Физико-химические показатели, оценивающие свойства масла

Размещено на http://www.allbest.ru/

ООО "Газпром трансгаз Ухта"

Нюксенское ЛПУ МГ

Физико-химические показатели, оценивающие свойства масла

2018 год

Работа современной техники от самых простых устройств до сложных современных машин и приборов, имеющих взаимно перемещающиеся и трущиеся детали, невозможна без применения смазочных материалов.

Создание долее совершенных двигателей и машин, увеличение срока их службы, как правило, связанно с необходимостью повышения качества применяемых для них смазочных материалов. Многочисленные примеры показывают, что на современном этапе развития техники роль смазочных материалов возрастает настолько, что несвоевременное решение проблемы улучшения качества их может служить тормозом развития двигателей и машин. физический химический масло

В различных двигателях и машинах создаются неодинаковые условия работы взаимно перемещающихся деталей (температура, давление, материал, из которого изготовлены детали, и др.). Это определяет многообразие требований к качеству смазочных материалов.

В настоящим приложении к технической инструкции на проведение химического контроля за качеством масла химическими лабораториями компрессорных станции рассматриваются основные вопросы, связанные с качеством масла. Качество масла, предназначенного для применения, оценивается рядом физико-химических показателей, характеризующих его отдельные свойства.

Масло в т/а компрессорных станции работает в различных температурных условиях, поэтому необходимо использовать только высококачественное масло, имеющее хорошие эксплуатационные свойства как при высоких, так и при низких рабочих температурах.

Главное требование смазочного масла, это обеспечение надежной и долговечной работы турбоагрегатов.

Масло состоит из углеводородов и их производных, которые в определенных условиях способны изменяться. Желательно, чтобы эти изменения не были глубокими и не приводили к образованию больших отложений при работе (нагар, лак, осадок). Кроме того, не должны образоваться продукты, обладающие сильной коррозионной активностью по отношению к материалу, из которого изготовлены детали машин. Само собой разумеется, что в свежем масле не должно содержаться таких продуктов.

При работе масло не должно сильно испаряться, так как это по-влечет его повышенный расход. Расход масла не должен превышать норм, установленных для данного турбоагрегата. Если в масле содержатся присадки, они не должны выпадать в осадок и задерживаться масляными фильтрами. При работе масло не должно сильно вспениваться. В процессе транспортировки и длительного хранения оно не должно претерпевать заметных изменений.

Чтобы установить, соответствует ли масло предъявляемым уму требованиям, разработаны лабораторные методы оценки его качества.

Главным фактором, содействующим сокращению срока службы масла, является загрязнение. Несмотря на то, что загрязнения, содержащиеся в маслах, весьма разнообразны, до настоящего времени оценку загрязненности масла проводят в подавляющем большинстве случаев только по количественным показателям (по массе и объему загрязнении). Хотя химический состав загрязнении и их структура не меньше, чем концентрация, оказывают влияние на эксплуатационные свойства масел и определяют их действие на детали машин и механизмов, в которых применяют масло, содержащие эти за-грязнения.

С химическим составом загрязнений тесно связано их фазовое состояние, Загрязнения в маслах могут возникнуть как вследствие их попадания извне, так и в результате изменения углеводородного состава масел. Эти процессы начинаются уже при выработке масла на нефтеперерабатывающих заводах и продолжаются на всех стадиях его транспортировки, хранения и применения.

Борьба с загрязнениями масла на каждой из этих стадий имеет специфические особенности, поэтому загрязнения целесообразно классифицировать по основным этапам производства, транспортирования, хранения и применения масел.

Загрязнения образующиеся в маслах или попадающие в них при производстве, относятся к производственным.

Загрязнения, попадающие в масла или образующиеся в них при транспортных операциях (перевозка масла, хранение на складах ГСМ, перекачка при приеме и выдаче, заправке машин), относятся к операционным загрязнениям.

Загрязнения, которые возникают в маслах или заносятся в них при эксплуатации двигателей, механизмов, гидравлических систем и т.п., относятся к эксплуатационным загрязнениям.

Состав эксплуатационных загрязнений не исчерпывается приведенными в таблице веществами.

При использовании смазочных масел в двигателях редукторах и других механизмах износные загрязнения образуются вследствие частичного разрушения смызываемых деталей (подшипников, зубчатых передач), поэтому при длительной циркуляции масла в системе смазки доля продуктов окисления, которые при хранении масла образуются в весьма небольших количествах, а при эксплуатации техники (когда с повышением температуры масла скорость окислительных процессов резко возрастает) эти процессы не заканчиваются образованием первичных продуктов окисления, а идут глубже, сопровождаясь полимеризацией и уплотнением образовавшихся веществ.

