Возникновение отложений - лака, шлама, нерастворимых углеродистых соединений, деградация масел и методы их диагностирования.

[VAn12 2 309]

Возникновение отложений - лака, шлама, нерастворимых углеродистых соединений, деградация масел и методы их диагностирования.

 

Круглый стол: Удаление из промышленных смазочных материалов шлама, углеродистых нерастворимых веществ, оксидов и лака.

 

Перевод статьи журнала Machinery Lubricatioms.

Knudd Hansen, C.C. Jensen

Patrick Duffy, COT-Puritech

Greg Livingstone, Clarus Technologies

 

Вне зависимости от применимости и рабочей среды, в которой они используются, смазочные материалы со временем будут загрязняться веществами из окружающей их среды. Реакция взаимодействия смазочных материалов с этими веществами приводит к формированию побочных продуктов деградации, таких как шлам, лак и другие нерастворимые вещества, которые могут вызвать множество проблем с эффективностью системы и сократить срок службы смазочного материала. Для уменьшения последствий от продуктов деградации важно анализировать смазочный материал с помощью тестов, наилучшим образом подходящих для конкретного смазочного материала и его применимости.

 

Чтобы подробнее узнать о причинах возникновения продуктов деградации и наиболее эффективных способах борьбы с ними, мы попросили экспертов в этой области рассказать об удалении из промышленных смазочных материалов шлама, углеродистых нерастворимых веществ, оксидов, а также лака. Их комментарии приведены ниже.

 

1. Для описания побочных продуктов деградации масла часто используют термины «шлам, углеродистые нерастворимые вещества, оксиды и лак». Что они из себя представляют?

 

Кнуд: Все эти вредные примеси возникают из рабочей среды или формируется в масле под ее воздействием. Наиболее значимыми для процесса деградации масла является кислород, высокая температура и вода. Шлам представляет собой мягкие глинистые отложения, осаждаемые из масла. Углеродистые нерастворимые вещества и оксиды – это результат изменения молекулярной структуры масла. Они, как правило, диспергируют в масле. Лак представляет собой смолистое вещество, формируемое под воздействием высоких температур масла или шлама. Оно в большей или меньшей степени налипает на все омываемые маслом поверхности. В турбине или гидравлической системе, чаще всего это выглядит как вязкая липкая субстанция, а в двигателях образуется твердое глянцевое покрытие, называемое лаковыми отложениями.

 

Грег: Побочные продукты деградации смазочных материалов это разложившиеся молекулы углеводорода и составляющие комплекса присадок, выработавшие свой ресурс. Их возникновение является результатом необратимого повреждения и изменения молекул углеводорода или присадочного комплекса. Например, окисленная молекула углеводорода, прежде чем превратиться в молекулу карбоновой кислоты, сначала преобразуется в альдегид и кетон. В результате, побочные продукты деградации осаждаются из смазочного материала, тем самым создавая шлам, лак и другие нерастворимые вещества, которые могут вызвать множество проблем с эффективностью системы и сократить срок службы смазочного материала.

 

2. Каковы наиболее эффективные тесты для определения присутствия в масле побочных продуктов деградации и каким образом они должны быть использованы при стандартной программе анализа масла?

 

Кнуд: В случае если первичным механизмом деградации является окисление, то наилучшими тестами будут являться анализ ИК спектра Фурье, в особенности пик окисления на волне 1740 см-1, кислотное число (AN), вязкость, цвет и сравнительный тест. Для определения термической деградации необходимо исследовать ИК спектр Фурье на предмет нитрации на волне примерно 1630 см-1, сравнительный тест, ультрацентрифуга, цвет и запах.

 

Для получения полной картины, анализ масла должен быть дополнен автоматическим контролем на оборудовании. При стандартном анализе масла, человек, исследующий пробу, может судить о цвете и запахе, являющиеся хорошими индикаторами. Сравнительный тест Миллипор также может дать ценную информацию обо всех вредных примесях и о фильтрующей способности масла.

