220号无灰型造纸机循环润滑系统润滑油的研制

花 卉 柯友胜 吐尔孙那依·比哈孜 贾艺峰（中国石油克拉玛依石化公司，新疆克拉玛依，834003）

·造纸机润滑油·

220号无灰型造纸机循环润滑系统润滑油的研制

花 卉 柯友胜 吐尔孙那依·比哈孜 贾艺峰
（中国石油克拉玛依石化公司，新疆克拉玛依，834003）

以克拉玛依石化公司生产的石蜡基油及光亮油为基础油，分别对极压抗磨剂、金属减活剂、抗氧剂、抗泡剂进行评选，并进行添加剂复配及优化，最终研制出符合我国轻工行业标准QB/T 2766—2006质量指标要求的220号无灰型造纸机循环润滑系统润滑油。

造纸机；润滑油；无灰型

随着我国造纸工业的迅速发展，造纸行业生产规模已位居世界前列。国外一些大型现代化造纸机被引进，国产的造纸机也向宽幅、高速方向发展。设备的不断升级使造纸机生产线的工况更加苛刻，随之对造纸机所用润滑油也提出了更高要求。造纸机多是高速连续运转，由润滑问题引发的设备故障情况复杂，解决起来耗时长，严重影响企业的生产和效益。

造纸机由湿部和干部组成，干部的工况最为苛刻。干部润滑油主要用来润滑轴承和轴辊的齿轮，经过轴承的蒸汽温度可达150～180℃，轴承温度约为110℃。因此，干部润滑油要求具有优异的氧化安定性、抗磨性、防锈性、分水性、过滤性及较长的换油期。新一代造纸机的干部温度更高，轴承转速更快，使用了更好的滤芯（3～6μm），这就要求润滑油除具有通常的抗磨性、防锈性能外，还要具有更好的氧化安定性、黏温性能及高温下油膜强度的保持性、过滤性、低挥发性、添加剂高温稳定性以及更长的换油周 期［1］。

为满足造纸机的润滑要求，国外大的石油公司如美孚、壳牌等已于20世纪90年代先后开发了造纸机循环润滑系统润滑油（PMO）。目前国外PMO品牌主要有美孚的DTE PM系列，BP的Energol PM系列，埃索的Teresstic N系列，加德士的Premium系列，壳牌的 Delima S系列［2］。国内引进的进口设备大都绑定进口品牌的造纸机循环润滑油，但这些设备由于用油量较大，且国外油品价格相对较高，每吨约2～3万元，因此造纸公司希望其设备在超过保修期后选用国内同等质量的油品取代进口油。

国内中石化长城润滑油应用研究中心率先研发出不同牌号的PMO，并成功应用于多家造纸企业［3］。2006年我国制定了PMO的轻工行业标准QB/T 2766—2006。目前除中石化外未见其他相关公司对PMO的研究报道，而我国大型造纸企业对国内同等质量的PMO需求量较大，因此对 PMO的研制十分必要。

本研究以克拉玛依石化公司生产的石焟基油及光亮油为基础油，对各种添加剂进行评选、复配及优化，以研制符合我国轻工业标准的PMO。

1 性能指标

220号无灰型造纸机循环润滑系统润滑油（PMO220）执行我国QB/T 2766—2006标准，该标准中对油品的黏温性能、氧化安定性（包括氧化后酸值、旋转氧弹，以下同）、防锈性、抗泡性（泡沫倾向/泡沫稳定性，以下同）、抗乳化性、过滤性、极压抗磨性（包括磨斑直径、四球机PD值、梯姆肯机试验 OK值，以下同）及橡胶相容性等作了要求，主要性能要求及实验方法见表1。

表 1 PMO220的主要性能要求和实验方法［3］

由表1可知，PMO具有以下特点：①油品要求进行硫酸盐灰分的测定，因此添加剂中应选用不含金属元素的无灰添加剂。②油品对铜片腐蚀实验的要求严格，实验需进行48 h，这主要是由PMO的使用环境决定的，烘干部循环系统中使用的是铜管线进行油品的传输，因此应减少油品对金属铜的腐蚀。③油品需进行PALL过滤试验，这是PMO与其他油品的不同之处，主要是用于造纸机干部过滤系统。

2 基础油和黏度指数改进剂评选

2.1基础油

根据 PMO220的质量指标要求，基础油应选择运动黏度较大、黏度指数高的油品，因此选择克拉玛依石化公司生产的HVIH150BSM（光亮油）、HVIP8、MVI600、MVI300（均为石蜡基油）作为PMO220基础油的评选对象，各基础油加工工艺及主要性能分析见表2。

表2 基础油加工工艺及主要性能分析

由表 2可知，4种基础油中，只有光亮油HVIH150BSM的运动黏度超过220mm2/s，因此将其作为PMO220的基础油调和组分；其余3种基础油均为石蜡基油，但HVIP8是经过高压加氢工艺深度精制而成，因此，与MVI600、MVI300相比，黏度指数高、倾点低、抗乳化性能及氧化安定性优良、饱和烃含量高。综上所述，HVIH150BSM、HVIP8为PMO220基础油的最佳组分。

2.2黏度指数改进剂评选

黏度指数改进剂（Viscosity Index Improver，简称VII）又称增黏剂，用于改善油品的黏温特性。现对4种不同类型黏度指数改进剂的用量、黏度指数增长率、剪切安定性、抗乳化性进行考察，结果见表3。

由表 3可知，4种黏度指数改进剂相比，用量为：OCP=聚乙基正丁基醚＞PMA=PMA与OCP复合物，黏度指数增长率为：PMA与 OCP复合物＞PMA＞OCP=聚乙基正丁基醚。由于加入黏度指数改进剂的主要目的是增加基础油的黏度指数，因此选择PMA和PMA与OCP复合物进行剪切安定性、抗乳化性能考察，从考察结果来看，PMA优于PMA与OCP复合物，因此选择PMA作为PMO220的黏度指数改进剂。

表3 黏度指数改进剂考察实验

3 添加剂配方研究

3.1极压抗磨剂评选

PMO主要用以润滑造纸机干部循环系统的轴承及齿轮，虽然轴承负荷不高，但有些造纸机还需要油品来润滑滚动驱动齿轮和其他重负荷设备，以避免部件在重负荷下磨损和擦伤，要求油品必须具备优良的极压抗磨性能，因此需对极压抗磨剂进行评选。现采用四球机实验考察5种极压抗磨剂的性能。其中磨斑直径的测试采用四球长磨试验机，在规定的负荷条件下，上面的一个钢球对着表面覆盖有试样的下面3个静止的钢球旋转，实验结束后测量下面3个钢球的磨痕直径，以直径的大小来判断实验的抗磨性能。烧结负荷（PD值）是在实验条件下使转动球与 3个静止球发生烧结的最小负荷，PD值越大说明极压性能越好。实验结果见表4。

表4 极压抗磨剂考察实验

根据PMO220质量指标要求，油品磨斑直径不大于0.70 mm，PD值不小于200 kg，由表4可知，5种极压抗磨剂均不能满足PD值及磨斑直径的双重指标。其中，PW-1为硫型剂具有优良的极压性能，可满足PD值指标要求；PW-3+油性剂可改善油品抗磨性能；PW-4为S-P-N型剂，满足磨斑直径测定值要求，因此需根据不同极压抗磨剂的性能特点对其进行复配。

由于PW-1优异的极压性，PW-3+油性剂、PW-4优异的抗磨性，因此分别考察了两组极压抗磨剂的复配方案（PW-1+PW-3+油性剂和PW-1+PW-4），均满足PMO220对 PD值及磨斑直径的要求。

3.2金属减活剂评选

造纸机干部循环润滑系统中油品经由一些很细的铜管线滴到需润滑的部件上，由于在氧、光、热、金属的存在下会加速油品的氧化速度，生成酸、油泥和沉淀，降低油品的使用性能，因此需添加金属减活剂。现对3种金属减活剂进行铜片腐蚀实验考察，由于极压抗磨剂的添加会影响铜片腐蚀试验结果，因此一并进行考察，设有4种方案（见表 5）。铜片腐蚀试验是将一块已磨好的铜片浸没在一定量的油品试样中，并按产品标准要求加热到指定的温度，保持一定的时间，待实验周期结束时，取出铜片，在洗涤后与标准色板进行比较，确定腐蚀级别，级别越小表示油品中活性硫化物的含量越少，油品对铜片的腐蚀性越小。实验结果见表5。