Применение загрязненных масел может вызвать внезапные отказы техники, а также большие материальные потери, связанные со снижением ресурса работы агрегатов и машин.

Присутствие воды в масле усиливает его склонность к окислению, а также ускоряет процессы коррозии металлических изделий, соприкасающихся с маслом, и их износ. В свежем масле вода ГОСТом не допускается, но при неправильной транспортировке, хранении и применении она может накапливаться в масле (особенно у масел, содержащих присадки). При образовании стабильной водно-масляной эмульсии микрокапли воды в смазывающем слое масла отрицательно влияют на процесс смазки. В теплонапряженных узлах вода может испаряться, при этом происходят разрывы масляной пленки между трущимися поверхностями. В присутствии воды значительно активнее протекают процессы окисления углеводородов, что ускоряет забивание маслоочистительных устройств (в первую очередь - фильтров тонкой очистки, а также других агрегатов масляных систем), образующимися при этом продуктами.

Окисление углеводородов рабочей жидкости особенно интенсивно протекает при совместном воздействии на них воды и неорганических загрязнителей - металлических частиц, являющихся катализаторами окисления.

Присутствие воды в маслах способствует их микробиоло-гическому заряжению. Интенсивный рост микроорганизмов происходит на границе «масло-вода» и сопровождается образованием больших количеств продуктов жизнедеятельности - пирогенных веществ. Это ухудшает физико-химические и эксплуатационные свойства масел (за счет их частичного разложения, изменения вязкости и уменьшения смазывающей способности).

Биологическое поражение нефтяных масел существенно повышает их коррозионную активность по отношению к металлам. Это связано с усилением химической коррозии из-за образования в масле при жизнедеятельности микроорганизмов таких агрессивных веществ, как органические и минеральные кислоты, аммиак, свободная сера, двуокись углерода, сероводород. Микробиологическое поражение масел, содержащих воду, может происходить как при их хранении и транспортировании, так и в ходе эксплуатации масленых и гидравлических систем. Особенно интенсивно этот процесс протекает в условиях высоких температур и влажности.

Очень важной физико - механической характеристикой масла является вязкость, или коэффициент внутреннего трения. От величины вязкости зависит способность данного масла при температуре, характерной для данного узла трения, выполнять свой функции - поддерживать гидродинамический режим смазки и предотвращать износ материала. С увеличением вязкости повышается коэффициент трения. При слишком малой вязкости масло может вытекать из промежутка между поверхностями. Вязкость масла уменьшается с повышением температуры и сильно возрастает при её понижении. При повышенной вязкости уменьшается подача масла к трущимся поверхностям с увеличением сопротивления его прокачиванию по системе смазки.

Если вязкость во время запуска двигателя окажется очень большой, масло вообще не будет прокачиваться по маслопроводам. В результате при запуске создаются условия, способствующие усиленному износу деталей двигателя, поэтому желательно иметь масло, вязкость которого мало изменяется с изменением температуры.

Коррозионный, или химический износ трущихся деталей зависит от качества смазочного масла и от тех агрессивных веществ, которые могут образовываться в масле или попасть в него во время работы. Прежде всего, коррозию металла вызывают кислоты - органические и минеральные. Количество органических кислот в масле оценивается по величине кислотного числа. Кислотным числом называют величину, равную числу миллиграммов КОН, которое необходимо добавить к 1 грамму масла для его нейтрализации. Но оценка коррозионных свойств свежего масла кислотным числом не дает даже приближенного представления об истинной коррозии, которую может вызвать масло при его применении. Кислоты, содержащиеся в свежем масле, определяют коррозию лишь в первый период его применения. В последующем решающую роль играют кислоты, образовавшиеся в масле в процессе окисления. Причем, не только количество кислот определяет коррозионную агрессивность масла, но и качество их. Коррозионная агрессивность кислот зависит от их строения и, в первую очередь, от молекулярного веса. Следовательно, коррозионная агрессивность масла зависит от его химического состава, стабильности и условий, в которых происходит окисление.

Например, с повышением температуры быстрее протекают реакция окисления у углеводородов масла и взаимодействие продуктов окисления с металлами. Это приводит к тому, что коррозионный процесс резко активизируется.

Особенно сильно увеличивается коррозионность масла, если в него попадают минеральные кислоты, образующиеся при сгорании серы, содержащейся в топливе. Минеральные кислоты и щелочи вызывают очень сильную коррозию металла, поэтому они не допускаются в маслах.

Величина кислотного числа нормируется в очень узких пределах.

Все масла контролируются по температуре вспышки, при которой масло, нагреваемое в стандартных условиях испытания, вспыхивает при поднесении пламени.

