Sådan testes Flammepunkt

ligesom viskositet har flammepunktstesten altid været en standard del af et smøremiddels specifikation. Og på grund af dens lave omkostninger, enkelhed og alsidighed er testen også populær blandt det anvendte olieanalysesamfund. Mest almindeligt anvendt som en hurtig bestået/mislykket test for brændstoffortynding, flere applikationer er dukket op i de senere år., Labanalytikeren kan implementere oplysninger om en brugt olies flammepunkt for at fejlfinde problemer som termisk svigt, gammastråling, opløsningsmiddelforurening, blandede (eller forkerte) olier og frostvæskeforurening.

Hvad er en Olie, der er flammepunkt?

flammepunktet er den laveste temperatur, ved hvilken dampen over olieprøven øjeblikkeligt antændes eller blinker, når en antændelseskilde føres over den., Flammepunktet (typisk 225 grader C eller 440 grader F for mineralolier) er en indikation af sikkerhedsrisikoen ved et smøremiddel med hensyn til brand og eksplosion. Flammepunktet og det lidt højere brandpunkt er dækket af ASTM D92 og D93.

imidlertid bør flammepunktet ikke forveksles med auto-tændingstemperaturen (AIT), som er temperaturen (typisk 360 grader C eller 650 til 700 grader F for mineralolier), hvor oliedampen vil forbrænde spontant uden en antændelseskilde., Dette er en vigtig egenskab af brandhæmmende hydrauliske væsker i EHC-systemer på dampturbiner.

ifølge ASTM, som først standardiserede testen i 1924, er flammepunktet den laveste temperatur, ved hvilken en antændelseskilde får dampene i prøven (smøremiddel) til at antænde under specificerede betingelser. Olien siges at have “blinket”, når en flamme vises og øjeblikkeligt formerer sig over hele overfladen.

olien blinker, fordi en brandfarlig blanding resulterer, når den opvarmes tilstrækkeligt, hvilket får dampe til at dukke op og blandes med ilt i luften., En olies flammepunktstemperatur svarer nogenlunde til et damptryk på 3-5 mm Hg.

Når en lille flamme (tændingskilde) påføres oliens overflade, vil denne dampblanding brænde et øjeblik og derefter slukke, hvis den kritiske temperatur er nået. Fortsat opvarmning af olien (typisk 50-75 F F over flammepunktstemperaturen) vil medføre, at “brandpunktet” nås. Som navnet antyder, er brandpunktet den temperatur, ved hvilken en vedvarende flamme resulterer (længere end fire sekunder).,

brug af Flammepunkt til at detektere og kvantificere Brændstoffortynding

oprindeligt blev flammepunktet udviklet med det formål at bestemme brandfaren for brændstoffer og olier, der opbevares eller transporteres. Kombineret med andre tests som viskositet, viskositetsindeks og specifik tyngdekraft kan flammepunktet imidlertid hjælpe med at afsløre både kvaliteten af den råolie, hvorfra smøremidlet blev afledt, og kvaliteten af raffineringsprocessen.,

flammepunktet kan også identificere, om baseolien var et bredt eller smalt enkelt snit, eller om det repræsenterer en blanding af to fraktioner (to baseolier med forskellige viskositeter blandet sammen). Og flammepunktet kan give en vis indikation om volatiliteten og indholdet af testoliens mest flygtige komponenter. Flammepunktet fortæller dog intet om volatiliteten af olien som helhed.i modsætning til mineralolier, der begynder at fordampe længe før deres flashpunkter nås, fordamper nogle syntetiske stoffer ikke, før de begynder at nedbrydes (destruktiv destillation)., Derfor kan flashpunkterne for disse syntetiske stoffer variere meget højere end mineralolier med konventionelt raffinerede lignende viskositeter.

selvom der findes mere præcise metoder til måling af brændstoffortynding (f.eks. dampdestillation til ben .in og gaskromatografi til diesel-og ben .inbrændstof), er flammepunktet meget nyttigt som et bestået / mislykket screeningsværktøj, der er passende til de fleste anvendte olieanalyseapplikationer. På grund af de lave flashpunkter for de fleste brændstoffer, et pludseligt fald i flashtemperatur i en krumtaphusolie kan normalt påberåbes som en indikation af fortynding., Der er dog undtagelser, især i tilfælde af dieselolie.

