1. Lý thuyết cơ bản về nhiệt động học kỹ thuật 12
3.4. Các tồn tại của hệ thống máy nén 65
Trong q trình vận hành, thành phần và tính chất của khí dầu thay đổi do
đó các đặc tính của nó cũng thay đổi theo, phát sinh các vấn đề như:
condensate hịa tan vào nhớt bơi trơn, nhớt bị pha lỗng và giảm khả năng bơi trơn trong quá trình vận hành
3.4.1.Sự phù hợp nhiệt động
Theo kết quả phân tích thành phần chất lỏng trong bình tách nhớt của Viện NCKH & TK VSP ta có:
Bảng 3.5. Thành phần chất lỏng trong bình tách khí đầu ra của máy nén
Stt Cấu tử Cơng thức hóa học % Mole
1 Metan CH4 0.001 2 Etan C2H6 0,022 3 Propan C3H8 0,274 4 nButan iC4H10 0,291 5 izoButan nC4H10 0,718 6 nBentan iC5H12 0,746 7 izoBentan nC5H12 0,981 8 Hexcane C6 2,597 9 Heptane C7 2,844 10 Octane C8 2,618 11 Nonane C9 2,220
12 Decane C10 ( Undecane plus ) Lube oil 85,4478
Tổng 100
Ta thấy có 14,5522 % là condensate và khí khơ bao gồm các hydrocacon từ C1 đến C4 trong thành phần nhớt, làm giảm độ nhớt. Để nâng cao chất
lượng nhớt ta cần giảm thành phần condensate trong chất lỏng tuần hoàn vào máy nén hay tạo ra hỗn hợp pha lỏng/ khí tối ưu trong bình tách.
3.4.2. Sự suy giảm khả năng bôi trơn
Độ nhớt là một tính chất quan trọng và cơ bản của dầu bôi trơn.
Độ nhớt của bất cứ chất lỏng nào đều giảm khi nhiệt độ tăng, do đó cần
phải có một số phương pháp xác định độ nhớt của dầu bôi trơn ở những nhiệt
độ khác với nhiệt độ mà chúng được đo.
Thông thường người ta tiến hành đo nhiệt độ nhớt ở hai nhiệt độ, sau đó đánh dấu những điểm này lên những đồ thị đặc biệt của độ nhớt phụ thuộc
vào nhiệt độ, những đồ thị này được dẫn ra ở tiêu chuẩn ASTM D 341. Hai
nhiệt độ thường dùng nhất là 400 C và 1000 C. Người ta thường dùng đồ thị về
độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ được dẫn ra trong ASTM D 341 để xác định độ nhớt tại nhiệt độ thứ ba của chất bôi trơn cần đo. Sự tương quan độ nhớt –
nhiệt độ trong thực tế là tuyến tính.
Sử dụng phương pháp này ta tìm được độ nhớt:
- Theo lý thuyết: ở nhiệt độ làm việc 95oC độ nhớt đạt 29 St
- Thực tế trong quá trình vận hành, độ nhớt chỉ đạt từ 8,97 cSt đến 9,69 cSt ở nhiệt độ làm việc 95oC ( theo kết quả phân tích ngày 13/04/2005 của phịng thí nghiệm sắc khí, viện nghiên cứu khoa học và thiết kế, XNLD VSP)
Theo tài liệu của nhà sản xuất thì độ nhớt tối ưu trong quá trình vận hành là 23 cSt, tối thiểu là 15 cSt, tối đa là 30 cSt.
Từ các kết quả trên ta thấy:
- Chế độ nhiệt động của máy nén khơng phù hợp tạo ra lượng condensate lớn hịa tan vào nhớt làm giảm khả năng bôi trơn của nhớt.
- Khí và condensate hịa tan vào nhớt bơi trơn tuần hoàn vào máy nén. - Loại nhớt sử dụng khơng thích hợp với thành phần khí nén, dễ bị hòa
tan bởi condensate.