Государственные стандарты на масле предусматривают определение температуры вспышки в закрытом и открытом тигле. При определении температуры вспышки в закрытом тигле, образующиеся при его испарении пары концентрируются в замкнутом пространстве над поверхностью масла. Они перемешиваются с воздухом и, когда состав смеси перейдет нижний предел воспламеняемости, произойдет вспышка паров над поверхностью при поднесении пламени. Этот метод очень чувствителен к содержанию в масле топливных фракций. При попадании даже незначительного их количества температура вспышки масла резко падает.

Температуру вспышки в открытом тигле определяют в условиях, при которых пары масла свободно поднимаются над поверхностью, рас-сеиваясь в окружающей среде. Способная воспламеняться смесь образуется при некоторой температуре вблизи поверхности масла. Поэтому температура вспышки масла в открытом тигле всегда выше, чем в закрытом. Содержание в масле небольших количеств топливных фракций этим методом определить не удается.

Нормируемый низший предел температуры вспышки характеризует пожарную безопасность масла и лимитирует примесь низкокипящих компонентов, которые при эксплуатации масел будут испаряться.

Высококипящие углеводороды повышают температуру вспышки и, наоборот, низкокипящие - снижают ее. При попадании конденсата в смазочные масла его температура вспышки значительно снижается, масло разжижается и увеличивается его расход.

Масло под действием высокой температуры, особенно в присутствии кислорода, ухудшает свои первоначальные свойства. Интенсивность и глубина этих изменений зависит от химического состава масла и от тех условий, которые на него действуют (температура, концентрация кислорода, время, каталитическое действие металлов и др.). Основные изменения масел наблюдаются в результате их окисления при повышении температуры. Примерно с 50 - 60°С кислород воздуха начинает вступать в реакцию с отдельными компонентами масла. При температуре от 150°С и выше процессы окисления протекают очень интенсивно. Под действием высоких температур одновременно с процессами окисления протекают различные реакции термического разрушения масла в нем повышается содержание органических кислот и смол и образуются ряд новых соединений, которых не было в свежем.

По внешнему виду окисленное масло приобретает более темный цвет (иногда черный), имеет кислую реакцию водной вытяжки, увеличенную вязкость и различные углеродистые осадки.

Необходимо твердо знать, что наличие в маслах водо-растворимых кислот является их браковочной характеристикой. Поэтому рекомендуется, получив при анализе их наличие, обязательно повторить пробу, для чего взять другую химическую посуду. Только повторно получив аналогичные результаты, делать выводы. Если повторная проба дает отрицательный ответ, то пробу повторяют еще раз, опять таки в другой химической посуде, и делают выводы по двум аналогичным результатам.

Одним из показателей качества масла является зольность. Зольность свежего масла зависит от содержания в нем органических веществ (металлов), входящих в его состав, главным образом, в виде солей органических кислот. Эти соединения образуются при чистке масла. Величина зольности показывает, насколько тщательно очищено масло. Зольность масла возрастает при добавлении присадок и этим пользуются для контроля за количеством добавленной присадки.

В свежих маслах и наличии присадок можно судить по количеству и внешнему виду золы. Масло, не содержащее механических примесей, подвергается выпариванию до образования углистого осадка, а затем - прокаливанию до полного выгорания органических веществ.

Если масло без присадок, то золы почти нет, тигель практически пустой. Если в масле содержится присадка, то остается большее или меньшее количество золы.

В маслах очень часто содержатся комплексные присадки на бариевой основе, в этом случае остается большой белый рыхлый осадок, Если присадка на кальциевой основе, то остается меньшее количество золы серовато-белого цвета, определив процент содержания золы в масле и сверив полученные данные с требованиями ГОСТа, можно сказать, какая присадка содержится в нем. Следовательно, по зольности механических примесей, содержащихся в углеродистых отложениях и в масле, можно судить о разложении присадок, о распределении продуктов их разложения.

Сера в масле не только увеличивает коррозию деталей, но также повышает количество нагароотложений и их плотность, что способствует повышенному механическому износу деталей за счет абразивного действия нагара. Кроме того, сера - катализатор (ускоритель) окислительных процессов масла, так как при работе на высокосернистом масле резко возрастает количество отложений на маслофильтрах. Одно из средств борьбы с сернистой коррозией - добавление присадок к маслу от тысячных долей процента и до 1-2%. Распространены присадки, не только снижающие коррозию, но также улучшающие сгорание, понижающие температуру застывания, умень-шающие нагарообразование, повышающие стабильность масла и др.

Любая присадка, находящаяся в масле, срабатывается в процессе работы масла и её концентрация понижается. Интенсивность изменения начальной концентрации присадки зависит от того, какая присадка, в каком количестве и в какое масло добавлена; от технического состояния и условий эксплуатации.

