Bài giảng tổng quan về dầu nhớt ngô thanh hải

TÀI LIỆU THAM KHẢO KHÁI QUÁT VỀ DẦU NHỜN Ngô Thanh Hải Copyright © 2010 AP SAIGON PETRO JSC CÔNG TY CỔ PHẦN ÁP SÀI GÒN DẦU KHÍ LỊCH SỬ NGÀNH DẦU NHỜN Cách đây 100 năm, thậm chí con người vẫn chưa có khái niệm về dầu nhờn. Tất cả các loại máy móc lúc bấy giờ đều được bôi trơn bằng dầu mỡ lợn và sau đó dùng dầu ôliu, và dầu thảo mộc khác (như dầu cọ). Khi ngành chế biến dầu mỏ ra đời, sản phẩm chủ yếu là dầu hỏa, phần còn lại là mazut (chiếm 70% – 90%) không được sử dụng và coi như bỏ đi. Với sự phát triển của ngành công nghiệp dầu mỏ thì lượng cặn mazut càng ngày càng lớn, buộc con người phải nghiên cứu để sử dụng nó vào mục đích có lợi. Lúc đầu cặn dầu mỏ được pha thêm vào dầu thực vật hoặc mỡ lợn với tỉ lệ thấp để tạo ra dầu bôi trơn, nhưng từ năm 1867 cặn dầu mỏ được chế ra dùng làm dầu nhờn. Năm 1870 ở Creem (Nga), tại nhà máy Xakhanxkiđơ bắt đầu chế tạo được dầu nhờn từ dầu mỏ, nhưng chất lượng thấp. Từ 1880 ngành chế tạo dầu nhờn đã thực sự phát triển và đánh dấu một bước ngoặt trong lịch sử chế tạo chất bôi trơn. Hiện nay, dầu nhờn có mặt trên toàn thế giới với sự đa dạng về sản phẩm & chủng loại. Dầu nhờn phát triển mạnh mẽ nhờ sự cạnh tranh giữa các tập đoàn lớn và theo yêu cầu ngày càng cao của các động cơ. 2 / 96 CÔNG DỤNG CHÍNH CỦA DẦU NHỜN Bôi trơn (giảm ma sát) các chi tiết chuyển động; Giảm sự mài mòn hay ăn mòn các chi tiết máy; Tẩy sạch bề mặt linh kiện, chi tiết máy móc, động cơ; Tránh tạo các lớp cặn bùn trong quá trình vận hành; Trám & làm khít các bề mặt cần làm kín; Tản nhiệt, làm mát máy móc, động cơ; Truyền nhiệt trong các hệ thống gia nhiệt; Chống sét rỉ Trong số các tính năng trên, bôi trơn là chức năng quan trọng nhất của dầu nhờn. Bôi trơn là biện pháp làm giảm ma sát đến mức thấp nhất bằng cách tạo ra giữa các bề mặt ma sát một lớp chất gọi là chất bôi trơn. Chất bôi trơn đa phần ở dạng lỏng (dầu nhờn), phần còn lại là dạng đặc (mỡ), và ở tỉ lệ rất ít là dạng rắn (chỉ dùng trong các ổ trục hoạt động ở nhiệt độ cao hoặc trong chân không). 3 / 96 THÀNH PHẦN CỦA DẦU NHỜN – DẦU GỐC Dầu nhờn để bôi trơn cho các động cơ hoạt động vận hành trong thực tế là hỗn hợp bao gồm dầu gốc và phụ gia. Phụ gia thêm vào với mục đích giúp dầu nhờn có được những tính chất phù hợp với chỉ tiêu đề ra mà dầu gốc không có được. Dầu gốc là dầu thu được sau quá trình chế biến, xử lý tổng hợp bằng các quá trình xử lý vật lý và hóa học. Dầu gốc thông thường gồm có ba loại là: dầu thực vật, dầu khoáng và dầu tổng hợp. Dầu thực vật chỉ dùng trong một số trường hợp đặc biệt, chủ yếu là phối trộn với dầu khoáng hoặc dầu tổng hợp để đạt được một số chức năng nhất định. Ngày nay người