Jak sprawdzić temperaturę zapłonu

podobnie jak lepkość, test temperatury zapłonu zawsze był standardową częścią specyfikacji smaru. A ze względu na niski koszt, prostotę i wszechstronność, test jest popularny również wśród społeczności analiz używanych olejów. Najczęściej stosowany jako szybki test przejścia / niepowodzenia w rozcieńczeniu paliwa, w ostatnich latach pojawiło się więcej zastosowań., Analityk laboratoryjny może wdrożyć informacje o temperaturze zapłonu zużytego oleju, aby rozwiązać takie problemy, jak awaria termiczna, promieniowanie gamma, zanieczyszczenie rozpuszczalnikiem, zmieszane (lub niewłaściwe) oleje i zanieczyszczenie przeciw zamarzaniu.

Co to jest Temperatura zapłonu oleju?

Temperatura zapłonu jest najniższą temperaturą, w której opary nad próbką oleju chwilowo zapalają się lub migają, gdy źródło zapłonu zostanie nad nią przepuszczone., Temperatura zapłonu (Zwykle 225 stopni C lub 440 stopni F dla olejów mineralnych) jest wskaźnikiem zagrożeń bezpieczeństwa smaru w odniesieniu do pożaru i wybuchu. Temperatura zapłonu i nieco wyższa temperatura ognia są objęte ASTM D92 i D93.

nie należy jednak mylić temperatury zapłonu z temperaturą automatycznego zapłonu (ait), która jest temperaturą (Zwykle 360 stopni C lub 650 do 700 stopni F dla olejów mineralnych), w której opary oleju będą się samoistnie spalać bez źródła zapłonu., Jest to ważna właściwość ognioodpornych płynów hydraulicznych w systemach EHC w turbinach parowych.

zgodnie z ASTM, która po raz pierwszy ustandaryzowała test w 1924 roku, Temperatura zapłonu jest najniższą temperaturą, w której źródło zapłonu powoduje zapłon oparów próbki (smaru), aby zapalić się w określonych warunkach. Mówi się, że olej „błysnął”, gdy pojawia się płomień i natychmiast rozprzestrzenia się na całej powierzchni.

olej miga, ponieważ łatwopalna mieszanina powstaje, gdy jest wystarczająco podgrzana, powodując powstawanie oparów i mieszanie się z tlenem w powietrzu., Temperatura zapłonu oleju odpowiada mniej więcej ciśnieniu pary 3-5 mm Hg.

gdy mały płomień (źródło zapłonu) zostanie nałożony na powierzchnię oleju, ta parująca mieszanina natychmiast się spali, a następnie gaśnie, jeśli temperatura krytyczna została osiągnięta. Ciągłe podgrzewanie oleju (zwykle 50-75° f powyżej temperatury punktu zapłonu) spowoduje osiągnięcie „punktu ognia”. Jak sama nazwa wskazuje, punktem ognia jest temperatura, w której utrzymuje się płomień (dłużej niż cztery sekundy).,

wykorzystanie temperatury zapłonu do wykrywania i ilościowego określania rozcieńczenia paliwa

pierwotnie Temperatura zapłonu została opracowana w celu określenia zagrożenia pożarowego paliw i olejów przechowywanych lub transportowanych. Jednak w połączeniu z innymi testami, takimi jak lepkość, wskaźnik lepkości i ciężar właściwy, Temperatura zapłonu może pomóc w ujawnieniu zarówno jakości ropy naftowej, z której otrzymano środek smarny, jak i jakości procesu rafinacji.,

Temperatura zapłonu może również określić, czy olej bazowy był szerokim lub wąskim pojedynczym cięciem, lub czy reprezentuje mieszankę dwóch frakcji (dwa oleje bazowe o różnych lepkościach zmieszane razem). Temperatura zapłonu może również wskazywać na zmienność i zawartość najbardziej lotnych składników oleju testowego. Temperatura zapłonu nie mówi jednak nic o zmienności ropy jako całości.