Судить об изменении концентрации присадки по содержанию серы в масле нельзя, так как ее содержание уменьшается за счет срабатываемости присадки. Количество серы в работающих маслах остается примерно на одном уровне, или несколько меньшим, чем в свежих.

В ГОСТах для большинства масел нормируется только температура застывания, что не полностью отражает их экс-плуатационные свойства; необходимо также нормировать температуры помутнения и кристаллизации.

Температурой помутнения называют температуру, при которой теряется фазовая однородность масла. По внешнему виду оно из прозрачного становится мутным. Если помутнение начинается при 0°С, то это обычно происходит за счет выделения из масла мельчайших капелек воды (эмульсионной, растворенной), образующих кристаллики льда.

Если масло начинает мутнеть при более низкой, иногда более высокой температуре, то это происходит за счет выделения из него твердых парафиновых углеводородов с высокими температурами плавления. При дальнейшем понижении температуры количество твердой фазы увеличивается, кристаллы растут. Температуру, при которой в масле появляются первые кристаллы, видимые визуально, называют температурой начала кристаллизации.

Температурой застывания называют температуру, при которой масло теряет подвижность. Уровень застывшего масла в стандартной пробирке, наклоненной под углом в 45°С, должен оставаться неподвижным в продолжении одной минуты.

Поскольку помутнение и кристаллизация зависят от наличия в масле алкановых углеводородов, имеющих высокую температуру застывания, то для улучшения низкотемпературных свойств масла более полно удаляют парафиновые углеводороды (глубокая депарафинизация). Этим способом даже из нефтей алканового основания можно получать масла, работоспособные при 20 - 25°С, однако воспламеняемость таких масел несколько ухудшается. Иногда для понижения температуры застывания масла к нему добавляют присадки (депрессаторы). Так, 1% присадки понижают температуру застывания масла до 20°С, но при этом увеличиваются нагароотложения.

Температуру застывания масла можно понизить, разбавив масло низкозастывающим керосином. Этим способом можно понизить температуру застывания на 7 - 10°С при добавлении до 30% керосина.

Следует обращать внимание на изменение цвета экс-плуатационного масла от светло-желтого до почти черного по отношению к свежему, так как потемнение масла говорит о его старении.

Следовательно, по цвету масла всегда можно сделать вывод, как давно оно находится в эксплуатации, а если известно, когда масло было залито в оборудование, - то сделать вывод о режиме его эксплуатации, а также о качестве масла.

Все масла с однородной фазовой структурой прозрачны. Нарушение фазовой однородности вызывает помутнение, что чаще всего связано с наличием воды. Прозрачность масла также зависит от глубины его очистки и вязкости. Свежие масла имеют очень слабый запах, причем запах различных сортов почти не отличается. Давно работающие масла и имеющие кислую реакцию водной вытяжки, обладают характерным кисловатым запахом (по сравнению со свежим).

Для определения степени очистки масла внесен также такой показатель качества очистки, как натровая проба, которая очень чувствительна к содержанию нафтеновых кислот. Как следствие очистки, натровая проба дает возможность судить о стабильности масла против окисления, т.е. по натровой пробе можно приблизительно предполагать, как будет вести себя масло в эксплуатации при прочих равных условиях еще до заливки его в оборудование.

Из перечисленного выше следует, что качество масла, предназначенного для работы, оценивается рядом физико-химических показателей, характеризующих его отдельные свойства. Сравнивая полученные результаты анализа масла с требованиями ГОСТа, можно сделать заключение о качестве исследуемого масла, возможностях его использования, а также о его положительных и отрицательных свойствах и их влиянии на работу агрегата.

Приложения

По физико-химическим показателям масла должны соответствовать требо-ваниям нижеследующих стандартов:

? Нормативы качества Масла МС-8П регламентируются отраслевым стандартом ОСТ 38.01163-78 (с изменениями 1-8) «Масло МС-8П авиационное. Техниче-ские условия» (Приложение № 1);

? Нормативы качества МС-20П регламентируются техническими условиями ТУ 38.101265-88 (с изменениями 1-3) «Масло МС-20П. Технические условия» (Приложение № 2);

? Нормативы качества масла турбинного Тп-22С регламентируются техническими условиями ТУ 38.101821-2002 «Масла турбинные Тп-22С. Технические условия» (Приложение № 3);

? Нормативы качества масла трансформаторного регламентируются государст-венным стандартом ГОСТ 982-80 «Масла трансформаторные. Технические условия».

Технические требования к маслу МС-8П согласно ОСТ 38.01163-78

Технические требования к маслу МС-20П согласно ТУ 38.101265-88

Технические требования к маслу Тп-22С согласно ТУ 38.101821-2001

Размещено на Allbest.ru