ta thường sử dụng dầu khoáng hay dầu tổng hợp là chủ yếu. Với tính chất ưu việt như giá thành rẻ, sản phẩm đa dạng và phong phú, dầu khoáng đã chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực sản xuất dầu nhờn. Trong ngành công nghiệp sản xuất dầu nhờn hiện đại, dầu tổng hợp giữ một vị trí quan trọng và ngày càng được quan tâm nhiều bởi tính chất ưu việt. 4 / 96 THÀNH PHẦN CỦA DẦU NHỜN – DẦU GỐC KHOÁNG SẢN XUẤT TỪ CẶN MAZUT là phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi cao hơn 350°C. Phần cặn này có thể đem đi đốt hoặc làm nguyên liệu để sản xuất dầu gốc. Để sản xuất dầu gốc người ta đem mazut chưng cất chân không thu được phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau: Phân đoạn dầu nhẹ (LVGO: Light Vacuum Gas Oil) có nhiệt độ sôi từ 300°C - 350°C. Phân đoạn dầu trung bình (MVGO: Medium Vacuum Gas Oil) có nhiệt độ từ 350°C - 420°C. Phân đoạn dầu nặng (HVGO: Heavy Vacuum Gas Oil) có nhiệt độ từ 420°C - 500°C. Thành phần của các phân đoạn này gồm những phân tử hydrocarbon có số carbon từ C21-40, những hydrocarbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn (1000 – 10000), cấu trúc phức tạp, bao gồm: Các parafin mạch thẳng và mạch nhánh. Các hydrocarbon naphten đơn hay đa vòng, có cấu trúc vòng xyclohexan thường gắn với mạch nhánh parafin. Các hydrocarbon thơm đơn hay đa vòng chủ yếu chứa mạch nhánh ankyl, nhưng chủ yếu là 1 đến 3 vòng. Các hợp chất lai hợp mà chủ yếu là giữa napten và parafin, giữa naphten và hydrocarbon thơm. 5 / 96 THÀNH PHẦN CỦA DẦU NHỜN – DẦU GỐC KHOÁNG SẢN XUẤT TỪ CẶN MAZUT Các hợp chất phi hydrocarbon như các hợp chất chứa các nguyên tố ôxy, nitơ, lưu huỳnh cũng chiếm phần lớn trong phân đoạn dầu gốc. Các hợp chất chứa kim loại cũng gặp trong phân đoạn này. Nói chung, các hợp chất phi hydrocarbon là rất có hại, chúng tạo ra màu sẫm và làm giảm độ ổn định ôxy hoá ở sản phẩm, cụ thể là: Hợp chất chứa lưu huỳnh (S): chỉ cho phép ở mức từ 0,3%-0,5%; nếu lớn hơn 2%-5% sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi của dầu. Ngoài ra, S tự do dễ bị biến thành H 2 S (Hydro Sunfua) hoặc gặp hơi nước hay khí lạnh tạo thành axit H 2 S (Axit Sunfuhidric) gây ăn mòn thiết bị, động cơ. Hợp chất chứa ôxy (O 2 ): nếu hàm lượng lớn sẽ làm dầu lắng và kết tủa ở dạng keo nhựa đen nằm dưới đáy các thùng chứa, làm giảm khả năng đốt cháy của nhiên liệu, tạo ra các hợp chất axit vô cơ và hữu cơ ăn mòn các thiết bị. Hợp chất chứa Nitơ (N): làm ảnh hưởng đến tỉ trọng và hàm lượng keo. Thường khống chế ở ngưỡng ≤0,2%, nếu quá nhiều sẽ gây ra hiện tượng tạo nhiều muội than trong quá trình đốt. Các hợp chất nhựa Asphalt: có độ nhớt lớn & chỉ số độ nhớt (VI: Viscosity Index, độ biến thiên độ nhớt theo nhiệt độ) rất thấp. Trong quá trình bảo quản, rất dễ bị ôxy hoá khi tiếp xúc với ôxy trong không khí. Các chất này tạo cặn không tan đọng trong dầu gây mài mòn máy. Hợp chất cơ kim: có tác hại như nhựa Asphalt, làm nóng máy và khi đốt tạo nhiều muội than. Trong quá trình sản xuất dầu gốc, các hợp chất có hại nêu trên được loại ra (hoặc giảm thiểu) khỏi dầu bằng nhiều biện pháp khác nhau. 6 / 96 THÀNH PHẦN CỦA DẦU NHỜN – DẦU GỐC KHOÁNG SẢN XUẤT TỪ CẶN GUDRON là phần cặn còn lại của quá trình chưng cất chân không, có nhiệt độ sôi trên 500°C. Trong phần này tập trung các cấu tử có số nguyên tử carbon từ C41 trở lên, thậm chí có cả C80, có trọng lượng phân tử lớn, có cấu trúc phức tạp. Do đó, thành phần của phân đoạn này không được chia theo từng hợp chất riêng biệt mà phân làm ba nhóm: Nhóm chất dầu bao gồm các hydrocarbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều các hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa hydrocarbon thơm và naphten, đây là nhóm chất nhẹ nhất có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1. Nhóm chất này hòa tan được các dung môi nhẹ như parafin và xăng, nhưng người ta không thể tách nó bằng các chất như silicagen hay là than hoạt tính vì đây là những hợp chất không có cực. Trong phân đoạn cặn Gudron, nhóm này chiếm khoảng 45%-46%. Nhóm chất nhựa hòa tan được trong các dung môi như nhóm dầu nhưng nó là hợp chất có cực nên có thể tách ra bằng các chất như than hoạt tính hay silicagen. Nhóm chất nhựa gồm hai thành phần là các chất trung tính và axit. Các chất trung tính có màu nâu hoặc đen, nhiệt độ hóa mềm nhỏ hơn 100°C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hòa tan trong xăng, naphtan. Chất trung tính tạo cho nhựa có tính dẻo dai và tính kết dính. Hàm lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ kéo dài của nhựa, chiếm khoảng 10%-15% khối lượng cặn Gudron. Nhóm Asphanten là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1, chứa hầu hết hợp chất dị vòng có khả năng hòa tan mạnh trong Carbon Disunfua (CS 2 ), nhưng không hòa tan trong các dung môi nhẹ như parafin hay xăng, ở 300°C không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro. Nhóm dầu, nhựa, asphanten tồn tại ở trạng thái hệ keo, trong đó nhóm nhựa tan trong dầu tạo thành một dung dịch thật sự gọi là môi trường phân tán. Asphanten không tan trong nhóm dầu nên tồn tại ở trạng thái pha phân tán. Ngoài ba nhóm chất trên, trong cặn Gudron còn tồn tại các hợp chất cơ kim của kim loại nặng, các hợp chất carbon, cacboit, các hợp chất này không tan trong các dung môi thông thường, chỉ tan trong pyridine. 