氣柜密封油在冶金企業(yè)焦爐干式氣柜的使用

楊海冰 孫莎莎

1 中國石化潤滑油有限公司西北分公司陜西銷售中心

2 中國石化潤滑油有限公司華北分公司華北技術(shù)支持中心

氣柜是冶金焦化、煉鐵等工段進行生產(chǎn)重要的一環(huán)，儲存焦爐煤氣、高爐煤氣等有毒易爆性氣體，平衡氣體壓力，保障氣體供應，但由于儲存氣體的特殊性，易引發(fā)安全事故，因此，干式氣柜的密封和安全更加成為冶金企業(yè)生產(chǎn)的重要一環(huán)。本文針對焦爐煤氣柜由于氣源不穩(wěn)定在使用過程中氣柜密封油性能下降的原因進行分析，采取了有效的油品性能改善應對措施，取得了良好效果。

氣柜特點及要求

氣柜的作用主要是儲存煤氣和其他混合氣，調(diào)節(jié)煤氣高低不均勻的供氣負荷。冶金行業(yè)的儲氣柜按照密封方式分為濕式柜和干式柜兩種。干式柜中大部分采用潤滑油密封，是冶金行業(yè)應用廣泛的一種儲存和輸送焦爐煤氣的設備。焦爐煤氣為有毒且易爆性氣體，空氣中的爆炸極限為6%～30%，一旦泄漏極易引起安全事故，因此焦爐煤氣柜的密封更應該受到重視。

焦爐氣特點及對氣柜密封油性能的影響

焦爐煤氣是冶金企業(yè)生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品，同時作為可燃性氣體可以為煉鐵、煉鋼提供原料。焦爐煤氣是由混合煤制成煉焦用煤后經(jīng)過高溫干餾，產(chǎn)出焦炭和焦油的同時產(chǎn)生的氣體，其組成氣體的成分因原料煤的不同有所差別，但基本成分為氫氣、甲烷、一氧化碳、C2以上不飽和烴、二氧化碳、氧氣、氮氣等組成，除此之外還包含H2S、氰化氫、氨、焦油及萘等雜質(zhì)。氫氣、甲烷、一氧化碳、C2以上不飽和烴為可燃成分，二氧化碳、氧氣、氮氣為不可燃組分。焦爐煤氣組成成分見表1。

由于焦爐煤氣中摻雜輕餾分進入氣柜后，溶入密封油中會導致黏度和閃點等技術(shù)指標的下降，降低氣柜的安全性，氣柜密封油對氣柜的密封作用是至關(guān)重要的。油品的運動黏度直接影響氣柜的密封效果，氣柜密封油的閃點從側(cè)面可以反映出氣柜密封油中輕組分的含量。下面將對輕組分對氣柜密封油性能的影響進行介紹：

表1 焦爐煤氣組成成分

萘的影響

煤氣采用橫管間冷工藝冷凝冷卻過程，除萘效果明顯，如果煤氣溫度冷卻至20～22 ℃時，煤氣出口含萘量可降低至0.5 g/m3。如果使用先間冷后直冷的工藝進行冷卻，除萘效果較差，會殘留較多萘，萘通過煤氣進入氣柜后與密封油充分混合并溶于密封油后，可以直接導致運動黏度降低。

苯的影響

焦爐煤氣中的苯通常用洗油進行脫除，洗苯工序前需將煤氣溫度降低至所需溫度。冷卻工藝分為間冷和直冷。間冷工藝的費用較低，一般采取這種方式，但是凈化效果較差，一般可以將苯降低至2～4 g/m3。如果進入氣柜的煤氣中苯含量較大，對密封油的影響與萘相似，導致運動黏度短時間大幅度持續(xù)下降，同時閃點降低。

H2S等的影響

大型冶金企業(yè)一般設有脫硫脫氰裝置，保證產(chǎn)出的煤氣中H2S、氰化氫滿足國家環(huán)保標準。常見的脫硫方法有AS法、真空碳酸鹽法、乙醇胺法等吸收式脫硫方式，或采用HPF、FRC、ADA等氧化法脫硫工藝。如果方法選取得當，可以將H2S 氣體降低至 200～500 mg/m3。但如果方法選取不當，使焦爐煤氣中的H2S、氰化氫氣體含量較高，經(jīng)過煤氣到氣柜中與密封油接觸，會造成密封油酸值的提升，從而腐蝕鋼結(jié)構(gòu)，影響液相銹蝕的檢測結(jié)果。

