Khảo sát sự thay đổi tính chất dầu bôi trơn trong động cơ diesel, lựa chọn dầu bôi trơn phù hợp đề xuất thời gian sử dụng nó

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÁI HỌC KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT DẦU BÔI TRƠN TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL, LỰA CHỌN DẦU BÔI TRƠN PHÙ HP & ĐỀ XUẤT THỜI GIAN SỬ DỤNG NÓ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC MÃ SỐ NGÀNH: 2.10.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH THÁNG 08 NĂM 2006 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI VIỆN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM, TP HỒ CHÍ MINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TSKH LƯU CẨM LỘC CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: TS VŨ TAM HUỀ CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐƯC BẢO VỆ TẠI HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN ÁN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Ngày 25 tháng 08 năm 2006 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO- HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Ngày, tháng, năm sinh: Chuyên ngành : NGUYỄN THÁI HỌC Phái : Nam 21/08/1970 Nơi sinh: Hà nam Công nghệ Hóa học K14 Mã số HV: 00503118 TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT DẦU BÔI TRƠN TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL, LỰA CHỌN DẦU BÔI TRƠN PHÙ HP & ĐỀ XUẤT THỜI GIAN SỬ DỤNG NÓ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát đặc tính dầu nhờn bôi trơn động động diesel Wartsila Mitsibishi tốc độ trung bình (300-1000 vòng/phút) sử dụng nhiên liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh cao (2,5-3%KL) • Xem xét đặc tính kỹ thuật loại hình động để lựa chọn phân tích dầu bôi trơn khảo sát • Khảo sát tính chất dầu bôi trơn -unused oil trước đưa vào sử dụng • Khảo sát tính chất dầu nhiên liệu HFO - heavy fuel oil • Khảo sát thay đổi tính chất dầu bôi trơn trình sử dụng • So sánh đánh giá tính chất dầu sử dụng với dầu chưa sử dụng • Đề xuất việc lựa chọn dầu bôi trơn thích hợp cho động diesel • Đề xuất thời gian sử dụng cho dầu bôi trơn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/2006 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/2006 V HỌ & TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS-TSKH LƯU CẨM LỘC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH Nội dung đề cương Luận văn Thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua TP Hồ Chí Minh ngày … tháng… năm 2006 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời chân thành biết ơn sâu sắc đến : Giảng viên hướng dẫn Phó Gíáo Sư - Tiến Sỹ Khoa Học Lưu Cẩm Lộc tận tình hướng dẫn, nhiệt tình bảo, động viên giúp đỡ hoàn thành luận văn Các thầy cô Khoa Công nghệ Hóa học Dầu khí trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Các Anh, chị phòng Xúc tác Dầu khí, phòng Hóa lý, phòng Hữu cơ, phòng Vô Viện Công nghệ Hóa Học - Viện Khoa Học Công nghệ Việt nam không nề hà quan tâm hỗ trợ giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Các