7 / 96 THÀNH PHẦN CỦA DẦU NHỜN PHÂN LOẠI DẦU GỐC THEO BẢN CHẤT HOÁ HỌC CỦA CÁC HYDROCARBON 8 / 96 Stt Diễn giải Dầu Parafin Dầu Naphten Dầu Aromatic 1 Độ nhớt ở 40 o C, mm 2 /s 40 40 36 2 Độ nhớt ở 100 o C, mm 2 /s 6,2 5,0 4,0 3 Chỉ số độ nhớt (VI) 101 0 -185 4 Nhiệt độ chớp cháy, o C 229 174 160 5 Nhiệt độ đông đặc, o C -15 -30 -24 6 Đánh giá VI (Viscosity Index) cao; Điểm chảy cao; Độ ổn định ôxy hóa cao. (các phân đoạn dầu gốc thuộc họ Naphteno- Parafinic và Parafino- Naphtenic hay Parafinic) VI thấp; Độ ổn định nhiệt nhỏ hơn dầu gốc paraffin; Hàm lượng lưu huỳnh thấp; Điểm đông đặc rất thấp; Trị số TAN cao. VI rất thấp; Độ bền nhiệt thấp; Độ bền ôxy hoá thấp; Hàm lượng lưu huỳnh cao; Điểm đông cao. 7 Ứng dụng Do ưu điểm cao, dầu gốc parafin thường được dùng để sản xuất nhiều loại dầu nhờn khác nhau; Đặc biệt là dùng cho dầu động cơ. Dầu máy lạnh; Dầu gia công kim loại. Dầu hoá dẻo cao su (RPO: Rubber Processing Oil); Dầu gia công kim loại; Dung môi hòa tan polymer. THÀNH PHẦN CỦA DẦU NHỜN PHÂN LOẠI DẦU GỐC THEO TIỂU CHUẨN API (AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE) 9 / 96 Nhóm Chỉ số độ nhớt (VI) Hydrocarbon bão hoà Sulfur Ghi chú I 80-120 <90% và/hoặc ≥0,03% (dầu Parafin) II 80-120 ≥90% và ≤0,03% (dầu Parafin) III ≥120 ≥90% và ≤0,03% (dầu Parafin) IV PAO (Poly Alpha Olefins) – Dầu Tổng hợp V Tất cả các loại dầu gốc còn lại không bao gồm Nhóm I, II, III, IV VI Europa Only (ATIEL) - PIO (Poly Internal Olefins) Ghi chú: Chỉ số Độ nhớt (VI: Viscosity Index) là một chỉ tiêu về chất lượng dầu nhờn, là trị số thể hiện sự biến đổi của Độ nhớt Động học (Kinematic Viscosity) theo nhiệt độ. Độ nhớt giảm xuống theo sự tăng lên của nhiệt độ. Dầu có Chỉ số Độ nhớt (VI) càng cao thể hiện sự biến đối Độ nhớt Động học theo nhiệt độ của loại dầu đó càng ít. PHÂN LOẠI DẦU GỐC THEO ĐỘ NHỚT Dầu gốc SN (Solvent Neutral) từ các phân đoạn chưng cất, phân loại theo độ nhớt Saybolt SUS (Saybolt Universal Second) ở 40 o C (100 o F): SN50, SN70, SN150, SN250, SN500 Dầu gốc BS (Bright Stock) từ phân đoạn cặn, phân loại theo độ nhớt Saybolt SUS (Saybolt Universal Second) ở 100 o C (210 o F): BS150, BS250 THÀNH PHẦN CỦA DẦU NHỜN – DẦU TỔNG HỢP Dầu gốc sản xuất từ dầu mỏ (dầu khoáng) vẫn chiếm ưu thế do có những ưu điểm như: công nghệ sản xuất dầu đơn giản, giá thành rẻ. Nhưng ngày nay, để đáp ứng yêu cầu cao của dầu nhờn bôi trơn, người ta bắt đầu quan tâm đến dầu tổng hợp nhiều hơn. Dầu tổng hợp là dầu được tạo ra bằng các phản ứng hóa học từ những hợp chất ban đầu, do đó có những tính chất được định ra trước. Nó có thể có những tính chất tốt nhất của dầu khoáng, bên cạnh đó còn có các tính chất đặc trưng khác như: không cháy, không hòa tan lẫn trong nước. Ưu điểm của dầu tổng hợp là có