da der ofte er en vis overlapning af de lette flygtige bestanddele i nogle smøreolier med de tunge ender af brændstoffet, kan tilstedeværelsen af brændstoffortynding være mindre tydelig. Dette gælder især, når al brændstoffortynding er resultatet af blo.-by, dvs. brændstof, der kommer ind i krumtaphuset ved hjælp af forbrændingskammeret.

i sådanne tilfælde kan kun de tunge ender komme ind i olien med de o .iderede lysender som en del af udstødningsgasserne., I tilfælde af lækage af råbrændstof, herunder driblende injektorer, kan alle eller en høj procentdel af brændstoflysenderne blandes med krumtaphusolien. En anden faktor er, at varmt krumtaphus temperaturer alene er ofte tilstrækkelig til at koge lys-end brændstof fraktioner, forlader de mindre flygtige og mere tyktflydende heavy-ender blandet med olie og potentielt målbart med flammepunkt test.

Brændstoffortynding reducerer viskositeten af et smøremiddel., Men hvis viscometri blev brugt alene til at screene for brændstof, er det muligt, at der kun kunne påvises lidt eller ingen udtynding af de ovenfor beskrevne grunde.

dette forværres yderligere af de ofte interfererende virkninger af viskøs fortykning fra sod (også et produkt af blo.-by), baseolievolatilitet (fortykning) og VI-forbedringsforskydningsfortynding. Det er muligt, at en krumtaphuset olie kan blive tyndere fra brændstof fortynding (eller ikke hvis lyset ender koges væk), udtynding fra VI jordforbedringsmiddel sheardown, fortykkelse fra fordampning, og fortykkelse af stigende sod load – alle på samme tid.,

på overfladen kan dette virke som et problem, der ikke er et problem, hvis den blandede viskositet ikke ændrer sig. På trods af den neutrale viskositetseffekt udgør potentielle destruktive konsekvenser, herunder tab af dispergering, antislidbeskyttelse og O .idationsstabilitet, imidlertid en alvorlig risiko.

Flammepunkt kan forbedre evnen af et olieanalyseprogram til pålideligt at identificere unormale niveauer af brændstof. Selv når den kun bruges som en undtagelsestest, kan den beskytte sig mod en falsk positiv konklusion om brændstoffortynding fra et oprindeligt resultat med lav viskositet.,

Hvis for eksempel den lave viskositet skyldes forkert makeupolie (med lavere viskositet), kan flashen bekræfte dette ved at indikere ingen ændring fra den nye oliebaseline. Brændstoffortynding ville imidlertid næsten helt sikkert registrere et lavere flammepunkt fra referencen ne.oil. Figur 3 viser en graf, der viser det generelle forhold mellem flammepunkt og procent fortynding (råbrændstof).,

fordi det ofte tager 30 minutter eller længere tid at få flammepunktet ved hjælp af common Cleveland Open Cup eller Pensky Marten Closed Cup procedurer mange laboratorier foretrækker den lille skala Closed Cup procedure beskrevet i ASTM D 3828. I denne procedure (Metode A) et mål flammepunkt er forudindstillet, siger 20 – 30° C lavere, end den nye olie baseline (Figur 4), svarende til 1.5 – 2.0% brændstof fortynding.

den lille mængde olie, der anvendes (2 ml), gør det muligt at nå måltemperaturen hurtigt, typisk inden for 1-2 minutter. Tænderen påføres derefter for at starte flashen., Hvis der opnås en flash, svigter testen olien, hvilket antyder muligheden for brændstoffortynding.

i tilfælde af, at en olie svigter flammepunktscreeningstesten, kan der derefter ordineres en eller flere undtagelsestest for både at bekræfte og kvantificere brændstoffortyndingen. Mulige undtagelsestest omfatter gaskromatografi og infrarød spektroskopi. Også bestemmelse af den endelige flammepunktstemperatur kan implementeres for at estimere procent brændstoffortynding (figur 3).