Anh Chị phòng Dịch vụ Kỹ thuật Công ty Shell Vietnam, Anh Chị Nhà Máy Sản Xuất Dầu nhờn Shell Vietnam tạo điều kiện hỗ trợ trình thực luận văn để đảm bảo hoàn thành luận văn Tốt nghiệp Cùng gia đình cha mẹ anh em, bạn bè vợ Phạm Thị Kim Oanh ủng hộ, động viên tinh thần giúp hoàn thành luận văn Tốt nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ngày 30 tháng 07 năm 2006 Học viên Cao học Nguyễn Thái Học TÓM TẮT LUẬN VĂN Động diesel Wartsila Mitsubishi tốc độ trung bình có vòng quay từ 3001000 vòng phút sử dụng nhiên liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh cao (khoảng 2,53%KL) đòi hỏi dầu bôi trơn có giá trị kiềm tổng (TBN) cao nhằm mục đích trung hòa acid sinh trình đốt cháy nhiên liệu oxi hóa dầu Tuy nhiên, sử dụng loại dầu bôi trơn có trị kiềm tổng phù hợp nhằm tiết kiệm nhiên liệu nhất, thời gian sử dụng dầu bôi trơn cao nhất, giảm thời gian bảo trì thay dầu máy, nâng cao hiệu suất công suất động vấn đề người sử dụng quan tâm Thông thường người ta thường sử dụng dầu bôi trơn SAE 40CF cho động diesel dạng này, chúng vừa mang tính bảo vệ, tính tẩy rửa tính phân tán cao đồng thời chúng có giá trị kiềm tổng cao tối thiểu 30mgKOH/g để trung hòa acid, giảm thiểu tính ăn mòn chi tiết động Đối với động Mitsubishi tốc độ trung bình sử dụng nhiên liệu chứa tới 3,0%KL hàm lượng lưu huỳnh dầu nhờn SAE 40CF chứa giá trị kiềm tổng TBN 40mgKOH/g thường sử dụng để bôi trơn bảo vệ động tương thích phù hợp Còn động Wartsila tốc độ công suất tương đương với máy Mitsubishi sử dụng loại nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh 3,0%KL dầu SAE 40CF với giá trị kiềm tổng cao TBN 50mgKOH/g để bôi trơn lại tỏ tương thích phù hợp Trên sở kết thực nghiệm khảo sát thay đổi tính chất dầu nhờn sử dụng cho thấy việc sử dụng dầu bôi trơn tương thích phù hợp giúp kéo dài thời gian làm việc tối ưu dầu hai thiết bị khoảng 7000giờ làm việc MỤC LỤC Lời mở đầu 01 Chương TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm chất bôi trơn 02 1.1.1 Khái niệm bôi trơn chất bôi trơn 02 1.1.2 Chất bôi trơn loại bôi trơn 03 1.1.2.1 Chất bôi trơn rắn 03 1.1.2.2 Mỡ bôi trơn 05 1.1.2.3 Dầu nhờn bôi trơn 06 1.2 Dầu nhờn bôi trơn 08 1.2.1 Khái niệm 08 1.2.2 Đặc tính phân loại dầu nhờn 09 1.2.3 Tính chất dầu nhớt bôi trơn 17 1.3 Dầu nhờn bôi trơn sử dụng 21 1.3.1 Đặc tính dầu sử dụng 21 1.3.2 Những nghiên cứu thay đổi dầu nhờn động ảnh hưởng dầu bôi trơn đến động 25 Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc tính dầu bôi trơn động diesel phương pháp kiểm tra 34 2.1.1 Đặc tính dầu bôi trơn động diesel 34 2.1.2 Tính chất hóa lý dầu bôi trơn động diesel 34 2.1.3 Phương pháp phân tích 35 2.1.3.1 Phương pháp xác định màu theo ASTM D1500 35 2.1.3.2 Phương pháp xác định tỷ trọng dầu theo ASTM D4052 35 2.1.3.3 Phương pháp xác định độ nhớt động học 40oC 100oC theo ASTM D445 37 2.1.3.4 Phương pháp xác định số độ nhớt theo ASTM D2270 38 2.1.3.5 Phương pháp xác định hàm lượng kim loại theo ASTM D4628 39 2.1.3.6 Phương pháp