中石化炼化工程集团洛阳技术研发中心

柴油作为发动机燃料,不仅要有好的燃烧性能,还要有一定的润滑性,以防止供油系统中油泵、油料控制系统和喷嘴的严重磨损和失效。随着环保意识的不断提高,柴油质量不断升级,柴油中的抗磨成分越来越少,柴油的润滑性也随之下降［1］,需要添加抗磨剂来满足使用要求。不仅车用柴油需要评价润滑性,普通柴油标准中也增加了润滑性的评定要求。柴油润滑性测定的标准试验方法是SH/T 0765-2005《柴油润滑性评定法(高频往复试验机法)》。这一方法是通过高频往复试验机模拟机械摩擦产生的磨斑直径大小进行评价,属于条件性试验,但标准方法中对一些操作条件限制范围很宽,如果操作时条件控制不一致,会使测定结果重复性变差。另外,由于摩擦原理的复杂性、试验样品的多样性、方法的精密度等因素影响,也会使不同操作者之间结果一致性、可比性差。本文考察了温度和相对湿度、样品均匀性及样品存放时间对柴油润滑性测定结果的影响。

试验部分

试验样品

◇低标和高标：低润滑性参考标准(DF-7-08),证书给定的标称值为WS1.4=(420±36)μm,HCF=12 μm/kPa;Haltermann GmbH;高润滑性参考标准(DF-92-02)证书给定的标称值为WS1.4=(623±76)μm,HCF=55 μm/kPa;Haltermann GmbH。

◇车用柴油：市售0号车用柴油,中国石化集团公司抽检0号车用柴油。

仪器和试剂

所使用的仪器和试剂如下：

◇PCS公司生产的高频往复摩擦磨损(HFRR)试验机,英国,2台,采用饱和溶液控制试验夹具周围的温湿度。

◇WF-1型 高频往复摩擦磨损(HFRR)试验机,上海迈瑞尔,1台,外接蒸馏水瓶和干燥剂瓶自动控制温湿度。

◇显微镜,SOLF 53X, 放大倍数为100X。

◇超声波清洗器,KQ-250B。

◇甲苯和丙酮,分析纯。

柴油润滑性的测定

采用SH/T 0765-2005进行柴油润滑性的测定。

结果与讨论

温度和相对湿度的影响

SH/T 0765-2005中要求试验环境的温度和相对湿度应控制在图1所示的容许范围内,即温度控制在17～28 ℃,相对湿度控制在20%～70%。将温度和相对湿度控制在图1的范围内,考察了不同样品的润滑性,结果见表1。

图1 试验环境的温度和相对湿度的容许范围

表1 温度和相对湿度对柴油润滑性试验结果的影响

由表1可以看出,虽然温度和相对湿度的控制符合SH/T 0765-2005的要求,但对于不同样品,温度和相对湿度的变化的影响不同：

◇从高标样品的数据看,随着温度和相对湿度的变化,所测得的平均磨斑直径MWSD变化不明显,4次结果的极差为16,湿度校正系数按标物证书给定值HCF=12校正后,校正后的结果与MWSD接近,极差为12,且与标物证书给定的标称值420 μm接近。如果将其作为未知样品考虑,校正后结果的极差为46,且偏离标物证书给定的标称值420 μm较大。

◇从低标样品的数据看,随着温度和相对湿度的变化,所测得的MWSD变化明显,4次结果的极差为76,按标物证书HCF=55给定值校正后,校正后结果的极差为32。如果将其作为未知样品考虑,校正后结果的极差为29,按HCF=60和HCF=55校正的结果相差不大。

◇从车用柴油1的数据看,随着温度和相对湿度的变化,所测得的MWSD变化不明显,3次结果的极差为7,按HCF=60校正后,3次结果的极差为26,极差变大。

◇从车用柴油2的数据看,随着温度和相对湿度的变化,所测得的MWSD变化明显,3次结果极差为51,按HCF=60校正后,3次结果的极差为6,极差变小。

在不同的温度/相对湿度条件下,分析了多个柴油,发现储存时间较长或加有抗磨剂的柴油,对温度和相对湿度的变化不敏感,如果试验时温湿度控制不当,校正后的磨斑直径就会偏离真实值,如高标样品和车用柴油1。而对于新采集的或馏分比较单一的柴油,对温度和相对湿度的变化比较敏感,例如低标样品和车用柴油2,受温度和相对湿度的影响较大,校正后可减小偏差。