 

Грег: Традиционные тесты анализа масел не могут определить изменения в молекулах углеводорода и присадок. Они также не могут определить накопление побочных продуктов деградации, так как оно очень мало. В результате, смазочные материалы, которые, казалось, находятся в отличном состоянии, могут иметь высокую вероятность к возникновению лака и даже могут стать причиной существенных проблем с функционированием системы. ИК спектр Фурье это очень полезный инструмент для мониторинга химических изменений на молекулярном уровне, который позволяет определить образование новых молекул, ведущих к появлению шлама и лака. Такие аналитические тесты как ультрацентрифуга, гравиметрическое сравнение, поверхностное натяжение и колориметрический анализ обладают достаточной чувствительностью для определения увеличения количества побочных продуктов деградации. Простой тест, выполняемый на месте, может быть произведен путем смешивания равного количества  смазочного материала с петролейным эфиром и проведение теста с помощью промокательной бумаги. Темно коричневые оттенки будут свидетельствовать о побочных продуктах деградации, указывающих на потенциальное возникновение лака.

 

Патрик: Кислотное число и определение окисления по ИК спектру даст вам представление о состоянии масла и поможет выявить масло в критически окисленном состоянии. Однако, эти тесты не способны определить момент, когда масло начинает продуцировать побочные продукты термической деградации, приводящие к появлению лака.

 

Тест RPVOT (метод определения окислительной способности масла путем вращения сосуда под высоким давлением) часто используется для определения остаточной жизнеспособности масла, основанной на стойкости масла к окислению или антиоксидантной способности. Однако этот тест дорогостоящ и длителен по времени. Тест RPVOT был разработан для турбинных масел и обычно не используется для других масел, таких как масло для бумагоделательной машины, трансмиссионные и гидравлические масла.

 

Тест на ультрацентрифуге может быть использован для определения той степени термической деградации масла, когда начинает формироваться лак. Образец масла вращают со скоростью от 13 до 15 тысяч оборотов в минуту, при этом субмикронные частицы оседают на дне пробирки. Результат затем оценивается по шкале от 1 до 10, где 10 означает наибольшие отложения. Этот тест позволяет определить момент, когда масло термически деградирует, несмотря на то, что результаты подсчета элементарных частиц указывают на чрезвычайно чистое масло.

 

Кроме того, с увеличением количества побочных продуктов деградации будет изменяться электропроводность масла, но она также может зависеть и от других загрязняющих примесей.

 

3. В чем заключается разница между окислением и термической деградацией и как может быть использован анализ масла для разделения этих понятий?

 

Кнуд: Окисление является продуктом химической реакции с кислородом, которая ускоряется с ростом температуры. Загрязняющие примеси при этом действуют как катализатор. Термическая деградация происходит при температурах свыше 200°C без присутствия кислорода. Она может быть вызвана местным перегревом, микровзрывом или давлением. Как я уже говорил, отвечая на предыдущий вопрос, ИК спектр Фурье является достаточно чувствительным инструментом для их различения, анализируя относительные показатели окисления и нитрации.

 

Грег: В отличие от термической деградации, окисление происходит в присутствии кислорода и при более низких температурах. Интенсивный нагрев, необходимый для запуска процесса термической деградации, как правило, бывает вызван схлопыванием пузырьков воздуха или локальным перегревом. Лучшим способом для различения механизмов деградации является ИК спектр Фурье. Термическая деградация вызывает появление побочных продуктов в нитратной области спектра (1630 см-1), в то время как результатом окисления являются карбоновые кислоты с характерными пиками в области 1714 см-1. Приборы RULER также могут быть использованы для различения окисления и термической деградации путем анализа различий в темпах истощения фенольных антиоксидантов и антиоксидантов на основе аминов.

 

Патрик: Окисление происходит в присутствии кислорода, в то время как для возникновения термической деградации его наличие не требуется. Повышенное кислотное число или степень окисления будут свидетельствовать о возникновении окисления. В случае серьезной термической деградации она будет видна при анализе уровня чистоты по ISO. Однако при этом обычно требуется также тест на ультрацентрифуге.

 

4. Почему некоторые системы, например гидравлические системы высокого давления и воздушные компрессоры с «мокрым» картером, более склонны к образованию лаковых отложений, нежели другие?

 

Кнуд: Это заложено в их природе. Системы с малыми объемами резервуаров, в которых используются масла с низкой растворяющей способностью, будут иметь большую склонность к образованию лаковых отложений.