afhængigt af anvendelsen, for dieselmotorer, en advarsel grænse er typisk sat til omkring 1.,5% fortynding (ca. -20 C C flash) og en kritisk grænse ved 3% til 5% fortynding (-40 flash C til -60.C flash). Anvendelsesspecifikke kalibreringskurver baseret på den faktiske testprotokol (åben kop, lukket kop osv.), motoroliemærke/ – klasse og brændstoftype vil i høj grad forbedre præcisionen ved at oversætte et fald i flammepunkt til procent brændstoffortynding.,

Udover at viskositet og flash, andre rutine olie-analyse, test, der kan afsløre, brændstof fortynding omfatter elementar analyse (forholdsmæssigt nedsatte tilsætningsstof koncentrationer), blotter spot test, crackle test, lugt, og oxidation stabilitet (fx, RBOT-og DSC). Det er også rapporteret, at viskositetsindekset vil ændre sig kraftigt på grund af brændstoffortynding.

dieselbrændstofkoncentrationer på over fem procent har vist sig at forårsage for tidligt tab af dispergering, hvilket fører til aflejringer og filterstikning., Dette kan observeres fra blotter spot test eller ved at definere et forhold mellem koagulerede pentan uopløselige til ukoagulerede pentan uopløselige (ASTM D 893), undertiden kaldet dispersionsindekset. Et lavt indekstal tyder på dårlig spredning.

andre applikationer til Flammepunktstest i brugt olieanalyse

det er ikke almindeligt, at laboratorier anvender flammepunktstest i applikationer uden for brugt motorolieanalyse., Afhængig af maskinens anvendelse, driftsmiljø, potentiale for forurening og stressende forhold kan en flammepunktstest imidlertid give den tidligste indikation af visse fejl og grundlæggende årsagsforhold.

derfor bør dets anvendelse overvejes ved definition af rutinemæssige testskifer for alle anvendte olieanalyseprogrammer. Og det bør bestemt være blandt flere strategiske undtagelsestest, der bruges til at bekræfte og diagnosticere lejlighedsvise ikke-overensstemmende forhold, der er markeret af rutinemæssige test såsom viskositet og infrarød spektroskopi., Nedenfor er en liste over applikationer til flammepunktstest bortset fra brændstoffortynding:

Baseoliekrakning

lejlighedsvis kan meget høje, lokaliserede temperaturer føre til spaltning og gasudvikling i olien, hvilket sænker flammepunktet. Dette kan forekomme fra de høje flashtemperaturer (ikke at forveksle med flammepunkt) af stærkt belastede pressefilm i rullekontakterne på visse lejer og gear. Det kan også forekomme, hvor maskinens overfladetemperaturer er ekstremt varme på grund af nærhed til damp eller ovne.,

mis-anvendelsen af tankvarmere med høj watattdensitet kan også forårsage termisk krakning. Og luftning af hydrauliske systemer udsætter ofte væsken for ekstremt høje adiabatiske temperaturer, når luftbobler pludselig trykkes (det kan også forekomme i kompressorer og belastnings zonesoner I lejer). I hydrauliske systemer kaldes tilstanden mikrodieseling, når temperaturerne i de komprimerede luftbobler er høje nok til automatisk at antænde.,

uanset varmekilden, hvis lokaliserede olietemperaturer er tilladt at overstige 550 C C, er der reel risiko for revnedannelse (afhængigt af olietype og andre driftsforhold). Krakning kan føre til dannelse af kulstof bøder (koks) og lavt kogepunkt Flygtige i olien, der reducerer flammepunktet temperatur. Eksponering for gammastråling, såsom i tilfælde af brændstofhåndteringshydraulik i et atomkraftværk, kan også forårsage gasudvikling og lavere flammepunkt.,

forurening

da flammepunktet er følsomt over for lavkogende bestanddele i olien, kan en ændring i flammepunktet (op eller ned) indikere tilstedeværelsen af en ubudne gæst, dvs.et forurenende stof. Ud over diesel-og ben .inbrændstof omfatter andre almindelige lavkogende forureninger naturgas (gasmotorer og kompressorer) og opløsningsmidler.Opløsningsmiddelforurening kan forekomme, når f.eks. en gearkasse renses med naphtha, petroleum eller andet brandfarligt rengøringsmiddel. Visse forurenende stoffer er kendt for faktisk at hæve flammepunktet., Dette kan forekomme fra et højt niveau af vandforurening i olien, en almindelig interferens i flammepunktstest. Vandforurening kan også give en falsk lav flash, især i visse mini-flash-systemer, der bruger trykændring til at detektere flash.