表5 金属减活剂铜片腐蚀考察实验

由表 5可知，3种金属减活剂中，MD-1在油品调和及放置过程中出现浑浊，MD-3对铜片腐蚀的抑制能力最弱，因此选择 MD-2为油品的金属减活剂。从极压抗磨剂的选择来看，极压抗磨剂PW-1、PW-3与油性剂复配，对铜片的腐蚀性更低。

综上所述，通过对磨斑直径、PD值及铜片腐蚀实验的考察，最终确定 PMO220的极压抗磨剂复配方案为 PW-1、PW-3与油性剂复配，金属减活剂为MD-2。

3.3抗氧剂评选

抗氧剂的考察是利用 DSC（差示扫描量热仪）测定添加抗氧剂后油品的诱导期与起始氧化温度。对实验室常用的酚型和胺型抗氧剂进行不同比例的复配，并测定其诱导期与起始氧化温度。诱导期的试验方法为4mg样品在2 MPa氧气气氛下，以100℃/min的升温速率从 50℃快速升至 200℃，在 200℃下保持30 min，测定其被氧化的时间，时间越长表示氧化安定性越好。起始氧化温度的实验方法为：4 mg样品在1MPa氧气气氛下，以10℃/min的升温速率从50℃升至400℃，测定油品裂解的最低温度（起始氧化温度），温度越高表示氧化安定性越好，测定结果见表6。

表6 抗氧剂DSC考察实验

由表 6可知，当总抗氧剂用量不变时（均为0.5％），酚型与胺型复配后的油品比只加单剂时氧化诱导期长、起始氧化温度高，且两种抗氧剂的最佳配比为酚型∶胺型=2∶3。

3.4抗泡剂评选

油品中需添加抗泡剂来解决发泡问题，现对3种抗泡剂进行泡沫性能考察实验。实验方法：试样在24℃时，用恒定流速的空气吹气 5 min，然后静止10 min，在每个周期结束时，分别测定试样中泡沫的体积，取第二份试样在 93.5℃下进行试验，当泡沫消失后，再在 24℃下进行重复实验（即 “后”24℃）。实验结果见表7。

表7 3种抗泡剂泡沫特性考察实验

从表7实验结果可以看出，3种抗泡剂均不能完全满足油品对泡沫性能的要求；抗泡剂甲基硅油的加入可有效降低油品的低温泡沫性，但高温泡沫性差；甲基硅油酯、硅型与非硅型复合物的加入对高温泡沫性有改善，但低温泡沫性没有达到指标要求。

硅油是直链状结构，由无机物的Si—O键和有机物R组成，当R为甲基时，该化合物称为甲基硅油，是目前所应用的主要抗泡剂。由于甲基硅油中 Si—O键的数量不同，因此相对分子质量也不同。下面对加入不同相对分子质量甲基硅油的油品进行泡沫性能考察，考察结果见图1。

图1 不同相对分子质量甲基硅油泡沫倾向性比较

由图1可知，当6种不同相对分子质量的甲基硅油用量相同时，随着相对分子质量的增大，油品泡沫倾向性出现先减小后增大的趋势，其中甲基硅油相对分子质量为6万时泡沫倾向性最小。从图1中可以看出，6种甲基硅油在93.5℃时泡沫倾向性均大于 75 mL。因此，单独采用甲基硅油不能满足油品对抗泡性能的质量指标要求。

从前期对不同种类抗泡剂的考察结果来看，甲基硅油酯、硅型与非硅型复合物的加入对高温泡沫性能有改善，而相对分子质量为 6万的甲基硅油对降低低温泡沫性效果最明显，因此采用不同类型抗泡剂复配来实现其对高低温泡沫性能的提高，考察结果见表 8。

表8 抗泡剂复配考察实验

由表8可知，当采用相对分子质量为6万的甲基硅油与甲基硅油酯复配时，泡沫倾向性均小于75 mL，满足PMO220对泡沫性能的指标要求。

4 添加剂复配性能考察

PMO220的调和是以HVIH150BSM、HVIP8为基础油，采用外加法向基础油中添加黏度指数改进剂、极压抗磨剂、油性剂、金属减活剂、抗氧剂、防锈剂、抗泡剂、破乳剂。基础油及各类添加剂的用量见表9。