xác định trị số kiềm tổng theo ASTM D2896 43 2.1.3.7 Phương pháp xác định hàm lượng nước theo ASTM D95 46 2.1.3.8 Phương pháp xác định nhiệt độ chớp cháy cốc hở theo ASTM D92 48 2.1.3.9 Phương pháp xác định nhiệt độ đông đặc theo ASTM D97 49 2.1.3.10 Phương pháp xác định độ tạo bọt theo ASTM D892 50 2.1.3.11 Phương pháp xác định hàm lượng tro sunfat theo ASTM D874 53 2.2 Đặc tính dầu sử dụng, phương pháp phân tích đánh giá dầu sử dụng 55 2.2.1 Đặc tính dầu sử dụng 55 2.2.2 Phương pháp phân tích 56 2.2.2.1 Phương pháp xác định độ nhớt động học 40oC 100oC theo ASTM D445 56 2.2.2.2 Phương pháp xác định hàm lượng nước theo ASTM D95 56 2.2.2.3 Phương pháp xác định trị số kiềm tổng theo ASTM D2896 56 2.2.2.4 Phương pháp Blotter Spot Test xác định độ phân tán độ nhiễm muội than 56 2.2.2.5 Phương pháp xác định hàm lượng kim loại theo 60 ASTM D5185-97 ICP AES 2.2.3 Cơ sở chung đánh giá dầu động sử dụng 64 2.2.3.1 Độ nhớt động học 64 2.2.3.2 Hàm lượng nước 64 2.2.3.3 Giá trị kiềm tổng 64 2.2.3.4 Giá trị acid tổng 65 2.2.3.5 Khả phân tán, độ nhiễm bẩn 65 2.2.3.6 Hàm lượng kim loại silic ăn mòn 65 2.3 Đặc tính thiết bị sử dụng thực nghiệm 69 2.3.1 Đặc tính máy WARTSILA 16V32 69 2.3.2 Đặc tính máy MITSUBISHI 14KU30A 70 2.3.3 Nguyên tắc làm việc động diesel 71 2.3.4 Quá trình bôi trơn 72 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát lựa chọn dầu bôi trơn phù hợp 74 3.1.1 Đặc tính nhiên liệu dầu bôi trơn trước sử dụng thực nghiệm74 3.1.1.1 Đặc tính nhiên liệu HFO 74 3.1.1.2 Đặc tính dầu bôi trơn sử dụng nghiên cứu 75 3.1.2 Điều kiện làm việc dầu bôi trơn 76 3.1.3 Tính chất dầu bôi trơn trình làm việc 76 3.1.3.1 Màu sắc 76 3.1.3.2 Kết thử nghiệm 77 3.1.3.3 Hàm lượng nước 78 3.1.4 Nhận xét đánh giá 78 3.2 Khảo sát đề xuất thời gian sử dụng dầu bôi trơn 78 3.2.1 Đặc tính nhiên liệu dầu bôi trơn trước sử dụng thực nghiệm78 3.2.1.1 Đặc tính nhiên liệu khảo sát 78 3.2.1.2 Đặc tính dầu bôi trơn SAE 40CF với TBN 50mgKOH/g 78 3.2.2 Điều kiện làm việc dầu bôi trơn 80 3.2.3 Tính chất dầu bôi trơn trình làm việc 80 3.2.3.1 Màu sắc 80 3.2.3.2 Độ nhớt động học 100oC 80 3.2.3.3 Độ nhớt động học 40oC 81 3.2.3.4 Hàm lượng nước 83 3.2.3.5 Trị số kiềm tổng 83 3.2.3.6 Chỉ số nhiễm bụi than IC 84 3.2.3.7 Chỉ số phân tán MD 86 3.2.3.8 Hàm lượng kim loại ăn mòn 87 a./ Hàm lượng Nhôm, Al 87 b./ Hàm lượng Crôm, Cr 88 c./ Hàm lượng Đồng, Cu 89 d./ Hàm lượng Sắt, Fe 90 e./ Hàm lượng Natri, Na 91 f./ Hàm lượng Chì, Pb 92 g./ Hàm lượng Thiếc, Sn 93 3.2.3.9 Hàm lượng chất gây tác nhân ăn mòn Silic 94 3.2.4 Nhận xét đánh giá 96 Chương KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 4.1 Lựa chọn dầu bôi trơn 97 4.2 Thời gian sử dụng dầu bôi trơn 97 4.3 Kiến nghị 98 TÀI LIỆÂU THAM KHẢO PHỤ LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU Dầu nhớt bôi trơn sản phẩm thiết yếu xã hội ngày nay, xã hội công nghiệp hóa với thiết bị, động máy móc Chúng ta gặp chúng nơi, nhà máy, công xưởng sản xuất hay công trường thi công Chúng ta gặp phương tiện vận tải tùy theo mục