kogning af vandet kan give en falsk positiv på brændstof for eksempel. Vand kan også snus ud flammen i tilfælde, hvor der anvendes en gaspilotflamme. En løsning til håndtering af vand er at tilføje partikler af calciumsulfater eller calciumcarbonat, inden flashen udføres. Centrifugering er endnu en løsning., Det er også blevet rapporteret, at kulstøv og glycol (frostvæske) kan syntetisere Flygtige oliekomponenter, hvilket resulterer i et op-kryds i flammepunkt.

forkert olie/blandet olie

som vist i figur 5 kan flammepunkter for konventionelt raffinerede mineralolier variere fra 165.C for en ISO 22 viskositetsolie til en høj 260. C for en ISO 1000 viskositetsolie. Flammepunkter varierer også noget inden for viskositetsgrader som påvirket af råolietypen og raffineringsprocessen.,

som tidligere nævnt udviser syntetiske smøremidler typisk højere flashpunkter end deres mineraloliemodeller. Derfor er det undertiden muligt at opdage en forkert eller blandet olie ved brug af flammepunktstest. Fra et praktisk synspunkt er andre rutineundersøgelser såsom infrarød spektroskopi, solbrun, viskositet og farve imidlertid mere effektive til at advare brugerne om forkerte eller blandede smøremidler. I disse tilfælde tjener flammepunktstesten bedre i en bekræftende rolle.,

subtraktioner fra olien

et smøremiddel, der udsættes for høje driftstemperaturer over en lang periode, kan miste en betydelig del af dets lysender fra fordampning. Nogle smøremidler, på grund af base olie raffinering og “dum-klokke” – blandinger, (høj viskositet, blandet med en lav viskositet til at producere en blandet medium viskositet) er mere modtagelige for fordampning end andre.

derudover er det muligt, at den rutinemæssige anvendelse af vakuumdehydratorer ved høje indgangstemperaturer kan forårsage fordampning af visse additiver og lavkogende basisoliefraktioner.,

prøveudtagning og prøvehåndtering

for at sikre nøjagtige flammepunktsresultater er det vigtigt, at en repræsentativ prøve præsenteres for instrumentet. Af forskellige grunde er det lettere sagt end gjort. Det er værd at bemærke, at forholdsreglerne her er lige så sande for enhver test (FTIR, gaskromatografi osv.) bruges til at måle forurenende stoffer med lavt kogepunkt, såsom brændstof.

mange brændstoffer vil f.eks. fordampe fra olien over tid, hvis prøven ikke er korrekt forseglet., Og lette brændstoffraktioner kan bogstaveligt talt diffundere gennem væggene i visse prøvebeholdere, såsom dem, der er fremstillet af polyethylen og polypropylen. I sådanne tilfælde foretrækkes PET-plast og glasflasker.

der kan også være tab af lette brændstoffraktioner, når vakuumprøvepumper anvendes til at trække varme motorolier ud af krumtaphusene. Det genererede vakuum trækker ikke kun olien, men kan kraftigt reducere brændstoffets kogepunkt, hvilket fører til dets fordampning., For denne og andre vigtige grunde til, at den foretrukne prøvetagningsstedet for krumtaphus olier er på trykledningen mellem pumpen og filteret ved hjælp af en acceptabel live-zone prøveudtagning.