 

Грег: Некоторые масляные системы подвержены лакообразованию больше, чем другие. Системы с высокими давлениями и температурой, в которых присутствует возможность загрязнения водой, особенно уязвимы, так как в них присутствуют оба основных фактора, способствующих образованию шлама и лака. Несмотря на частое присутствие шлама и лака в таких системах, это не всегда вызывает проблемы с их функционированием. К примеру, лак можно обнаружить в большинстве гидроэлектрических систем регулятора турбины, но чаще всего он не вызывает проблем с функционированием до тех пор пока механические регуляторы не будут заменены на высокоточные цифровые.

 

Патрик: Гидравлические системы высокого давления создают очень высокие температур внутри клапанов. При этом в большинстве систем масло не циркулирует по всей системе, тем самым полностью не охлаждаясь и не будучи отфильтрованным - оно движется только постепенно, когда клапан приводится в действие. Это приводит к идеальным условиям для термической деградации и формированию лаковых отложений.

 

5.  Если говорить о склонности к образованию шлама и лака, заметили ли вы разницу между минеральными базовыми маслами стандартной степени очистки группы II и маслами высокой степени очистки группы III или маслами на базе ПАО?

 

Кнуд: Нет. За исключением ранее упомянутых случаев, если срок службы масел будет превышен.

 

Грег: Базовые масла группы II и III имеют меньшую растворяющую способность, так как, по сравнению с минеральными базовыми маслами группы I, имеют большие значения анилиновой точки. Это приводит к большей склонности к образованию лака. В общем случае, чем ниже растворяющая способность, тем ниже сопротивляемость к побочным продуктам деградации. Это явление усложняет определение начала образования лаковых отложений при использовании базовых масел группы II и III. Например, часто встречаются серьезные лаковые образования в турбинных маслах на группе II, когда тест RPVOT показывает высокое значение, при этом подсчет частиц дает минимальные значения, а кислотное число не увеличивается. При использовании базовых масел группы II и III мы рекомендуем проводить дополнительные аналитические тесты в рамках программы прогнозной диагностики.

 

Патрик: ПАО синтетика, как правило, имеет более высокую сопротивляемость к образованию лака по причине того, что все ее молекулы однородны и идентичны. Этот тип жидкостей, в отличие от минеральных базовых масел, не имеет широкого спектра фракций. По этой причине высокая температура оказывает на них меньшее воздействие.

 

По тем же причинам, базовые масла высокой степени очистки группы III будут показывать лучшие результаты, чем минеральные базовые масла стандартной степени очистки группы II.

 

6. Существует ли хороший способ очистки циркуляционной системы смазки с целью удаления шлама и лаковых образований со стенок резервуаров и гидропроводов?

 

Кнуд: Очистите масло, и оно само очистит систему. Самый просто и дешевый способ заключается в использовании автономной системы фильтрации с большим количеством фильтрующего материала, а также фильтрующего элемента глубинного типа. Пробы масла должны быть отправлены к поставщику смазочного материала и, при соответствующей рекомендации, масло должно быть заменено.

 

Грег: Наиболее эффективным способом удаления вредных примесей из внутренностей системы является химическая промывка (добавление масла с высокой концентрацией смеси присадок-детергентов и присадок-эмульгаторов). К сожалению, остатки промывочной жидкости в системе будут иметь негативное влияние на функциональные свойства большинства смазочных материалов. (Даже небольшое количество пакета присадок может повлиять на способность смазки к деэмульгированию и пенообразованию.) Отличным способом является механическое удаление шлама и лака путем очистки внутреннего пространства резервуаров, но при этом очистке подвергаются только легкодоступные части системы. Быстрая промывка горячим маслом является отличным инструментом для удаления механических вредных включений. Однако вязкость и липкость лаковых отложений требует чрезвычайно высокого числа Рейнольдса для их успешного удаления, тем самым ограничивая положительный эффект от применения промывки. Были проведены несколько практических исследований и научных работ, показывающих, что использование электростатических масляных фильтров способствует абсорбции и удалению лаковых отложений из внутренностей системы. Несмотря на то, что электростатическая очистка масла занимает несколько недель вследствие необходимости большого количества циркуляций масла при низкой скорости потока, это является эффективным средством очистки внутренних компонентов системы.

 

7. Каков наилучший способ защитить систему, склонную к деградации масла вследствие стрессовых факторов окружающей среды, таких как высокая температура и насыщение воздухом?