đích phục vụ xe tải, xe lửa, máy bay hay tàu thủy Gặp phương tiện phục vụ lại hàng ngày cho chúng ta, dù lại phương tiện gì, từ xe thô sơ xe đạp đến xe mô tô, xe gắn máy hay xe bus, xe ôtô, máy bay, tàu thủy sử dụng dầu nhớt bôi trơn máy móc, phận truyền tải lực nhằm giảm thiểu tối đa ma sát, giảm tiêu hao lượng, tăng công suất thiết bị, giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng tuổi thọ thiết bị, động Việc sử dụng dầu nhớt bôi trơn thích hợp, hợp lý loại phương tiện máy móc thiết bị theo thời gian sử dụng? Trong điều kiện làm việc, cho mục đích sử dụng, loại nhiên liệu sử dụng đặc biệt môi trường làm việc, loại hình thiết bị, máy móc cũ hay mới, mà cho phép sử dụng dầu bôi trơn loại hay loại tương thích dẫn tới động hoạt động tốt hay không, tuổi thọ dầu bôi trơn, tuổi thọ động cơ, hiệu suất động hay phận bôi trơn tăng lên giảm Đề tài: “KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT DẦU BÔI TRƠN TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL, LỰA CHỌN DẦU BÔI TRƠN PHÙ HP & ĐỀ XUẤT THỜI GIAN SỬ DỤNG NÓ” thực nhằm khảo sát thay đổi tính chất dầu bôi trơn chứa hàm lượng kiềm tổng cao động diesel tốc độ trung bình Wartsila, Mitsubishi sử dụng nhiên liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh cao để lựa chọn loại dầu thích hợp cho việc bôi trơn nhằm tiết kiệm tiêu hao nhiên liệu, giảm chi phí vận hành, chi phí bảo dưỡng, bảo vệ động giữ cho máy trạng thái hoạt động hiệu Học viên NGUYỄN THÁI HỌC khóa K14 CBHD: PGS-TSKH LƯU CẨM LỘC Trang 97 Chương KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 4.1 Lựa chọn dầu bôi trơn 4.1.1 Đối với loại hình máy diesel sử dụng nhiên liệu chứa hàm lượng Lưu huỳnh cao (khoảng 3%KL) sản xuất Nhật động Mitsubishi theo xu hướng thiết bị máy móc nhỏ gọn nhẹ mức độ tiêu hao dầu 0,5-1g/kWh nên sử dụng loại dầu bôi trơn chứa hàm lượng chất tẩy rửa dạng alkylsalicylate cao hàm lượng chất phân tán không cao, giá trị kiềm tổng cao khoảng 40mgKOH/g tương thích, phù hợp Tuy nhiên lại không phù hợp với thiết bị sản xuất Mỹ hay châu Âu 4.1.2 Với loại động diesel chạy nhiên liệu chứa hàm lượng Lưu huỳnh cao (khoảng 3%KL) sản xuất Mỹ hay nước châu Âu có kích thước thông thường lớn thiết bị loại sản xuất từ Nhật nên dùng dầu bôi trơn chứa đồng thời chất tẩy rửa dạng alkylsalicylate gốc alkylphenol cao, hàm lượng chất phân tán dạng succinic anhydride cao đảm bảo tính tương thích cho việc bôi trơn bảo vệ thiết bị dạng Wartsila 4.2 Thời gian sử dụng dầu bôi trơn Việc đánh giá thời gian sử dụng dầu bôi trơn dựa tiêu chí chung động phải hoạt động làm việc tốt, lượng tiêu hao nhiên liệu thấp, công suất cho ổn định cao Động làm việc tốt, cho công suất đảm bảo ổn định lại phụ thuộc vào thiết kế động cơ, chất sản xuất trình lắp ráp, phụ thuộc vào chất lượng nhiên liệu chất lượng dầu nhờn bôi trơn, phụ thuộc vào trình theo dõi bảo dưỡng hệ thiết bị động Dựa kết phân tích đánh giá tiêu liên quan đến chất lượng dầu bôi trơn đồng thời liên quan đến chất lượng chi tiết động đưa nhận xét sau: Học viên NGUYỄN THÁI HỌC khóa K14 CBHD: PGS-TSKH LƯU CẨM LỘC Trang 98 • Dầu SAE 40CF với kiềm tổng 40mgKOH/g sử dụng cho việc bôi trơn động MITSUBISHI 14KU30A sử dụng nhiên liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh đến 3%KL tương thích, thời gian sử dụng đạt đến 7000 • Dầu SAE 40CF với kiềm tổng 50mgKOH/g sử dụng cho việc bôi trơn động WARTSILA 16V32 tiêu thụ nhiên liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh cao đến 3%KL tương thích phù hợp Thời gian làm việc dầu đạt đến 7000 4.3 Kiến nghị: Việc theo dõi tính chất dầu động trình sử dụng cho phép ta biết xác “bệnh” động giúp ta có chế độ chăm sóc, bảo trì thay chi tiết thiết bị, thay dầu trạng thái tiết kiệm nhất, hiệu giúp ta sử dụng máy với hệ số công suất cao Đảm bảo môi trường làm việc máy dầu, giữ cho máy khỏi bị nhiễm bẩn, sử dụng dầu bôi trơn tương thích, phù hợp giúp cho thời gian làm việc dầu tốt (gấp từ 1,5-2 lần so với khuyến cáo chung nhà sản xuất động cơ), hiệu công suất máy cao mang lại nhiều lợi ích kinh tế Học viên NGUYỄN THÁI HỌC khóa K14 CBHD: PGS-TSKH LƯU CẨM LỘC Trang i TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ASTM D92-98a Test method for Flash and Fire point by Cleveland Open Cup [2] ASTM D93-00 Test method for Flash point by Pensky-Martens Closed up Tester [3] ASTM D95-99 Test method for Water in Petroleum products and Bituminous Materials by distillation [4] ASTM D97-96a Test method for Pour point of Petroleum Products [5] ASTM D128-98 Test method for Analysis of lubricating grease [6] ASTM D322-97 Test mothod for gasoline diluent in used gasoline and petroleum products (hydrometer method) [7] ASTM D396-98 Standard Specification of Fuel Oils [8] ASTM D445-97 Test method for kinematic viscosity of transparent and opaque liquids (the calculation of dynamic viscosity) [9] ASTM D446-97 Specification and operating instructions for glass capillary kinematic viscometers [10] ASTM D566-97 Test method for dropping point of lubricants greases [11] ASTM D664-95 Test method for acid number of petroleum products by potentionmetric titration [12] ASTM D874-00 Test method for sulfated ash from lubricating oils and additives [13] ASTM D892-98 Test method for foaming characteristics of lubricating oils [14] ASTM D893-97 Test method for insolubles in used lubricating oils [15] ASTM D974-97 Test method for acid number and base number by colourindicator titration [16] ASTM D975-98b∈1 Standard Specification of diesel Fuel Oils Học viên: NGUYỄN THÁI HỌC Khóa K14 GVHD: PGS-TSKH LƯU CẨM LỘC Trang Bảng phụ lục 01 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Trên máy DG6-WARTSILA 16V32 Chỉ tiêu phân tích Giờ làm việc dầu, Cảm quan Màu theo ASTM Chỉ sốâ nhiễm bẩn IC % Độ phân tán MD o Nhiệt độ chớp cháy, C Al ppm Cr ppm Cu ppm Fe ppm Na ppm Pb ppm Si ppm Sn ppm Trị kiềm tổng TBN, mgKOH/g o Độ nhớt động học 100 C, cSt Độ nhớt động học 40oC, cSt Hàm lượng nước, %V Học viên NGUYỄN THÁI HỌC khóa K14 Kết quaû B&C B&C 100 248 0 0 0 10 50.50 14.20 134.5