由于不同样品受温度和相对湿度的影响不同,如果温度和相对湿度匹配不适宜,不仅影响结果的准确性,甚至还影响临界值的符合性判断,如表1中的车用柴油1,不同的温度和相对湿度下MWSD均大于460 μ m,属于不合格,而校正后WS1.4结果有的会小于460 μm,影响了结果判定。通过多年经验积累,笔者发现,针对不同的温度,将相对湿度控制在标准所要求的区间的中心线附近,则测定的MWSD结果与校正后的结果相差较小。如果条件允许,可以直接将温度和相对湿度分别控制在某一数值(如对于上海迈瑞尔WF-1型HFRR试验机,将温度/相对湿度控制为23 ℃/49.5%),使磨斑平均值MWSD接近校正值WS1.4,以保证数据一致,减少由于温度和相对湿度校正引起的偏差。

样品均匀性的影响

SH/T 0765-2005标准中对样品的均匀性没有进行详细规定,但在长期试验过程中发现样品的均匀性会影响润滑性测定结果的准确性。考察了未摇匀和摇匀(通过手动摇匀)的样品的润滑性,结果见表2。

从表2可以看出,未摇均匀的样品校正后磨斑直径WS1.4重复性差,且与摇匀的样品结果差别大,从标油数据可发现未摇均匀的样品测定结果偏离标称值。

为满足柴油越来越高的清洁化要求,柴油的精制程度越来越高,柴油中的抗磨成分越来越少,柴油的润滑性随之下降,需要添加抗磨剂来满足使用要求。另外,柴油还可能需要加入十六烷值改进剂、降凝剂等,不同的添加剂对润滑性的影响不同,且久置后可能聚集在样品不同部位,加上润滑性试验需要的样品量较少,容易造成取样不均匀,使测定结果偏高或偏低。因此进行取样前,要充分摇动试样使其混合均匀,以消除样品不均匀带来的影响。

表2 样品均匀性影响

样品存放时间的影响

对不同来源的同一样品,由同一操作者,在常温密闭条件下,存放不同的时间进行了润滑性测定,结果见表3。

从表3可以看出,不同的柴油受存放时间的影响不同,可以总结为以下3种情况：

◇一些加有添加剂的成品柴油润滑性不随时间的延长而变化,如车用柴油1、2,样品常温保存2个月,按不同的时间间隔进行4次测定,结果符合SH/T 0765-2005的重复性要求,没有出现趋势性变化。

◇一些润滑性本身较差的柴油随时间延长,润滑性变好［2］,如抽检柴油1、2,3,样品放置15天后测定结果比初次检测结果小,润滑性变好,但对未打开过的保留样品,结果未变化。这可能是由于样品打开后某些不稳定的成分被氧化,使柴油润滑性变好。

◇某些柴油馏分随时间延长润滑性会变差,如馏分柴油1、2。影响柴油润滑性的原因很多,如不同添加剂之间的反应、基础油的稳定性、抗磨剂的稳定性等,因此样品的存放时间对不同的柴油会有不同的影响。进行样品比对或能力验证时,应考虑到这一影响因素,减小样品存放时间的影响。

结论

按照SH/T 0765-2005进行柴油润滑性测定时,为了减小偏差,提高测定准确度,应注意以下几点：

◇将温度和相对湿度控制在SH/T 0765-2005给定的范围的中心线附近,使MWSD接近校正值,以减小校正对不同类型样品的影响。

◇测定样品前应充分混合均匀,保证样品的均匀性。

◇进行样品测定时,应考虑样品贮存时间及方式对测定结果的影响。

表3 存放时间对结果的影响

[1]林荣兴，朱军，范文琴.柴油润滑性的影响因素考察[J].石油炼制与化工，2005，36（8）：31-34.

[2]闾邱祁鸣，冯心凭.影响柴油润滑性检测结果的因素[J].润滑与密封，2011，36（3）：117-121.