气柜密封油在冶金企业焦炉干式气柜的使用

杨海冰 孙莎莎

1 中国石化润滑油有限公司西北分公司陕西销售中心

2 中国石化润滑油有限公司华北分公司华北技术支持中心

气柜是冶金焦化、炼铁等工段进行生产重要的一环，储存焦炉煤气、高炉煤气等有毒易爆性气体，平衡气体压力，保障气体供应，但由于储存气体的特殊性，易引发安全事故，因此，干式气柜的密封和安全更加成为冶金企业生产的重要一环。本文针对焦炉煤气柜由于气源不稳定在使用过程中气柜密封油性能下降的原因进行分析，采取了有效的油品性能改善应对措施，取得了良好效果。

气柜特点及要求

气柜的作用主要是储存煤气和其他混合气，调节煤气高低不均匀的供气负荷。冶金行业的储气柜按照密封方式分为湿式柜和干式柜两种。干式柜中大部分采用润滑油密封，是冶金行业应用广泛的一种储存和输送焦炉煤气的设备。焦炉煤气为有毒且易爆性气体，空气中的爆炸极限为6%～30%，一旦泄漏极易引起安全事故，因此焦炉煤气柜的密封更应该受到重视。

焦炉气特点及对气柜密封油性能的影响

焦炉煤气是冶金企业生产过程的副产品，同时作为可燃性气体可以为炼铁、炼钢提供原料。焦炉煤气是由混合煤制成炼焦用煤后经过高温干馏，产出焦炭和焦油的同时产生的气体，其组成气体的成分因原料煤的不同有所差别，但基本成分为氢气、甲烷、一氧化碳、C2以上不饱和烃、二氧化碳、氧气、氮气等组成，除此之外还包含H2S、氰化氢、氨、焦油及萘等杂质。氢气、甲烷、一氧化碳、C2以上不饱和烃为可燃成分，二氧化碳、氧气、氮气为不可燃组分。焦炉煤气组成成分见表1。

由于焦炉煤气中掺杂轻馏分进入气柜后，溶入密封油中会导致黏度和闪点等技术指标的下降，降低气柜的安全性，气柜密封油对气柜的密封作用是至关重要的。油品的运动黏度直接影响气柜的密封效果，气柜密封油的闪点从侧面可以反映出气柜密封油中轻组分的含量。下面将对轻组分对气柜密封油性能的影响进行介绍：

表1 焦炉煤气组成成分

萘的影响

煤气采用横管间冷工艺冷凝冷却过程，除萘效果明显，如果煤气温度冷却至20～22 ℃时，煤气出口含萘量可降低至0.5 g/m3。如果使用先间冷后直冷的工艺进行冷却，除萘效果较差，会残留较多萘，萘通过煤气进入气柜后与密封油充分混合并溶于密封油后，可以直接导致运动黏度降低。

苯的影响

焦炉煤气中的苯通常用洗油进行脱除，洗苯工序前需将煤气温度降低至所需温度。冷却工艺分为间冷和直冷。间冷工艺的费用较低，一般采取这种方式，但是净化效果较差，一般可以将苯降低至2～4 g/m3。如果进入气柜的煤气中苯含量较大，对密封油的影响与萘相似，导致运动黏度短时间大幅度持续下降，同时闪点降低。

H2S等的影响

大型冶金企业一般设有脱硫脱氰装置，保证产出的煤气中H2S、氰化氢满足国家环保标准。常见的脱硫方法有AS法、真空碳酸盐法、乙醇胺法等吸收式脱硫方式，或采用HPF、FRC、ADA等氧化法脱硫工艺。如果方法选取得当，可以将H2S 气体降低至 200～500 mg/m3。但如果方法选取不当，使焦炉煤气中的H2S、氰化氢气体含量较高，经过煤气到气柜中与密封油接触，会造成密封油酸值的提升，从而腐蚀钢结构，影响液相锈蚀的检测结果。

