谢文秀

中国石化润滑油有限公司上海研究院

本文考察了基础油和不同类型防锈剂对涡轮机油防锈性能、酸值以及抗乳化性能的影响，为涡轮机油配方的开发提供参考。

涡轮机（也叫透平机械）包括蒸汽轮机、燃气轮机和水轮机等，随着设计制造技术及国家电力工业的快速发展，呈现出向大容量、高效率的蒸汽轮机组、大型联合循环机组的趋势发展。其中，蒸汽轮机的蒸汽温度和工作压力不断增大，工作负荷越来越重，这些对使用的涡轮机油的抗氧化、防锈以及抗乳化等性能提出了更高的要求。

汽轮机组，特别是蒸汽轮机，在运行过程中蒸汽和冷凝水渗入油系统，不仅会促进油品乳化，还会引起腐蚀，严重时还会引起调速系统片失灵、机组振动、过量磨损等不良后果，所以涡轮机油要具有优异的防锈性能。

防锈剂多是一种极性物质，防锈剂的加入在改善油品防锈性的同时，可能会对油品的酸值和抗乳化能力造成不利影响。而根据涡轮机油标准GB11120的规定，酸值不大于0.2 mgKOH/g，抗乳化性（乳化液达到3 mL的时间，54 ℃）不大于15 min（VG32和VG46）。因此，有必要对防锈剂对涡轮机油的防锈性、酸值及抗乳化性能的影响进行考察。

试验部分

原料

基础油：HVI Ib150、API II类加氢基础油a、API II类加氢基础油b。

添加剂：防锈剂A（羧酸半酯）、防锈剂B（羧酸型）、防锈剂C（羧酸衍生物）、防锈剂D（氨基酸衍生物）、防锈剂E（有机酸酯）。

试验设备

上海田中科学仪器有限公司KR-2石油和合成液破乳化性能测定仪；上海效德仪器有限公司RLP-6液相锈蚀试验仪；Metrohm公司862自动酸值滴定仪；Cannon公司CAV2100全自动运动黏度测定仪；日本三菱IATRON公司MK-6s TLC-FID棒薄层色谱仪。

试验内容

对API I、II类加氢基础油和羧酸型、羧酸半酯型等不同类型防锈剂进行了考察，并采用以上试验设备对基础油族组成以及油品的防锈性能、酸值和抗乳化性能进行分析测试。

结果与讨论

不同基础油防锈性能考察

防锈剂多是一些极性物质，当含有防锈剂的油品与金属接触时，防锈剂分子中的极性基团对金属表面有很强的吸附力，在金属表面形成紧密的保护层，阻止腐蚀介质与金属接触，从而起到防锈作用[1]。

基础油占到成品油的95%（质量分数）以上，起到载体作用和油效应作用。油分子通过和防锈剂碳氢链结合使防锈剂分子定向地排列在金属表面，从而形成保护膜，见图1[2]。

以国产HVI Ib150、API II类加氢基础油a和API II类加氢基础油b为例，添加m%T746防锈剂，考察其防锈性能，结果见表1。

从表1可以看出：

◇当基础油中不加防锈剂时（样品1至样品4 为未加防锈剂的纯基础油），其液相锈蚀结果均为重锈。说明基础油本身不具备足够的防锈能力，不能够满足涡轮机油的质量指标，因此需要加入防锈剂。

◇当加入m%T746后，不同基础油的防锈结果有所不同。HVI Ib150和API II类加氢基础油b为无锈，API II类加氢基础油a为轻锈，而HVI Ib150和API II类加氢基础油a混合后的油样为无锈。说明加入一定加剂量的T746后，不同基础油的防锈性能不同，即基础油对油品的防锈效果有一定影响。相同防锈剂在不同基础油中的防锈性能不同，这主要是不同基础油的组分不同所造成的[3]。T746为十二烯丁二酸，是一种极性物质，其极性基团能与金属生成盐形成化学吸附，在金属表面吸附形成保护层，从而起到防锈作用，而基础油中的极性物质（胶质和沥青质）与防锈剂在金属表面的竞争吸附，进而影响了油品的防锈性能。API II类加氢基础油a中的极性物质最多，对防锈剂的干扰也最大，故其防锈性能越差。

图1 防锈剂分子中极性分子与烃类在金属表面的吸附示意

表1 基础油的防锈性能

目前涡轮机油为了延长油品的使用寿命，通常采用API Ⅱ类、Ⅲ类加氢基础油调制，其中API II类加氢基础油使用较为广泛。通过对不同基础油的防锈性能考察发现，T746在API II类加氢基础油a中的效果较差，而且，因此选择API II类加氢基础油a继续研究不同类型防锈剂的作用及其对油品其他性能的影响。

