Hoe het vlampunt

zoals viscositeit is de vlampunttest altijd een standaard onderdeel geweest van de specificatie van een smeermiddel. En, vanwege de lage kosten, eenvoud en veelzijdigheid, de test is populair onder de gebruikte olie analyse gemeenschap ook. Meestal gebruikt als een quick pass/fail test voor brandstofverdunning, meer toepassingen zijn opgedoken in de afgelopen jaren., De labanalist kan informatie over het vlampunt van een gebruikte olie inzetten om problemen als thermische storing, gammastraling, oplosmiddelverontreiniging, gemengde (of verkeerde) oliën en antivriesbesmetting op te lossen.

Wat is het vlampunt van een olie?

het vlampunt is de laagste temperatuur waarbij de damp boven het oliemonster tijdelijk ontbrandt of knippert wanneer er een ontstekingsbron overheen wordt geleid., Het vlampunt (typisch 225 graden C of 440 graden F voor minerale oliën) is een indicatie van de veiligheidsrisico ‘ s van een smeermiddel met betrekking tot brand en explosie. Het vlampunt en het iets hogere brandpunt worden gedekt door ASTM D92 en D93.

het vlampunt mag echter niet worden verward met de automatische ontstekingstemperatuur (ait), de temperatuur (meestal 360 graden C of 650 tot 700 graden F voor minerale oliën) waarbij de oliedamp spontaan ontbrandt zonder ontstekingsbron., Dit is een belangrijke eigenschap van brandwerende hydraulische vloeistoffen in EHC-systemen op stoomturbines.

volgens ASTM, die de test in 1924 voor het eerst standaardiseerde, is het vlampunt de laagste temperatuur waarbij een ontstekingsbron de dampen van het monster (smeermiddel) doet ontbranden onder bepaalde omstandigheden. De olie wordt gezegd te hebben “geflitst” wanneer een vlam verschijnt en zich onmiddellijk verspreidt over het hele oppervlak.

de olie knippert omdat een ontvlambaar mengsel ontstaat wanneer het voldoende wordt verhit, waardoor dampen ontstaan en zich vermengen met zuurstof in de lucht., De vlampunttemperatuur van een olie komt ongeveer overeen met een dampdruk van 3-5 mm Hg.

wanneer een kleine vlam (ontstekingsbron) op het oppervlak van de olie wordt aangebracht, zal dit dampige mengsel even branden en dan doven als de kritische temperatuur is bereikt. Door verdere verhitting van de olie (meestal 50-75° F boven de vlampunttemperatuur) zal het “brandpunt” worden bereikt. Zoals de naam al aangeeft, is het brandpunt de temperatuur waarbij een aanhoudende vlam ontstaat (langer dan vier seconden).,

met behulp van het vlampunt voor het detecteren en kwantificeren van Brandstofverdunning

oorspronkelijk werd het vlampunt ontwikkeld om het brandgevaar van brandstoffen en oliën die worden opgeslagen of vervoerd te bepalen. In combinatie met andere tests zoals viscositeit, viscositeitsindex en soortelijk gewicht kan het vlampunt echter zowel de kwaliteit van de ruwe olie waaruit het smeermiddel is afgeleid, als de kwaliteit van het raffinageproces onthullen.,

het vlampunt kan ook bepalen of de basisolie een brede of smalle enkelvoudige snede was dan wel een mengsel van twee fracties (twee basisoliën van verschillende viscositeiten gemengd). En, het vlampunt kan enige indicatie geven over de vluchtigheid en de inhoud van de meest vluchtige componenten van de testolie. Het vlampunt vertelt echter niets over de vluchtigheid van de olie als geheel.

In tegenstelling tot minerale oliën die beginnen te verdampen lang voordat hun vlampunten zijn bereikt, verdampen sommige kunststoffen niet voordat ze beginnen te ontbinden (destructieve destillatie)., Daarom kunnen de vlampunten van deze synthetische stoffen veel hoger liggen dan die van minerale oliën van conventioneel geraffineerde soortgelijke viscositeiten.

hoewel er nauwkeurigere methoden zijn voor het meten van de brandstofverdunning (bv. stoomdestillatie voor benzine en gaschromatografie voor diesel-en benzinemotoren), is het vlampunt zeer nuttig als een “pass/fail” – screeninginstrument dat geschikt is voor de meeste gebruikte olieanalysetoepassingen. Vanwege de lage vlampunten van de meeste brandstoffen kan een plotselinge daling van de vlamtemperatuur in een carterolie meestal worden gebruikt als indicatie van verdunning., Er zijn echter uitzonderingen, met name voor dieselbrandstof.

omdat de lichte vluchtige bestanddelen van sommige smeeroliën vaak overlappen met de zware uiteinden van de brandstof, kan de aanwezigheid van brandstofverdunning minder duidelijk zijn. Dit geldt in het bijzonder wanneer de volledige verdunning van de brandstof het gevolg is van doorblazen, d.w.z. brandstof die via de verbrandingskamer in het carter terechtkomt.