焦爐氣柜密封油在某冶金企業(yè)的使用效果及改善

運行油檢測

焦爐煤氣柜在冶金企業(yè)能源動力、煉鋼、煉鐵、冬季供暖等環(huán)節(jié)使用中異常重要。2017年10月，對北方某大型冶金企業(yè)動力廠5萬m3焦爐煤氣柜進行80余噸的裝機換油，氣柜設計方要求采用長城1號低凝氣柜密封油進行氣柜的密封（遵照標準為Q/SH 3031 0364），經(jīng)過半年多的運行后，季度油品檢測中發(fā)現(xiàn)：油品運動黏度及破乳化性產(chǎn)生變化，運動黏度降低14%，破乳化性超出技術(shù)指標要求，閃點大幅度下降，液相銹蝕從無銹變化為重銹。新油和運行3個月后柜內(nèi)取樣在用油品檢測結(jié)果見表2。

從表2可以看出，運行油運動黏度大幅下降，破乳化性能、液相銹蝕等超出技術(shù)要求，閃點急劇下降。通過閃點從215 ℃下降到178 ℃可知，氣柜密封油中混入了輕組分。在水分沒有明顯變化的條件下，液相銹蝕從無銹轉(zhuǎn)變?yōu)橹劁P，推斷其氣源中含有大量H2S成分。綜合各項指標的變化，可以推斷是由于氣源中輕組分含量較多造成密封油黏度、閃點等性能急劇變化，從用戶得知由于近期工藝改造導致焦爐煤氣供應不穩(wěn)定，導致氣柜密封油短時間內(nèi)性能下降。與用戶針對氣源進行進一步溝通后，決定添加一套煤氣凈化及脫硫脫硝裝置，對生產(chǎn)出的焦爐煤氣進行凈化，去除輕組分及含硫氣體，減少氣體對氣柜密封油的污染，同時要求對氣柜中潤滑油提供改善方案。

密封油使用效果的改善

在針對分析結(jié)果進行交流后，由于焦爐煤氣柜中氣體不同于高爐煤氣，焦爐氣柜密封油使用過程中運動黏度的隨使用時間而降低，因此，主要針對破乳化性、閃點、液相銹蝕這幾項劣化嚴重的指標進行改善，并定制了改善方案，于2018年10月在油泵站對油品進行補加，通過30天的循環(huán)，對油品進行了改善后的檢測。改善前后油品取樣檢測結(jié)果見表3。

表2 運行油檢測結(jié)果

表3 改善前后取樣檢測結(jié)果對比

油中水變化

水分表示的是氣柜密封油中含水量的質(zhì)量分數(shù)，水分含量過高會加大冬季使用過程中氣柜內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象的風險，結(jié)冰后將導致活塞出現(xiàn)卡頓，難以正常移動，從而柜體向一個方向傾斜，焦爐煤氣泄漏，導致安全事故。

由于氣柜密封油是一個循環(huán)過程，在使用中有泵站進行長時間、不間斷的油水分離過程，試驗室條件的30 min 破乳化性指標需要結(jié)合油中含水量共同進行衡量。雖然在加入改善劑后，抗乳化性檢測結(jié)果均為＞30 min，但密封油中水分在改善前檢測的分析結(jié)果為0.35 mg/kg，改善后密封油中的水含量降低至0.09 mg/kg。油中水的含量在加入改善劑后大幅降低，減小了由于密封油中水分含量過高造成冬季氣柜內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象而導致安全事故的風險。水油分離是一個長期的過程，靜置時間越長，油水分離效果越明顯，氣柜內(nèi)溫度的提升也利于水油的分離。

液相銹蝕變化

加入改善劑后，液相銹蝕分析結(jié)果從重銹提升至無銹，氣柜密封油防銹性能得到明顯改善，能夠?qū)夤窠饘俨考鸬胶芎玫姆栏g作用。造成銹蝕的主要原因是水分和硫元素，水分在加入改善劑后得到大大降低，減小了水分對銹蝕的不利影響；硫元素是外來元素，通過硫化物等其他形式隨煤氣進入氣柜并溶入潤滑油中，易造成液相銹蝕指標變差，造成對金屬的腐蝕。

閃點變化

在用密封油改善前閃點降低至180 ℃以下，影響到氣柜的使用安全，加入改善劑后，閃點檢測結(jié)果從172 ℃提升至200 ℃。通過提高氣柜入口溫度和對氣柜密封油加熱的方式對整體進行升溫，將輕組分進一步排除。

結(jié)束語

通過對氣柜密封油的性能監(jiān)測結(jié)果進行分析，可以找出導致密封油短期劣化的原因。主要變化因素來自氣源的惡化，尤其是輕組分和含S、N氧化物的混入，將導致氣柜密封油運動黏度、閃點的迅速惡化及液相銹蝕的惡化。針對氣源變化，采取了增加焦爐煤氣凈化設施及改善油品性能指標等應對措施，保障密封油的技術(shù)指標，從而增強氣柜密封性能，可以提升生產(chǎn)過程中的安全性，延長氣柜密封油的使用時間，得到客戶的認可。