表9 PMO220调和方案

表10 研制的 PMO220主要性能分析结果

对比我国轻工行业标准QB/T 2766—2006质量指标，对研制的PMO220的相关性能进行分析，分析结果见表10。

由表 10可知，所研制的 PMO220在运动黏度、黏度指数、闪点、倾点、硫酸盐灰分、泡沫性、铜片腐蚀、抗乳化性能、液相锈蚀、极压抗磨性、旋转氧弹及PALL过滤试验等指标均满足要求。

5 使用要求及建议

5.1一些厂家存在用其他油品代替循环系统润滑油的情况，但这些油品在氧化安定性、极压性、过滤性等方面均无法满足循环系统的润滑要求，使造纸机运行中轴承检修和轴承的更换率增加。循环系统润滑油是针对造纸机循环系统工况设计的，完全满足其使用要求，延长了换油期，因此造纸机循环润滑系统一定要使用专用润滑油。对于不同厂家的PMO，即使是同种类、同黏度级别，若不经过混油试验也不能同时使用。

5.2油品在使用过程中，受热氧化、机械剪切等作用，以及水分、灰尘等杂质的混入性能逐渐变差，使黏度、酸值、含水量上升，产生油泥，颜色变深，必须加强监测，定期取样，按时或按质换油。

6 结 语

6.1通过对不同工艺条件基础油的评选，最终选择适宜的基础油组分为光亮油HVIH150BSM和石蜡基油 HVIP8。通过对不同种类的黏度指数改进剂进行考察，最终选择聚甲基丙烯酸酯（PMA）作为PMO220的黏度指数改进剂。

6.2分别对极压抗磨剂、金属减活剂、抗氧剂、防锈剂、抗泡剂进行评选，并进行添加剂复配及优化，最终研制出符合我国轻工行业标准QB/T 2766—2006质量指标要求的220号无灰型造纸机循环润滑系统润滑油。

［1］ ZHANG Chun-hui，CHEN Hui-qing，HU Gang.Integrated Lubrication Management and Its Influence on Paer Industry［J］.China Pulp ＆amp；Paper，2004，23（4）：45.张春辉，陈惠卿，胡 刚.面向造纸行业的全面润滑管理技术［J］.中国造纸，2004，23（4）：45.

［2］ CHEN Hui-qing，CHEN Li-hua，GUO Jian-feng.Selection and Application of Lubricants for Paper Machine［J］.China Pulp＆amp；Paper，2003，22（3）：51.陈惠卿，陈丽华，郭剑锋.造纸机械设备润滑剂的选择和应用［J］.中国造纸，2003，22（3）：51.

［3］ CHEN Hui-qing.The Development and Application of the Paper Machine Circulation Oil［J］.Lubricating Oil，2004，19（1）：45.陈惠卿.造纸机械循环润滑油的研制和应用［J］.润滑油，2004，19（1）：45.

［4］ QB/T 2766—2006，Mineral papermachine circulating oil［S］.QB/T 2766—2006，矿物油型造纸机循环润滑系统润滑油［S］.CPP

（责任编辑：董凤霞）

Development of the Ashless Paper M achine Lubircating Oil

HUA Hui*KE You-sheng BIHAZITuersunnayi JIA Yi-feng
（Petrochina Karamay Petrochemical Company，Karamay，Xinjiang Uygur Autonomous Region，834003）
（*E-mail：ypshuahui@petrochina.com.cn）

Using the paraffin oil and bright stock produced by Karamay Petrochemical Co.as the base oil，the antiwear agent under extreme pressure，metal deactivator，antioxidant，anti rust agent，and defoaming agentwere avaluated and relected separately，and the additive formulation was designed and optimized.Finally the ashless papermachine lubricating oilwhichmeet the requirements of light industry standard QB/T 2766—2006 quality index number 220 was developed.

papermachine；lubricating oil；ashless type

花 卉女士，工程师；主要从事油品研究工作。

TS73；TE666

A

0254-508X（2015）08-0033-05

2015-04-22（修改稿）