In dergelijke gevallen mogen alleen de zware uiteinden met de geoxideerde lichte uiteinden als deel van de uitlaatgassen in de olie terechtkomen., Bij lekkage van ruwe brandstof, met inbegrip van druppelinjectoren, kunnen alle of een hoog percentage van de brandstoflichteinden met de carterolie worden gemengd. Een andere factor die van invloed is, is dat de warmlopende cartertemperaturen alleen vaak voldoende zijn om lichte brandstoffracties af te koken, waardoor de minder vluchtige en meer viskeuze zware uiteinden met de olie worden gemengd en mogelijk niet detecteerbaar zijn met de vlampunttest.

Brandstofverdunning vermindert de viscositeit van een smeermiddel., Indien echter alleen viscometrie werd gebruikt om brandstof te screenen, is het mogelijk dat om de hierboven beschreven redenen weinig tot geen verdunning kon worden gedetecteerd.

Dit wordt nog verergerd door de vaak storende effecten van viskeuze verdikking door roet (ook een product van blow-by), vluchtigheid van basisolie (verdikking) en verdunning van VI improver shear. Het is mogelijk dat een carterolie zou kunnen verdunnen van de brandstofverdunning (of niet als het licht eindigt wegkoken), verdunnen van VI improver sheardown, verdikking van vervluchtiging, en verdikking van stijgende roetbelasting – allemaal op hetzelfde moment.,

aan het oppervlak lijkt dit een probleem dat geen probleem is als de gemengde viscositeit niet verandert. Ondanks het neutrale viscositeitseffect vormen mogelijke destructieve gevolgen, waaronder verlies van dispersie, bescherming tegen kleding en oxidatiestabiliteit, echter een ernstig risico.

Vlampunt kan het vermogen van een olieanalyseprogramma verbeteren om op betrouwbare wijze abnormale brandstofniveaus te identificeren. Zelfs wanneer het alleen als uitzondering wordt gebruikt, kan het een fout-positieve conclusie over brandstofverdunning uit een oorspronkelijk resultaat met lage viscositeit voorkomen.,

Indien bijvoorbeeld de Lage Viscositeit werd veroorzaakt door onjuiste make-upolie (met een lagere viscositeit), kan de flits dit bevestigen door aan te geven dat er geen verandering ten opzichte van de nieuwe baseline van de olie is. De verdunning van de brandstof zou echter vrijwel zeker een lager vlampunt van de referentieolie registreren. Figuur 3 toont een grafiek met de algemene relatie tussen vlampunt en procentuele verdunning (ruwe brandstof).,

omdat het vaak 30 minuten of langer duurt om het vlampunt te verkrijgen met behulp van gewone Cleveland Open Cup-of Pensky Marten Closed Cup-procedures geven veel laboratoria de voorkeur aan de kleinschalige gesloten Cup-procedure zoals beschreven in ASTM D 3828. In deze procedure (Methode A) is een vooraf ingesteld doelvlampunt, bijvoorbeeld 20-30° C lager dan de nieuwe oliebasislijn (Figuur 4), wat overeenkomt met 1,5 – 2,0% brandstofverdunning.

De kleine hoeveelheid olie die wordt gebruikt (2 ml) maakt het mogelijk de gewenste temperatuur snel te bereiken, meestal binnen 1-2 minuten. De ontsteker wordt vervolgens aangebracht om de flitser te starten., Als een flits wordt verkregen, faalt de test de olie, wat de mogelijkheid van brandstofverdunning suggereert.

in het geval dat een olie niet voldoet aan de vlampunt screeningtest, kunnen dan een of meer uitzonderingstests worden voorgeschreven om zowel de brandstofverdunning te bevestigen als te kwantificeren. Mogelijke uitzonderingen zijn gaschromatografie en infraroodspectroscopie. Ook het bepalen van de eindige vlampunttemperatuur kan worden ingezet om procent brandstofverdunning te schatten (Figuur 3).