khoảng nhiệt độ hoạt động rộng từ -55°C đến 320°C, có độ bền nhiệt lớn, có nhiệt độ đông đặc thấp, chỉ số độ nhớt cao… Chính những ưu điểm này mà dầu tổng hợp ngày càng được sử dụng nhiều, nhất là trong các động cơ phản lực. Có hai phương pháp chính để phân loại dầu tổng hợp: Phương pháp 1: dựa vào một số tính chất đặt thù để phân loại như: độ nhớt, khối lượng riêng. Phương pháp 2: dựa vào bản chất của dầu, theo đó chia dầu tổng hợp thành những loại chính sau: hydrocarbon tổng hợp, este hữu cơ, poly glycol, và este photphat. Bốn hợp chất chính này chiếm trên 40% lượng dầu tổng hợp tiêu thụ trên thực tế. 10 / 96 [...]... trên trục quay Qui đổi: 1 N/mm2 = 10,194 kg/cm2 31 / 96 CÔNG TY CỔ PHẦN ÁP SÀI GÒN DẦU KHÍ CÁC CHỦNG LOẠI DẦU CÔNG NGHIỆP CHÍNH DẦU MÁY NÉN COMPRESSOR OIL 32 / 96 CÁC CHỦNG LOẠI DẦU CÔNG NGHIỆP CHÍNH DẦU MÁY NÉN – COMPRESSOR OIL Dầu máy nén bao gồm dầu máy nén khí và dầu máy nén lạnh (dầu máy lạnh) Trong công nghiệp dầu khí, máy nén có những ứng dụng như nén khí đồng hành, nén khí thiên nhiên để hóa... Dầu tuabin, dầu máy nén, dầu cách điện, dầu xylanh, dầu chân không và dầu máy khoan (khoan khí)… đều thuộc nhóm dầu nhờn chuyên dụng Loại dầu này đòi hỏi phải đảm bảo tiêu hao do ma sát nhỏ và không có hiện tượng cháy ở mặt tiếp xúc, có độ ổn định chống oxy hóa, chống mài mòn Trên thế giới, dầu công nghiệp chiếm một tỉ trọng khá lớn so với tổng lượng các loại dầu bôi trơn - khoảng trên 60%, con số... LOẠI DẦU CÔNG NGHIỆP TIÊU CHUẨN ISO 3448 – PHÂN CẤP THEO ĐỘ NHỚT Căn cứ vào các đặc trưng về mặt hóa lý hoặc mục đích sử dụng, Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO: International Organization for Standardization) đưa ra nhiều tiêu chuẩn phân loại Dầu nhờn công nghiệp được sản xuất chủ yếu từ dầu khoáng và do điều kiện làm việc của loại dầu này không quá khắt khe như dầu động cơ nên độ nhớt là chỉ tiêu quan. .. giữa các chi tiết làm việc càng lớn, thì dầu bôi trơn càng cần phải có độ nhớt cao; Tải trọng trên các chi tiết làm việc càng lớn, thì dầu bôi trơn càng cần phải có độ nhớt cao 17 / 96 CÔNG TY CỔ PHẦN ÁP SÀI GÒN DẦU KHÍ TÀI LIỆU THAM KHẢO DẦU CÔNG NGHIỆP Copyright © 2010 AP SAIGON PETRO JSC 18 / 96 GIỚI THIỆU Dầu công nghiệp bao gồm các loại dầu nhờn được sử dụng để bôi trơn máy móc công nghiệp nhằm duy... cơ khí (b) Dầu từ nguồn dầu khoáng, dầu động vật, dầu thực vật hoặc dầu tổng hợp, có chứa các phụ gia tính năng đáp ứng đặc tính yêu cầu AC Dây xích cưa của cưa máy (có lưỡi cưa cấu tạo bằng dây xích) (a) Lĩnh vực ứng dụng Ghi chú Một số sản phẩm của nhóm này có thể chứa các thành phần nguy hại đến sức khỏe và môi trường Đối với các ứng dụng xả thẵng vào môi trường, dầu nhờn sử dụng phải