 

Кнуд: В случае, если имеется возможность изменить конструкцию масляного резервуара, это может стать наилучшим выходом. Если это невозможно, то добавление автономной системы фильтрации с автоматическим клапаном для удаления воздуха может помочь. Также следует рассмотреть добавление масляных радиаторов для уменьшения суммарной температуры масла.

 

Грег: К сожалению, большое количество систем смазки разработаны недостаточно хорошо. Они устанавливают недостаточное время для осаждения вредных примесей и имеют ненадлежащий цикл охлаждения. Системам с неудовлетворительной вентиляцией можно помочь при помощи  специальных средств,  удаляющих из резервуара пузырьки воздуха, способствующих термической деградации. Во всех сомнительных масляных системах, особенно использующих базовые масла группы II и III,  рекомендуется аналитический мониторинг жидкости на предмет склонности к лакообразованию (см ответы на вопрос № 2). Это может предупредить пользователя о локальном перегреве в системе, позволяя вовремя принять меры по устранению выявленных нарушений в работе. В случае если внесение изменений в конструкцию масляной системы неосуществимо, наилучшим способом защиты системы будет являться встраивание дополнительных технологий для удаления побочных продуктов деградации по мере их образования, например внедрение электростатического масляного фильтра.

 

Патрик: Для начала необходимо разобраться с состоянием системы. Эффективные методы для решения конкретных задач в этой области включают в себя установку в систему дополнительного масляного радиатора или воздушного компрессора, а также проверку насосов и другого оборудования на наличие подсоса воздуха. Использование жидкостей более высокого качества, в том числе переход на ПАО синтетику, также может стать эффективным решением.

 

8. Можно ли удалить шлам, углеродистые нерастворимые вещества и оксиды из масла в процессе эксплуатации. Если это возможно, то каков наилучший способ для этого?

 

Кнуд: Да, удалить все загрязняющие примеси, включая воду и твердые продукты окисления возможно при помощи единой автономной системы фильтрации. Фильтрация и захват это наиболее простой и дешевый метод, основанный на способности спрессованной целлюлозы к адсорбции.

 

Грег: Стандартная механическая фильтрация не в состоянии извлечь большую часть побочных продуктов деградации, так как такие частицы, как правило, имеют размер менее одного микрона. К счастью, несколько вариантов все же существует. Существуют данные, подтверждающие  эффективность использования определенных фильтрующих материалов из целлюлозы высокой плотности, так как высокий молекулярный вес побочных продуктов деградации задерживается в фильтрующей среде. В этом случае фильтрующий материал абсорбирует побочные продукты деградации, а не фильтрует загрязняющие примеси. Существуют технологии, придающие побочным продуктам деградации электрический заряд, тем самым вызывая их взаимное связывание и агломерацию. После того, как частицы достаточно увеличатся в размерах, они могут быть извлечены из системы стандартными механическими фильтрами. К сожалению, эта технология вызывает резкое временное увеличение количества элементарных частиц при их подсчете. Электростатическая очистка масла является отработанной технологией по удалению субмикронных загрязняющих веществ. В результате, электростатическая очистка масла позволяет удалить вредные побочные продукты деградации, прежде чем их накопится достаточное количество для образования лаковых отложений.

 

Патрик: Теоретически, эффективным может быть использование устройств, создающих в масле небольшой электрический заряд, для того чтобы вызвать агломерацию субмикронных загрязняющих частиц, чтобы затем они могли быть отфильтрованы. Это может помочь в минимизации формирования лаковых отложений.  Недостатком таких устройств является то, что необходимо длительное время, прежде чем они начнут приносить результат. Обычно это занимает около 6 месяцев. Кроме того, при сильном загрязнении (в частности, при существенном попадании воды) будет существенно ограничена эффективность работы таких устройств. Данные устройства могут быть эффективны после осуществления промывки от лаковых отложений.

 

Источник: Журнал Machinery Lubrications

[dimm7777 5 822]

Умница!!! Спасибо!!!

[torcon 85 555]

Спасибо! 

[Nordman 2 170]

По сути прописные истины о которых на форуме одни говорят, другие разными аргументами пытаются опровергнуть - капельные пробы, кислотное, больше фильтровального материала, тонкость очистки, объем масла и его охлаждение.