afhankelijk van de toepassing wordt voor dieselmotoren een waarschuwingslimiet ingesteld op ongeveer 1.,5% verdunning (ongeveer -20° C flits) en een kritische limiet bij 3% tot 5% verdunning (-40° C tot -60° C flits). Toepassingsspecifieke kalibratiekrommen op basis van het eigenlijke testprotocol (open beker, gesloten Beker, enz.), motorolie merk/kwaliteit, en brandstoftype, zal sterk verbeteren precisie in het vertalen van een daling in vlampunt naar procent brandstof verdunning.,

naast viscositeit en flits zijn andere routinematige olieanalysetests die brandstofverdunning kunnen aantonen, o.a. elementanalyse (proportioneel gereduceerde additieve concentraties), vlekvlektest, kraket-test, geur en oxidatiestabiliteit (bv. RBOT en DSC). Ook is gemeld dat de viscositeitsindex sterk zal veranderen als gevolg van brandstofverdunning.

Dieselbrandstofconcentraties van meer dan 5% bleken voortijdig dispersie te veroorzaken, wat leidt tot afzettingen en filterplugging., Dit kan worden waargenomen bij de vlektest of door de A-Verhouding van gecoaguleerd pentaan onoplosbaar tot ongecoaguleerd pentaan onoplosbaar te bepalen (ASTM D 893), soms de dispersie-index genoemd. Een laag indexcijfer wijst op een slechte verspreiding.

andere toepassingen voor het testen van Vlampunten in de analyse van gebruikte olie

Het is niet gebruikelijk dat laboratoria vlampunten testen toepassen in toepassingen buiten de analyse van gebruikte motorolie., Afhankelijk van de toepassing van de machine, de werkomgeving, de kans op verontreiniging en de stressomstandigheden kan een vlampunttest echter de vroegste indicatie geven van bepaalde storingen en oorzaken.

daarom moet het gebruik ervan in overweging worden genomen bij het bepalen van routinetestlijsten voor alle gebruikte olieanalyseprogramma ‘ s. En, het moet zeker onder verschillende strategische uitzondering tests worden gebruikt om te bevestigen en diagnosticeren occasionele niet-conforme voorwaarden gemarkeerd door routinetests zoals viscositeit en infrarode spectroscopie., Hieronder volgt een lijst van toepassingen voor het testen van vlampunten met uitzondering van brandstofverdunning:

kraken van basisolie

soms kunnen zeer hoge, gelokaliseerde temperaturen leiden tot splitsing en gasevolutie in de olie, waardoor het vlampunt daalt. Dit kan het gevolg zijn van de hoge vlamtemperaturen (niet te verwarren met vlampunt) van sterk belaste persfilters in de rolcontacten van bepaalde lagers en reductoren. Het kan ook voorkomen wanneer de oppervlaktetemperaturen van de machine extreem heet zijn vanwege de nabijheid van stoom of ovens.,

het verkeerd aanbrengen van tankverwarmingstoestellen met een hoge wattdichtheid kan ook thermisch kraken veroorzaken. En, beluchting van hydraulische systemen meestal onderwerpen de vloeistof aan extreem hoge adiabatische temperaturen wanneer luchtbellen plotseling onder druk (het kan ook voorkomen in compressoren en laadzones van lagers). In hydraulische systemen, wordt de voorwaarde aangeduid als micro-dieseling wanneer de temperaturen binnen de samengeperste luchtbellen hoog genoeg zijn om automatisch te ontsteken.,

ongeacht de warmtebron, indien de plaatselijke olietemperaturen meer dan 550° C mogen bedragen, bestaat er een reëel risico op barsten (afhankelijk van het type olie en andere bedrijfsomstandigheden). Het kraken kan leiden tot de vorming van koolstofdeeltjes (cokes) en vluchtige stoffen met een laag kookpunt in de olie die de vlampunttemperatuur verlagen. Ook kan blootstelling aan gammastraling, zoals in het geval van brandstofhandling hydraulica in een kerncentrale, gasevolutie en lager vlampunt veroorzaken.,

verontreiniging

omdat het vlampunt gevoelig is voor bestanddelen met laag kookpunt in de olie kan een verandering in het vlampunt (omhoog of omlaag) wijzen op de aanwezigheid van een ongenode gast, d.w.z. een verontreiniging. Naast diesel-en benzinebrandstof zijn andere veel voorkomende verontreinigingen met laag kookpunt aardgas (gasmotoren en compressoren) en oplosmiddelen.