- Độ nhớt trong q trình vận hành khơng đảm bảo theo u cầu thiết kế.
- Độ nhớt giảm không tuân theo quy luật tuyến tính với nhiệt độ, chứng
Chương 4 - NGHIÊN CỨU NGĂN NGỪA SỰ SUY GIẢM TÍNH NĂNG VÀ SỰ HÒA TAN CỦA CONDENSATE VÀO NHỚT BƠI TRƠN MÁY
NÉN 4.1. Các tính chất của dầu bơi trơn
Các tính chất vật lý và hóa học 4.1.1. Trị số axit và kiềm
Trị số axit và chỉ số kiềm liên quan tới trị số trung hòa, dùng để xác định
độ axit và độ kiềm của dầu bôi trơn. Độ axit thường được biểu thị qua trị số
axit tổng ( TAN ) cho biết lượng KOH ( tính bằng miligam ) cần thiết để
trung hòa tất cả các hợp chất mang tính axit có mặt trong 1 g mẫu. Độ kiềm trong dầu bôi trơn được biểu thị bằng trị số kiềm tổng ( TBN ) , cho biết
lượng axit clohydric hay percloric, được quy chuyển sang lượng KOH tương
đương ( tính bằng miligam ) cần thiết để trung hịa hết các hợp chất mang tính
kiềm có mặt trong 1 g mẫu.
Có ba phương pháp xác định trị số trung hòa: - Phương pháp ASTM D 974
- Phương pháp ASTM D 664 - Phương pháp ASTM D 2896
4.1.2. Điểm anilin
Điểm anilin được định nghĩa là nhiệt độ mà tại đó hai thể tích tương đương của dầu và anilin tan lẫn vào nhau. Khi hai thể tích tương đương của
dầu và n-heptan được trộn lẫn vào nhau rồi trộn với một tương đương anilin thì tại đó xảy ra sự tan lẫn vào nhau của ba chất trên được gọi là điểm anilin tổng hợp.
Để xác định điểm anilin hay điểm anilin hỗn hợp người ta dùng phương
pháp ASTM D 611.
Hàm lượng tro có thể được định nghĩa là lượng cặn không cháy hay các
khống chất cịn lại sau khi đốt cháy dầu. Phương pháp ASTM D 482 thường
được dùng cho những loại dầu bôi trơn không chứa phụ gia tro.
4.1.4. Cặn cacbon
Theo hai phương pháp ASTM D 189 và ASTM D 524 thì thuật ngữ cặn cácbon dùng để chỉ cặn cacbon được tạo thành sau khi cho bay hơi và nhiệt phân một sản phẩm dầu mỏ. Cặn này khơng phải là cacbon hồn tồn, mà nó là một loại cốc và cịn có thể bị biến đổi bởi nhiệt phân.
4.1.5. Hàm lượng clo
Có hai phương pháp ASTM D 808 và ASTM D 1317 để xác định trực tiếp hàm lượng clo.
Thông thường người ta xác định clo cho các chất bơi trơn có chứa các loại phụ gia chịu áp cao hoặc trong các loại dầu thải để đánh giá độ nhiễm bẩn. Do vậy người ta có thể sử dụng sự hiểu biết về hàm lượng các hợp chất clo để dự
đốn các đặc tính sử dụng hay đặc tính thương mại của sản phẩm.
4.1.6. Màu sắc
Sự khác nhau về màu sắc của dầu bơi trơn có nguồn gốc từ sự khác nhau về dầu thô dùng để chế biến ra nó, về khoảng nhiệt độ sơi, về phương pháp và mức độ làm sạch trong quá trình tinh luyện, về hàm lượng và bản chất của
phụ gia pha vào các dầu đó. Người ta nhận thấy rằng dầu bị tối màu dần trong quá trình sử dụng là dấu hiệu của sự nhiễm bẩn hay sự bắt đầu của q trình
dầu bị oxy hóa. Sự sẩm màu của dầu kèm theo sự thay đổi khơng lớn của chỉ số trung hịa và độ nhớt thường là dấu hiệu của sự nhiễm bẩn các chất lạ. Các tạp chất có màu có thể làm màu dầu thay đổi rõ rệt, nhưng không ảnh hưởng
đến các thuộc tính khác.