Der skal også udvises forsigtighed af laboratoriet. Prøverne må ikke efterlades uden låg, underkastes vakuum eller opvarmes før flammepunktsprøvning eller nogen form for brændstoffortynding. Der er mange detaljerede procedurer og retningslinjer, der indgår i ASTM flammepunkt standarder, der skal overholdes for at sikre kvalitet og test nøjagtighed.,

Standardiserede flammepunkt Test for Smøremidler

for at sikre nøjagtighed og kvalitet, er det bedst at følge standardiserede flammepunkt procedurer og instrumentkonfigurationer. Der er mange forskellige tests udgivet af standarder myndigheder som ISO, ASTM, og IP. Imidlertid er kun tre almindeligt anvendt til smøremidler og hydrauliske væsker. Og på grund af forskellene i disse procedurer skal der altid angives en flammepunktstemperatur, der er specifik for den anvendte procedure., En kort beskrivelse af de tre flammepunkt procedurer følger (se også Figur 6):

Cleveland Open Cup (COC)

Denne test procedure, der benytter et åbent metal beholder, som er fyldt med prøven olie. Olien opvarmes derefter med en foreskrevet hastighed, og med jævne mellemrum føres en lille pilotflamme (tændingsmiddel) over dens overflade. Dette fortsætter, indtil der vises en flash.

olietemperaturen registreres derefter som sit flammepunkt., Proceduren er den mest udbredte til at præsentere et nyt smøremiddels fysiske og kemiske egenskaber. I det anvendte olieanalyselaboratorium kan proceduren dog kræve mere olie end typisk tilgængelig og en overordentlig lang testtid.

og for brændstoffortynding kan den nedre følsomhedsgrænse være utilstrækkelig, fordi den, når den er åben, ikke holder dampene længe nok til at få en flash.

Pensky-Marten lukket kop

Med denne test er prøven begrænset i en lukket beholder, hvori pilotflammen periodisk indføres., Derudover omrøres smøremidlet i opvarmningsperioden, og den laveste temperatur, ved hvilken der vises en flash, registreres.

Som med COC metode, en betydelig mængde væske og tid, der er nødvendig for at udføre testen. Imidlertid er fuldautomatiske instrumenter tilgængelige fra forskellige leverandører. Ved måling af brændstoffortynding er en fordel, som Pensky-Marten har i forhold til COC-metoden, forbedret følsomhed over for lavere koncentrationer af brændstoffortynding (Figur 7).,

lille skala lukket Tester

denne lille skala Flashpoint tester går under forskellige navne (f mini mini-flash) og er måske den mest tilpasningsdygtige til rutinemæssig brugt olieanalyse. Mens både Pensky-Marten og COC kan bruges som en bestået/mislykket tester, udfører denne procedure screeningstesten (metode A) med kun 2 ml væske på kun 1-2 minutter.

det endelige flammepunkt kan også opnås (metode B), men mere væske og tid er nødvendig., Det er også værd at bemærke, at både repeterbarheden og reproducerbarheden af denne procedure er markant bedre end de to foregående tests (figur 8). Mange brugte olieanalyselaboratorier med høj produktion bruger denne procedure med automatisk prøveudtagning i bestået/mislykket tilstand ved screening for brændstoffortynding.

konklusioner

flammepunktet har udholdt tidstesten. I mange anvendelser af brugt olieanalyse forbliver flammepunktstesten den valgte metode til påvisning af visse forurenende stoffer og ikke-overensstemmende smøremiddelbetingelser., I andre tilfælde fungerer flammepunktet som et pålideligt diagnostisk værktøj eller bekræftende test, når en mistænkt tilstand allerede er markeret. Og ligesom de fleste alt i verden af olieanalyse afhænger succes med at bruge flammepunktet af den omhyggelige overholdelse af sådanne ting som prøvehåndtering og testprotokol.ASTM Annual Book of Standards (1999)

Gill, Augustus H., A Short Hand-Book of Oil Analysis, J. B. Lippincott Company, 1898.

Caines, A. J. and R. F. Haycock, Automotive Lubricants Reference Book, SAE 1996.

Snook, A.illett A.,, Smøring, Bind 54, No. 9, 1968. Te ,aco Publication

Møller, U. J. , Lubricants in Operation, Mechanical Engineering Publications, Ltd.

Shublein, R. L., Syntetiske Smøremidler og Høj Ydeevne Funtional Væsker, Marcel Dekker, 1999