Oplosmiddelverontreiniging kan worden gevonden wanneer bijvoorbeeld een versnellingsbak wordt gereinigd met NAFTA, kerosine of een ander ontvlambaar reinigingsmiddel. Van bepaalde verontreinigingen is bekend dat ze het vlampunt verhogen., Dit kan optreden door een hoge mate van waterverontreiniging in de olie, een veel voorkomende storing in het vlampunt testen. Waterverontreiniging kan ook een valse lage flits geven, met name in bepaalde miniflitsystemen die drukverandering gebruiken om flits te detecteren.

het wegkoken van het water kan bijvoorbeeld een vals-positief effect op brandstof geven. Water kan de vlam ook doven in gevallen waarin een gas-pilotvlam wordt gebruikt. Een oplossing voor het omgaan met water is om deeltjes van calcium sulfaten of calciumcarbonaat toe te voegen voorafgaand aan het uitvoeren van de flash. Centrifugeren is nog een andere oplossing., Er is ook gemeld dat kolenstof en glycol (antivries) vluchtige oliecomponenten kunnen synthetiseren, wat resulteert in een opwaartse teek in vlampunt.

verkeerde olie / gemengde olie

zoals aangegeven in Figuur 5, kunnen vlampunten voor conventioneel geraffineerde minerale oliën variëren van 165° C voor een ISO 22 viscositeitsolie tot een hoge 260° C voor een ISO 1000 viscositeitsolie. Vlampunten variëren ook enigszins binnen viscositeitsklassen zoals beïnvloed door het type ruwe olie en het raffinageproces.,

zoals eerder vermeld vertonen synthetische smeermiddelen doorgaans hogere vlampunten dan hun tegenhangers in minerale olie. Daarom is het soms mogelijk om een verkeerde of gemengde olie te detecteren met behulp van vlampunttesten. Echter, vanuit een praktisch standpunt, andere routinetests zoals infrarood spectroscopie, TAN, viscositeit en kleur zijn effectiever in het waarschuwen van gebruikers voor verkeerde of gemengde smeermiddelen. In deze gevallen dient de vlampunttest beter in een bevestigende rol.,

aftrekken van de olie

een smeermiddel dat gedurende een lange periode aan hoge bedrijfstemperaturen wordt blootgesteld, kan door verdamping een aanzienlijk deel van zijn lichte uiteinden verliezen. Sommige smeermiddelen, vanwege de raffinage van basisolie en “dumb-bell” – mengsels, (een hoge viscositeit gemengd met een lage viscositeit om een gemengde gemiddelde viscositeit te produceren) zijn gevoeliger voor vervluchtiging dan andere.

bovendien is het mogelijk dat het routinematig gebruik van vacuümdehydratoren bij hoge inlaattemperaturen de verdamping van bepaalde additieven en fracties van basisolie met laag kookpunt kan veroorzaken.,

bemonstering en behandeling van het monster

om nauwkeurige vlampuntresultaten te verzekeren is het belangrijk dat een representatief monster aan het instrument wordt gepresenteerd. Om verschillende redenen is dit gemakkelijker gezegd dan gedaan. Het is vermeldenswaard dat de voorzorgsmaatregelen hier even gelden voor elke test (FTIR, gaschromatografie, enz.) gebruikt om verontreinigingen met een laag kookpunt zoals brandstof te meten.

veel brandstoffen zullen bijvoorbeeld na verloop van tijd uit de olie verdampen als het monster niet goed is afgesloten., En lichte brandstoffracties kunnen letterlijk diffunderen door de wanden van bepaalde monstercontainers, zoals die van polyethyleen en polypropyleen. In dergelijke gevallen hebben PET plastic en glazen flessen de voorkeur.

Er kan ook verlies van lichte brandstoffracties optreden wanneer vacuümbemonsteringspompen worden gebruikt om hete motoroliën uit carter te trekken. Het opgewekte vacuüm trekt niet alleen de olie aan, maar kan het kookpunt van de brandstof sterk verminderen, wat leidt tot verdamping., Om deze en andere belangrijke redenen wordt de voorkeur gegeven aan de plaats waar carteroliën worden bemonsterd op de drukleiding tussen de pomp en het filter, waarbij gebruik wordt gemaakt van een aanvaardbare bemonsteringsprocedure voor de levende zone.