不同防锈剂在API II类加氢基础油中的防锈性能考察

液相锈蚀试验考察

采用液相锈蚀试验考察了不同防锈剂在API II类基础油a中的防锈性，同时考察了油品的酸值、抗乳化性能，结果见表2，液相锈蚀结果见图2。

从表2可以看出，在相同的基础油条件下，不同类型防锈剂的防锈效果以及对油品酸值和抗乳化性能的影响有所不同：

◇当API II类加氢基础油a不加防锈剂时，液相锈蚀为重锈；当加入m%防锈剂A、B、C和D时，油样均为无锈，但加入m%防锈剂E后油品为轻锈，说明在此基础油中有机酸酯防锈剂E的防锈效果略差。

◇加入羧酸型防锈剂B的油品酸值较高，半酯类和衍生物类的防锈剂酸值较低。这与添加剂的化学结构有关。酸值对涡轮机油中防锈剂加剂量和种类有一定的限制。

◇加入羧酸型防锈剂B和氨基酸衍生物防锈剂D的油品抗乳化性较差[4]，均超过10 min，补加0.01%破乳剂F后抗乳化性均可降低至5 min，说明可以通过补加适量的破乳剂来改善防锈剂对油品的抗乳化性能造成的影响。

水洗防锈试验考察

由于涡轮机特别是蒸汽轮机的运行过程中可能会有水的混入，水分的增加不仅会增加设备腐蚀的风险，而且作为极性物质，还会影响防锈剂的作用。在API II类加氢基础油a中加入m%防锈剂A、B、C和D液相锈蚀（合成海水，24 h）结果均为无锈，为了进一步探究不同防锈剂的防锈效果，使用试验条件更为苛刻的水洗防锈试验进行考察。该试验是将300 g油样于烧杯中，再加入50 g蒸馏水，并将烧杯放入90 ℃油浴中使用搅拌器搅拌30 min，冷却至室温后使用分液漏斗静置分层，将下面的水层放出，上面的油层按照GB/T 11143（B法）方法测试。

表2 不同防锈剂在基础油中的性能考察

图2 不同防锈剂在API II类加氢基础油a中的液相锈蚀结果

使用API II类加氢基础油a作为基础油，加入同等剂量的防锈剂，考察不同结构类型的涡轮机油常用防锈剂的水洗后防锈性能，结果见表3及图3。

从表3可以看出，在API II类加氢基础油a中，不同防锈剂的水洗后防锈结果不同：加入羧酸型防锈剂B、羧酸衍生物防锈剂C和氨基酸衍生物防锈剂D的油品为无锈，加入羧酸半酯防锈剂A的油样为轻锈，加入有机酸酯防锈剂E的油样为中锈。不同类型的防锈剂在II类加氢基础油中的防锈效果以及对油品其他性能的影响有所不同，这与防锈剂的结构以及基础油的感受性有关。羧酸型防锈剂的防锈效果较好，但对油品的酸值和抗乳化性能影响较大，有机酸酯防锈剂在此基础油中防锈效果较差。

结论

☆基础油中的极性化合物对油品的防锈性能有一定影响。一定剂量的防锈剂可以改善基础油的防锈性能，但基础油的极性化合物越多其改善效果略差，这可能与基础油中的极性化合物和防锈剂产生竞争吸附有关。

表3 不同防锈剂的水洗防锈试验结果

图3 不同防锈剂的水洗后液相锈蚀结果

☆通过不同类型防锈剂在API II类加氢基础油a中的考察，发现不同类型防锈剂的防锈效果以及对油品酸值和抗乳化性能的影响有所不同：加入m%防锈剂A、B和C，油品的防锈、酸值和抗乳化均满足要求，但是相对而言加入防锈剂B的油品酸值较高；加入m%防锈剂B和D的油品较加入其他防锈剂的油品抗乳化能力略差，但可以通过加入适量破乳剂改善；加入m%防锈剂E的油品防锈性能略差，在实际使用时需要加大加剂量。

☆不同类型防锈剂在API II类加氢基础油a中水洗防锈试验结果表明：5种不同类型防锈剂中，有机酸酯和羧酸半酯型的防锈性能略差。

☆通过考察防锈剂在涡轮机油中的性能影响，可以为涡轮机油开发中防锈剂的筛选以及运行涡轮机油防锈剂的补加提供参考。在选择防锈剂时，应综合防锈性能以及对油品酸值和抗乳化能力的影响几个方面进行综合考量。