W przeciwieństwie do olejów mineralnych, które zaczynają odparowywać na długo przed osiągnięciem temperatury zapłonu, niektóre syntetyki nie odparowują, dopóki nie zaczną się rozkładać (destylacja destrukcyjna)., W związku z tym punkty zapłonu tych syntetyków mogą być znacznie wyższe niż w przypadku olejów mineralnych o konwencjonalnie rafinowanych podobnych lepkościach.

chociaż istnieją bardziej precyzyjne metody pomiaru rozcieńczenia paliwa (np. destylacja z parą wodną dla benzyny i chromatografia gazowa dla oleju napędowego i paliw benzynowych), Temperatura zapłonu jest bardzo przydatna jako narzędzie przesiewania pass / fail, które jest odpowiednie dla większości zastosowań analizy oleju. Ze względu na niskie temperatury zapłonu większości paliw, nagły spadek temperatury zapłonu w oleju ze skrzyni korbowej może być zwykle określany jako wskaźnik rozcieńczenia., Istnieją jednak wyjątki, szczególnie w przypadku oleju napędowego.

ponieważ często zachodzi pewne nakładanie się lekkich lotnych składników niektórych olejów smarowych z ciężkimi końcami paliwa, obecność rozcieńczania paliwa może być mniej wyraźna. Jest to szczególnie prawdziwe, gdy całe rozcieńczenie paliwa jest wynikiem przedmuchu, tj. paliwa wprowadzanego do skrzyni korbowej przez komorę spalania.

w takich przypadkach tylko ciężkie końce mogą przedostać się do oleju z utlenionymi końcami świetlnymi jako część gazów spalinowych., Jednak w przypadku wycieku paliwa surowego, w tym wtryskiwaczy dryblujących, całość lub wysoki procent końcówek paliwa można zmieszać z olejem skrzyni korbowej. Innym czynnikiem wpływającym jest to, że same temperatury skrzyni korbowej pracującej na gorąco są często wystarczające do wytworzenia lekkich frakcji paliwowych, pozostawiając mniej lotne i bardziej lepkie ciężkie końcówki zmieszane z olejem i potencjalnie niewykrywalne w teście temperatury zapłonu.

rozcieńczenie paliwa zmniejsza lepkość smaru., Jeśli jednak do badania paliwa użyto wyłącznie lepkometrii, możliwe jest, że z powodów opisanych powyżej można wykryć niewielkie lub żadne przerzedzenie.

jest to dodatkowo spotęgowane przez często zakłócające skutki lepkiego zagęszczania sadzy (również produktu przedmuchowego), lotności oleju bazowego (zagęszczania) i przerzedzania ścinania VI. Możliwe, że olej ze skrzyni korbowej może się rozrzedzać po rozcieńczeniu paliwa (lub nie, jeśli światło się zagotuje), rozrzedzać po ścinaniu polepszacza VI, zagęszczać po ulatnianiu i zagęszczać po rosnącym obciążeniu sadzą-wszystko w tym samym czasie.,

na powierzchni może to wydawać się problemem, który nie jest problemem, jeśli lepkość mieszanki nie zmienia się. Jednakże, pomimo neutralnego efektu lepkości, potencjalne destrukcyjne konsekwencje, w tym utrata dyspersancji, ochrona przed odzieżą i stabilność utleniania, stanowią poważne zagrożenie.

Temperatura zapłonu może zwiększyć zdolność programu analizy oleju do niezawodnego identyfikowania nieprawidłowych poziomów paliwa. Nawet w przypadku stosowania wyłącznie jako testu wyjątkowego, może on zabezpieczyć się przed fałszywie dodatnim wynikiem rozcieńczenia paliwa z pierwotnego wyniku o niskiej lepkości.,

Jeśli, na przykład, niska lepkość była spowodowana niewłaściwym olejem do makijażu (o niższej lepkości), błysk może to potwierdzić, wskazując brak zmian w stosunku do nowej wartości bazowej oleju. Jednak rozcieńczenie paliwa prawie na pewno zarejestruje niższą temperaturę zapłonu od referencyjnego nowego oleju. Rysunek 3 przedstawia wykres przedstawiający ogólną zależność między temperaturą zapłonu a procentowym rozcieńczeniem (paliwo surowe).,

ponieważ często uzyskanie temperatury zapłonu zajmuje 30 minut lub dłużej przy użyciu zwykłych procedur Cleveland Open Cup lub Pensky Marten Closed Cup wiele laboratoriów preferuje procedurę zamkniętą na małą skalę opisaną w ASTM D 3828. W tej procedurze (metoda A) wstępnie ustawiona jest docelowa Temperatura zapłonu, powiedzmy o 20-30° C niższa od nowej wartości bazowej oleju (rys. 4), co odpowiada 1,5-2,0% rozcieńczeniu paliwa.