Người ta dùng phương pháp ASTM 1500 để xác định màu của dầu.
4.1.7. Khối lượng riêng và tỷ trọng
Trọng lượng API là một hàm đặc biệt của trọng lượng riêng, chúng liên quan với nhau theo phương trình sau:
ươ 141,5
60/60 131,5
Như vậy thì giá trị trọng lượng API sẽ tăng khi trọng lượng của dầu thay
đổi theo nhiệt độ, nên chúng được xác định ở nhiệt độ nhất định rồi sau đó đưa về nhiệt độ chuẩn nhờ những bảng đặc biệt.
Tiêu chuẩn ASTM D 1250 cung cấp những bảng cho phép tính chuyển khối lượng riêng và tỷ trọng đo được ở bất kỳ nhiệt độ nào trong khoảng từ - 17,80C ( 00 F) đến 1600C ( 5000 F) về nhiệt độ tiêu chuẩn ở 600F ( 15,60C ).
Phương pháp ASTM D 941 dùng cho phép đo khối lượng riêng của chất lỏng bơi trơn bất kỳ có độ nhớt nhỏ hơn 15mm2/s ở 120C.
Phương pháp ASTM D 1298 thường dùng trong phịng thí nghiệm để xác
định tỷ trọng, trọng lượng API hay khối lượng riêng của tất cả các sản phẩm ở
dạng lỏng.
Khối lượng riêng là một tính chất vật lý cơ bản và cùng các tính chất khác
đặc trưng cho các phân đoạn nhẹ và nặng của dầu mỏ cũng như đánh giá chất
lượng của dầu thô.
Phép đo khối lượng riêng kết hợp với các phép đo khác cho phép nhận
biết các thành phần hydrocacbon có trong dầu. Tuy nhiên, các phép xác định này chỉ nên giới hạn đối với các loại dầu mà thành phần chủ yếu là các
hydrocacbon.
Khối lượng riêng của một chất bôi trơn ít có ý nghĩa trong việc đánh giá chất lượng. Một giá trị của khối lượng riêng bất thường có thể cho thấy dầu bị lẫn sản phẩm khác hay một dung mơi, một chất khí. Tuy nhiên, khối lượng riêng và tỷ trọng được dùng chủ yếu để xác lập các chỉ tiêu về trọng lượng và thể tích trong vận chuyển, tồn chứa và mua bán. Như vậy ứng dụng chủ yếu của khối lượng riêng là để chuyển đổi trọng lượng sang thể tích hay từ thể
tích sang trọng lượng.
Điểm chớp cháy của dầu được định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp
suất khí quyển là 101,3 kPa, mẫu được nung nóng và bắt lửa trong những điều kiện đặc biệt của phương pháp thử. Nhiệt độ thấp nhất mà ở đó mẫu tiếp tục cháy trong 5 giây được gọi là điểm bắt lửa.
Điểm chớp cháy và điểm bắt lửa của dầu mới thay đổi theo độ nhớt. Dầu
có độ nhớt cao hơn sẽ có điểm chớp cháy và điểm bắt lửa cao hơn. Thông
thường điểm chớp cháy và điểm bắt lửa của dầu phụ thuộc vào loại dầu thơ. Dầu napten thường có điểm chớp cháy và điểm bắt lửa cao hơn dầu parafin có cùng độ nhớt.