tuân thủ... chia làm 03 nhóm chủ yếu nêu sau: Dầu máy nén khí (có độ nhớt nằm trong dãy từ VG22 đến VG460; VG: Viscosity Grade); Dầu máy nén lạnh (có độ nhớt nằm trong dãy từ VG15 đến VG100); và Dầu bơm chân không: thường sử dụng các dầu chuyên dụng có áp suất hơi thấp ở nhiệt độ làm việc cho các bơm chân không để tạo chân không cao và siêu cao Dầu nhờn loại này được sản xuất từ các dầu khoáng gốc naphten hoặc parafin... vào độ nhớt mà có thể đánh giá mức độ ổn định, khả năng chống lão hóa của loại dầu này Dầu công nghiệp đặc biệt: là các loại dầu chuyên dụng, dùng cho các chi tiết/thiết bị riêng biệt, các máy móc có cơ cấu tốc độ cao (như máy mài, ổ trục), hệ thống thủy lực của các thiết bị công nghiệp truyền động bánh răng dẫn hướng trượt trong máy (máy cắt gọt kim loại, máy cán thép…) Dầu tuabin, dầu máy nén, dầu cách... lỏng, nếu độ nhớt của dầu cùng tốc độ trượt của các chi tiết làm việc và bề mặt tiếp xúc của chúng tăng, thì lượng tổn thất do ma sát sẽ tăng lên; Độ nhớt của dầu tăng lên, tải trọng của các chi tiết làm việc giảm thì độ bền bôi trơn lỏng sẽ tăng lên; Đối với các chi tiết làm việc có chuyển động nhanh cần dùng dầu có độ nhớt thấp, và ngược lại; Khe hở giữa các chi tiết làm việc càng lớn, thì dầu bôi trơn... chất có tính nhớt để đến một giai đoạn nào đó nó sẽ trở nên không tan trong dầu (kết tủa), đây là nguyên nhân tạo ra nhựa và bùn cặn lắng lại trong dầu máy nén Chức năng chính của dầu máy nén là: Bôi trơn, làm giảm ma sát, chống mài mòn; Tản nhiệt, làm mát máy; Làm kín buồng nén; Chống ăn mòn linh kiện, thiết bị 34 / 96 CÁC CHỦNG LOẠI DẦU CÔNG NGHIỆP CHÍNH DẦU MÁY NÉN – COMPRESSOR OIL Dầu máy nén được... dụng của dầu bôi trơn công nghiệp là rất rộng với hàng trăm sản phẩm khác nhau Vì vậy, về tổng thể, nếu dựa vào công dụng chính của dầu công nghiệp, có thể chia dầu công nghiệp ra làm 2 nhóm lớn như sau: Dầu công nghiệp thông dụng: sử dụng cho máy móc, thiết bị (như máy dệt, xe cẩu, máy móc phục vụ xây dựng ) hoạt động ở điều kiện tải trọng thấp và nhiệt độ thấp, không có những yêu cầu đặc biệt về chất . - 110,0 135,0 - 165,0 198,0 - 242,0 288,0 - 352,0 414,0 - 506,0 612,0 - 748,0 900,0 - 1.100,0 1.350,0 - 1.650,0 1.980,0 - 2.420,0 2.880,0 - 3.520,0 VG: Viscosity Grade (Cấp Độ nhớt: theo độ nhớt. 5 VG 7 VG 10 VG 15 VG 22 VG 32 VG 46 VG 68 1,9 - 2,4 2,8 - 3,5 4,1 - 5,0 6,1 - 7,4 9,0 - 11,0 13,5 - 16,5 19,8 - 24,2 28,8 - 35,2 41,4 - 50,6 61,2 - 74,8 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 VG 100 VG. QUÁT VỀ DẦU NHỜN Ngô Thanh Hải Copyright © 2010 AP SAIGON PETRO JSC CÔNG TY CỔ PHẦN ÁP SÀI GÒN DẦU KHÍ LỊCH SỬ NGÀNH DẦU NHỜN Cách đây 100 năm, thậm chí con người vẫn chưa có khái niệm về dầu