voorzichtigheid is ook geboden door het laboratorium. De monsters mogen niet onbedekt worden gelaten, aan vacuüm worden onderworpen of worden verhit vóór de vlampunttest of een test voor brandstofverdunning. Er zijn veel gedetailleerde procedures en richtlijnen opgenomen in de ASTM-vlampuntnormen die moeten worden nageleefd om de kwaliteit en de nauwkeurigheid van de test te verzekeren.,

Standarized Vlampunt Tests voor smeermiddelen

om nauwkeurigheid en kwaliteit te verzekeren is het het beste om gestandaardiseerde vlampuntprocedures en instrumentconfiguraties te volgen. Er zijn veel verschillende tests gepubliceerd door normen autoriteiten zoals ISO, ASTM, en IP. Echter, slechts drie worden vaak gebruikt voor smeermiddelen en hydraulische vloeistoffen. En, vanwege de verschillen in deze procedures, moet altijd een vlampunttemperatuur worden vermeld die specifiek is voor de toegepaste procedure., Een korte beschrijving van de drie vlampuntprocedures volgt (Zie ook Figuur 6):

Cleveland Open Cup (COC)

deze testprocedure maakt gebruik van een open metalen container die gevuld is met de monsterolie. De olie wordt vervolgens met een voorgeschreven snelheid verhit en periodiek wordt een kleine proefvlam (ontsteker) over het oppervlak gevoerd. Dit gaat door tot er een flits verschijnt.

de olietemperatuur wordt dan geregistreerd als het vlampunt., De procedure wordt het meest gebruikt bij de presentatie van de fysische en chemische eigenschappen van een nieuw smeermiddel. In het gebruikte olieanalyselaboratorium kan de procedure echter meer olie vereisen dan gewoonlijk beschikbaar en een buitengewoon lange testtijd.

en voor brandstofverdunning kan de ondergrens van de gevoeligheid ontoereikend zijn, omdat deze, open zijnde, de dampen niet lang genoeg vasthoudt om een flits te krijgen.

Pensky-Marten gesloten Cup

bij deze test wordt het monster opgesloten in een gesloten container waarin de proefvlam periodiek wordt ingebracht., Bovendien wordt het smeermiddel tijdens de verwarmingsperiode bewogen en wordt de laagste temperatuur geregistreerd waarbij een flits verschijnt.

net als bij de COC-methode is een aanzienlijke hoeveelheid vloeistof en tijd nodig om de test uit te voeren. Echter, volledig geautomatiseerde instrumenten zijn verkrijgbaar bij verschillende leveranciers. Bij het meten van de brandstofverdunning heeft de Pensky-Marten een voordeel ten opzichte van de COC-methode, namelijk een verbeterde gevoeligheid voor lagere concentraties van brandstofverdunning (Figuur 7).,

kleine schaal gesloten tester

deze kleinschalige vlampunt tester heeft verschillende namen (bijvoorbeeld mini-flitser) en is wellicht het meest geschikt voor routinematige analyse van gebruikte olie. Terwijl zowel de Pensky-Marten als het COC als pass/fail tester kunnen worden gebruikt, wordt de screeningtest (Methode A) met slechts 2 ml vloeistof in slechts 1-2 minuten uitgevoerd.

het eindige vlampunt kan ook worden verkregen (Methode B) maar er is meer vloeistof en tijd nodig., Het is ook vermeldenswaard dat zowel de herhaalbaarheid als de reproduceerbaarheid van deze procedure duidelijk beter zijn dan de vorige twee tests (Figuur 8). Veel laboratoria voor olieanalyse met hoge productie gebruiken deze procedure met automatische bemonstering in de pass / fail-modus bij het screenen op brandstofverdunning.

conclusies

het vlampunt heeft de tand des tijds doorstaan. In veel toepassingen van de analyse van gebruikte olie blijft de vlampunttest de methode van keuze bij het opsporen van bepaalde verontreinigingen en niet-conforme smeermiddelomstandigheden., In andere gevallen dient het vlampunt als betrouwbaar diagnostisch hulpmiddel of als bevestigingstest wanneer een verdachte toestand al is gemarkeerd. En, zoals bijna alles in de wereld van olieanalyse, hangt het succes in het gebruik van het vlampunt af van de zorgvuldige naleving van zaken als monsterbehandeling en testprotocol.

referentie
ASTM Annual Book of Standards (1999)

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

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

Snook, Willett A.,, Smering, Volume 54, Nr. 9, 1968. Texaco Publication

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

Shublein, R. L., Synthetic Lubricants and High Performance Funtional Fluids, Marcel Dekker, 1999