mała ilość użytego oleju (2 ml) umożliwia szybkie osiągnięcie docelowej temperatury, zazwyczaj w ciągu 1-2 minut. Zapalnik jest następnie stosowany w celu zainicjowania błysku., W przypadku uzyskania błysku badanie nie powiodło się olejowi, co sugeruje możliwość rozcieńczenia paliwa.

w przypadku, gdy olej nie przejdzie badania przesiewowego w temperaturze zapłonu, można zalecić jedno lub więcej badań wyjątkowych, zarówno w celu potwierdzenia, jak i ilościowego określenia rozcieńczenia paliwa. Możliwe testy wyjątkowe obejmują chromatografię gazową i spektroskopię w podczerwieni. Tak więc również określenie skończonej temperatury zapłonu może być stosowane w celu oszacowania procentowego rozcieńczenia paliwa (Rysunek 3).

w zależności od zastosowania, dla silników wysokoprężnych, limit ostrzegawczy jest zwykle ustawiany na około 1.,Rozcieńczenie 5% (błysk około -20° C) i granica krytyczna przy rozcieńczeniu od 3% do 5% (błysk od -40° C do -60° C). Specyficzne dla aplikacji krzywe kalibracji oparte na rzeczywistym protokole testu (otwarty kubek, zamknięty kubek itp.), Marka/gatunek oleju silnikowego i rodzaj paliwa znacznie poprawią precyzję przekładania spadku temperatury zapłonu na procentowe rozcieńczenie paliwa.,

oprócz lepkości i błysku, inne rutynowe badania analizy oleju, które mogą ujawnić rozcieńczenie paliwa, obejmują analizę pierwiastkową (proporcjonalnie zmniejszone stężenia dodatku), badanie plamkowe, badanie crackle, zapach i stabilność utleniania (np. RBOT i DSC). Odnotowano również, że wskaźnik lepkości ulegnie gwałtownej zmianie z powodu rozcieńczenia paliwa.

, Można to zaobserwować na podstawie testu plamkowego blottera lub poprzez określenie stosunku koagulowanych nierozpuszczalnych pentanowych do niekoagulowanych nierozpuszczalnych pentanowych (ASTM D 893), czasami nazywanych wskaźnikiem dyspersji. Niska liczba indeksów sugeruje słabą dyspersancję.

inne zastosowania do badania temperatury zapłonu w analizie zużytego oleju

nie jest powszechne, aby laboratoria stosowały badania temperatury zapłonu w aplikacjach poza analizą zużytego oleju silnikowego., Jednakże, w zależności od zastosowania maszyny, środowiska pracy, możliwości zanieczyszczenia i warunków naprężenia, test temperatury zapłonu może dostarczyć najwcześniejszego wskazania pewnych warunków awarii i przyczyn źródłowych.

dlatego jego zastosowanie powinno być brane pod uwagę przy definiowaniu rutynowych listew testowych dla wszystkich używanych programów analizy oleju. I, zdecydowanie powinien być wśród kilku strategicznych testów WYJĄTKÓW stosowanych do potwierdzenia i diagnozowania sporadycznych niezgodnych warunków oznaczonych rutynowymi testami, takimi jak lepkość i spektroskopia w podczerwieni., Poniżej znajduje się lista zastosowań do badania temperatury zapłonu innych niż rozcieńczanie paliwa:

pękanie oleju bazowego

czasami bardzo wysokie, zlokalizowane temperatury mogą prowadzić do rozszczepienia i wydzielania się gazu w oleju, obniżając temperaturę zapłonu. Może to wynikać z wysokich temperatur zapłonu (nie mylić z temperaturą zapłonu)silnie obciążonych folii wyciskających w stykach tocznych niektórych łożysk i przekładni. Może również wystąpić, gdy temperatura powierzchni maszyny jest bardzo gorąca ze względu na bliskość pary lub pieców.,

niewłaściwe zastosowanie grzejników zbiornikowych o dużej gęstości watów może również powodować pękanie termiczne. Napowietrzanie układów hydraulicznych Zwykle poddaje płynowi bardzo wysokie temperatury adiabatyczne, gdy pęcherzyki powietrza są nagle pod ciśnieniem (może to również wystąpić w sprężarkach i strefach obciążenia łożysk). W układach hydraulicznych warunek ten jest określany jako mikro-dieseling, gdy temperatury w pęcherzykach sprężonego powietrza są wystarczająco wysokie, aby automatycznie zapalić.,