Để xác định điểm chớp cháy và điểm bắt lửa người ta dùng phương pháp
ASTM D 92 hoặc phương pháp ASTM D 93
4.1.9. Sự pha tạp nhiên liệu vào dầu nhờn động cơ xăng
Việc lẫn nhiên liệu vào dầu nhờn động cơ hay xảy ra khi máy vận hành
bình thường. Tuy nhiên sự pha tạp quá mức của nhiên liệu vào dầu nhờn ln gắn với sự trục trặc nào đó của q trình vận hành máy.
Phương pháp ASTM D 322 dùng để xác định lượng xăng bị pha lẫn vào
động cơ, khi xăng được dùng làm nhiên liệu.
Một phương pháp khác ASTM D 3525 – sử dụng sắc khí để xác định lượng xăng tan lẫn vào dầu động cơ.
Kỹ thuật sắc khí cũng được sử dụng trong phương pháp D 3524 để xác định lượng dầu diesel tan lẫn vào nhớt bôi trơn SAE – 30. Phương pháp này
cũng được áp dụng cho những dầu có độ nhớt cao hơn.
4.1.10. Cặn khơng tan
- Cặn không tan trong pentan: bao gồm các chất khơng tan, có thể tách ra
khỏi dung dịch dầu trong pentan bằng phương pháp ly tâm;
- Cặn không tan trong toluen: bao gồm các chất không tan trong pentan
- Cặn khơng tan trong pentan có dùng chất đông tụ: bao gồm các chất
cặn không tan như trong định nghĩa cặn không tan trong pentan cộng với các cặn ở trong dạng huyền phù do đặc tính rửa của dầu.
- Cặn khơng tan trong toluen có dùng chất đơng tụ: bao gồm các chất cặn
khơng tan trong pentan có dùng chất đơng tụ và cũng không tan trong toluen. Cặn không tan trong pentan gồm các chất bẩn, mạt kim loại do mài mòn, sạn cát, muội nhiên liệu và các sản phẩm oxy hóa của nhiên liệu và dầu nhờn, chúng được gọi dưới các tên cặn nhựa khơng tan. Toluen hịa tan được các
sản phẩm oxy hóa này. Hiệu số giữa cặn không tan trong pentan và cặn không tan trong toluen là thước đo mức độ oxy hóa dầu.
Người ta dùng phương pháp ASTM D 893 để xác định cặn không tan trong dầu.
4.1.11. Sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt được định nghĩa là lực bên trong tác dụng lên bề mặt
chất lỏng do sức hút của các phân tử nằm dưới bề mặt.
Phương pháp tiêu chuẩn ASTM D 971 đưa ra cách đo sức căng bề mặt của dầu khoáng so với nước.
Việc xác định sức căng bề mặt của dầu mới ít có ý nghĩa so với việc dùng nó để kiểm tra chất lượng dầu. Tuy nhiên, phương pháp này rất có ích trong việc đánh giá chất lượng dầu đã sử dụng, đặc biệt là dầu tuốc bin và dầu biến thế có chất oxy hóa và chống gỉ.
4.1.12. Phân tử lượng
Phân tử lượng là một hằng số vật lý cơ bản, có thể sử dụng cùng với các
đại lượng vật lý khác như tỷ trọng, chỉ số khúc xạ để đặc trưng cho các thành
phần của các phân đoạn dầu nhờn.
Người ta dùng các phương pháp ASTM D 2502, ASTM D 2503, để xác
định phân tử lượng của dầu mỏ.
Điểm đông đặc, là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó đầu bơi trơn giữ được tính
linh động ở điều kiện đã cho.
Người ta dùng phương pháp ASTM D 97 để xác định điểm đông đặc của dầu.
4.1.14. Chỉ số kết tủa
Lượng chất kết tủa hay cặn, tính bằng centimet khối, được tách ra từ hỗn hợp theo thể tích là dầu và naphta bằng cách quay ly tâm hỗn hợp ở những điều kiện nhất định, gọi là chỉ số kết tủa theo ASTM.
Phương pháp ASTM D 91 có thể áp dụng cho mọi loại dầu, nhưng chủ yếu là cho dầu xylanh hơi nước có màu đen.
