(jié)果偏離標(biāo)稱值。

為滿足柴油越來(lái)越高的清潔化要求,柴油的精制程度越來(lái)越高,柴油中的抗磨成分越來(lái)越少,柴油的潤(rùn)滑性隨之下降,需要添加抗磨劑來(lái)滿足使用要求。另外,柴油還可能需要加入十六烷值改進(jìn)劑、降凝劑等,不同的添加劑對(duì)潤(rùn)滑性的影響不同,且久置后可能聚集在樣品不同部位,加上潤(rùn)滑性試驗(yàn)需要的樣品量較少,容易造成取樣不均勻,使測(cè)定結(jié)果偏高或偏低。因此進(jìn)行取樣前,要充分搖動(dòng)試樣使其混合均勻,以消除樣品不均勻帶來(lái)的影響。

表2 樣品均勻性影響

樣品存放時(shí)間的影響

對(duì)不同來(lái)源的同一樣品,由同一操作者,在常溫密閉條件下,存放不同的時(shí)間進(jìn)行了潤(rùn)滑性測(cè)定,結(jié)果見表3。

從表3可以看出,不同的柴油受存放時(shí)間的影響不同,可以總結(jié)為以下3種情況：

◇一些加有添加劑的成品柴油潤(rùn)滑性不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而變化,如車用柴油1、2,樣品常溫保存2個(gè)月,按不同的時(shí)間間隔進(jìn)行4次測(cè)定,結(jié)果符合SH/T 0765-2005的重復(fù)性要求,沒(méi)有出現(xiàn)趨勢(shì)性變化。

◇一些潤(rùn)滑性本身較差的柴油隨時(shí)間延長(zhǎng),潤(rùn)滑性變好［2］,如抽檢柴油1、2,3,樣品放置15天后測(cè)定結(jié)果比初次檢測(cè)結(jié)果小,潤(rùn)滑性變好,但對(duì)未打開過(guò)的保留樣品,結(jié)果未變化。這可能是由于樣品打開后某些不穩(wěn)定的成分被氧化,使柴油潤(rùn)滑性變好。

◇某些柴油餾分隨時(shí)間延長(zhǎng)潤(rùn)滑性會(huì)變差,如餾分柴油1、2。影響柴油潤(rùn)滑性的原因很多,如不同添加劑之間的反應(yīng)、基礎(chǔ)油的穩(wěn)定性、抗磨劑的穩(wěn)定性等,因此樣品的存放時(shí)間對(duì)不同的柴油會(huì)有不同的影響。進(jìn)行樣品比對(duì)或能力驗(yàn)證時(shí),應(yīng)考慮到這一影響因素,減小樣品存放時(shí)間的影響。

結(jié)論

按照SH/T 0765-2005進(jìn)行柴油潤(rùn)滑性測(cè)定時(shí),為了減小偏差,提高測(cè)定準(zhǔn)確度,應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

◇將溫度和相對(duì)濕度控制在SH/T 0765-2005給定的范圍的中心線附近,使MWSD接近校正值,以減小校正對(duì)不同類型樣品的影響。

◇測(cè)定樣品前應(yīng)充分混合均勻,保證樣品的均勻性。

◇進(jìn)行樣品測(cè)定時(shí),應(yīng)考慮樣品貯存時(shí)間及方式對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。

表3 存放時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響

[1]林榮興，朱軍，范文琴.柴油潤(rùn)滑性的影響因素考察[J].石油煉制與化工，2005，36（8）：31-34.

[2]閭邱祁鳴，馮心憑.影響柴油潤(rùn)滑性檢測(cè)結(jié)果的因素[J].潤(rùn)滑與密封，2011，36（3）：117-121.