焦炉气柜密封油在某冶金企业的使用效果及改善

运行油检测

焦炉煤气柜在冶金企业能源动力、炼钢、炼铁、冬季供暖等环节使用中异常重要。2017年10月，对北方某大型冶金企业动力厂5万m3焦炉煤气柜进行80余吨的装机换油，气柜设计方要求采用长城1号低凝气柜密封油进行气柜的密封（遵照标准为Q/SH 3031 0364），经过半年多的运行后，季度油品检测中发现：油品运动黏度及破乳化性产生变化，运动黏度降低14%，破乳化性超出技术指标要求，闪点大幅度下降，液相锈蚀从无锈变化为重锈。新油和运行3个月后柜内取样在用油品检测结果见表2。

从表2可以看出，运行油运动黏度大幅下降，破乳化性能、液相锈蚀等超出技术要求，闪点急剧下降。通过闪点从215 ℃下降到178 ℃可知，气柜密封油中混入了轻组分。在水分没有明显变化的条件下，液相锈蚀从无锈转变为重锈，推断其气源中含有大量H2S成分。综合各项指标的变化，可以推断是由于气源中轻组分含量较多造成密封油黏度、闪点等性能急剧变化，从用户得知由于近期工艺改造导致焦炉煤气供应不稳定，导致气柜密封油短时间内性能下降。与用户针对气源进行进一步沟通后，决定添加一套煤气净化及脱硫脱硝装置，对生产出的焦炉煤气进行净化，去除轻组分及含硫气体，减少气体对气柜密封油的污染，同时要求对气柜中润滑油提供改善方案。

密封油使用效果的改善

在针对分析结果进行交流后，由于焦炉煤气柜中气体不同于高炉煤气，焦炉气柜密封油使用过程中运动黏度的随使用时间而降低，因此，主要针对破乳化性、闪点、液相锈蚀这几项劣化严重的指标进行改善，并定制了改善方案，于2018年10月在油泵站对油品进行补加，通过30天的循环，对油品进行了改善后的检测。改善前后油品取样检测结果见表3。

表2 运行油检测结果

表3 改善前后取样检测结果对比

油中水变化

水分表示的是气柜密封油中含水量的质量分数，水分含量过高会加大冬季使用过程中气柜内壁出现结冰现象的风险，结冰后将导致活塞出现卡顿，难以正常移动，从而柜体向一个方向倾斜，焦炉煤气泄漏，导致安全事故。

由于气柜密封油是一个循环过程，在使用中有泵站进行长时间、不间断的油水分离过程，试验室条件的30 min 破乳化性指标需要结合油中含水量共同进行衡量。虽然在加入改善剂后，抗乳化性检测结果均为＞30 min，但密封油中水分在改善前检测的分析结果为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剂后大幅降低，减小了由于密封油中水分含量过高造成冬季气柜内壁出现结冰现象而导致安全事故的风险。水油分离是一个长期的过程，静置时间越长，油水分离效果越明显，气柜内温度的提升也利于水油的分离。

液相锈蚀变化

加入改善剂后，液相锈蚀分析结果从重锈提升至无锈，气柜密封油防锈性能得到明显改善，能够对气柜金属部件起到很好的防腐蚀作用。造成锈蚀的主要原因是水分和硫元素，水分在加入改善剂后得到大大降低，减小了水分对锈蚀的不利影响；硫元素是外来元素，通过硫化物等其他形式随煤气进入气柜并溶入润滑油中，易造成液相锈蚀指标变差，造成对金属的腐蚀。

闪点变化

在用密封油改善前闪点降低至180 ℃以下，影响到气柜的使用安全，加入改善剂后，闪点检测结果从172 ℃提升至200 ℃。通过提高气柜入口温度和对气柜密封油加热的方式对整体进行升温，将轻组分进一步排除。

结束语

通过对气柜密封油的性能监测结果进行分析，可以找出导致密封油短期劣化的原因。主要变化因素来自气源的恶化，尤其是轻组分和含S、N氧化物的混入，将导致气柜密封油运动黏度、闪点的迅速恶化及液相锈蚀的恶化。针对气源变化，采取了增加焦炉煤气净化设施及改善油品性能指标等应对措施，保障密封油的技术指标，从而增强气柜密封性能，可以提升生产过程中的安全性，延长气柜密封油的使用时间，得到客户的认可。