4.1.15. Chỉ số khúc xạ/ tán sắc khúc xạ
Chỉ số khúc xạ/ tán sắc khúc xạ là những thuộc tính cơ bản, chúng được dùng cùng với những tính chất khác để đánh giá chất lượng dầu khống.
Người ta dùng các phương pháp ASTM D 1218, ASTM D 1747, để xác
định chỉ số khúc xạ/ tán sắc khúc xạ của dầu mỏ.
Do chỉ số khúc xạ phụ thuộc vào thành phần của dầu, nên phép đo này rất hiệu dụng trong việc kiểm tra tính đồng nhất của các dầu gốc và các chất lỏng bôi trơn khác nhau.
4.1.16. Chỉ số xà phịng hóa
Chỉ số xà phịng hóa biểu thị lượng kiềm tác dụng với 1g dầu khi đun nóng theo một cách nhất định. Nếu khơng có mặt các chất gây cản trở thì chỉ số xà phịng hóa cho biết lượng các chất béo có mặt trong dầu.
Theo ASTM D 94 thì chỉ số xà phịng hóa được xác định là số miligam KOH tiêu tốn cho 1g dầu trong những điều kiện như đã mô tả ở phương pháp xác định này.
4.1.17. Hàm lượng tro sunfat
Tro sunfat là phần cặn còn lại sau khi than hóa mẫu, sau đó phần cặn
Hàm lượng tro sunfat trong dầu động cơ ôtô thường nằm trong khoảng từ 0.8% đến 1.5% còn hàm lượng tro sunfat của phụ gia đóng gói cho dầu động cơ xăng là từ 7 % đến 13 % và cho dầu động cơ diesel là trên 17 %.
4.1.18. Hàm lượng lưu huỳnh
Lưu huỳnh có thể đã có sẵn trong dầu khống, dầu gốc hay trong các loại phụ gia. Nó có thể ở dạng hoạt động hóa học, mà cũng có thể ở dạng tương đối trơ trong trạng thái kết hợp với các chất khác.
Người ta dùng các phương pháp ASTM D 1662, ASTM D 129, ASTM D 1266 để xác định hàm lượng lưu huỳnh của dầu mỏ.
Hậu quả không mong muốn của lưu huỳnh là gây ăn mòn, chẳng hạn như
ăn mòn đồng. Tuy nhiên do những hiệu ứng cực áp có lợi, điều tiết q trình
chạy máy đã bù trừ tác dụng ăn mòn này. Trong rất nhiều trường hợp lưu
huỳnh đã có trong dầu bôi trơn ở dạng phụ gia thường kết hợp với các nguyên tố khác (clo, phốt pho), như phụ gia chịu áp, chống mài mịn, chống ơxy hóa, chống ăn mịn.
4.1.19. Độ nhớt
Độ nhớt là một tính chất quan trọng và cơ bản của dầu bôi trơn. Độ nhớt
là một yếu tố trong việc tạo thành màng bôi trơn ở hai điều kiện bôi trơn thủy
động ( màng dày ) và bôi trơn thủy động đàn hồi ( màng mỏng ). Thêm vào đó, độ nhớt xác định điều kiện của động cơ có thể khởi động dễ ràng ở điều
kiện lạnh, chịu được sinh nhiệt của ổ bi, bánh răng, xy lanh, nó cũng đánh giá khả năng làm kín của dầu cũng như mức độ tiêu hao và thất thoát. Như vậy
đối với mỗi chi tiết máy điều cơ bản đầu tiên là phải dùng dầu có độ nhớt
thích hợp đối với điều kiện vận hành máy.
Độ nhớt cũng là một chỉ tiêu rất quan trọng trong việc theo dõi dầu trong
quá trình sử dụng. Nếu độ nhớt tăng, thì đó là biểu hiện của dầu bị ơxy hóa.