niezależnie od źródła ciepła, jeśli temperatura oleju w danym miejscu przekracza 550° C, istnieje realne ryzyko pęknięcia (w zależności od rodzaju oleju i innych warunków pracy). Pękanie może prowadzić do powstawania drobin węgla (koksu) i substancji lotnych o niskiej temperaturze wrzenia w oleju, które obniżają temperaturę temperatury zapłonu. Również narażenie na promieniowanie Gamma, takie jak w przypadku hydrauliki przeładunkowej paliwa w elektrowni jądrowej, może powodować wydzielanie się gazu i obniżenie temperatury zapłonu.,

zanieczyszczenie

ponieważ temperatura zapłonu jest wrażliwa na składniki o niskiej temperaturze wrzenia w oleju, zmiana temperatury zapłonu (w górę lub w dół) może wskazywać na obecność nieproszonego gościa, czyli zanieczyszczenia. Oprócz oleju napędowego i benzyny, inne typowe zanieczyszczenia o niskiej temperaturze wrzenia obejmują gaz ziemny (silniki gazowe i sprężarki) i rozpuszczalniki.

zanieczyszczenie rozpuszczalnikiem może wystąpić, gdy na przykład skrzynia biegów jest oczyszczona z benzyny ciężkiej, nafty lub innego łatwopalnego środka czyszczącego. Wiadomo, że niektóre zanieczyszczenia rzeczywiście podnoszą temperaturę zapłonu., Może to wynikać z wysokiego poziomu zanieczyszczenia wody w oleju, częstej ingerencji w testowanie temperatury zapłonu. Zanieczyszczenie wody może również powodować fałszywy niski błysk, szczególnie w niektórych systemach mini-błysk, które wykorzystują zmianę ciśnienia do wykrywania błysku.

zagotowanie wody może dać na przykład fałszywy wynik dodatni na paliwie. Woda może również zgasić płomień w przypadkach, gdy używany jest płomień pilotujący Gaz. Jednym z rozwiązań do czynienia z wodą jest dodanie cząstek siarczanów wapnia lub węglanu wapnia przed wykonaniem błysku. Wirowanie to kolejne rozwiązanie., Stwierdzono również, że pył węglowy i glikol (środek przeciw zamarzaniu) mogą syntetyzować składniki olejku lotnego, powodując up-tick w temperaturze zapłonu.

niewłaściwy olej/mieszany olej

jak pokazano na rysunku 5, Temperatura zapłonu konwencjonalnie rafinowanych olejów mineralnych może wynosić od 165° C dla oleju o lepkości ISO 22 do wysokiego 260° C dla oleju o lepkości ISO 1000. Punkty zapłonu również różnią się nieco w klasach lepkości, pod wpływem rodzaju ropy naftowej i procesu rafinacji.,

jak już wcześniej wspomniano, syntetyczne smary zazwyczaj wykazują wyższe temperatury zapłonu niż ich odpowiedniki z olejów mineralnych. Dlatego czasami możliwe jest wykrycie niewłaściwego lub zmieszanego oleju za pomocą badania temperatury zapłonu. Jednak z praktycznego punktu widzenia inne rutynowe testy, takie jak spektroskopia w podczerwieni, TAN, lepkość i kolor, są bardziej skuteczne w ostrzeganiu użytkowników o niewłaściwych lub zmieszanych smarach. W takich przypadkach test temperatury zapłonu lepiej spełnia rolę potwierdzającą.,

odejmowanie od oleju

smar poddawany przez długi czas wysokim temperaturom roboczym może utracić znaczną część swoich lekkich końcówek na skutek parowania. Niektóre smary, z powodu rafinacji oleju bazowego i mieszanek „dumb-bell” (wysoka lepkość zmieszana z niską lepkością w celu wytworzenia mieszanej średniej lepkości) są bardziej podatne na ulatnianie niż inne.

ponadto możliwe jest, że rutynowe stosowanie odwadniaczy próżniowych przy wysokich temperaturach na wlocie może spowodować odparowanie niektórych dodatków i frakcji oleju bazowego o niskiej temperaturze wrzenia.,

Pobieranie Próbek i obsługa próbek

w celu zapewnienia dokładnych wyników temperatury zapłonu ważne jest, aby przyrząd przedstawił reprezentatywną próbkę. Z różnych powodów łatwiej powiedzieć niż zrobić. Warto zauważyć, że środki ostrożności tutaj są równie prawdziwe dla każdego badania (FTIR, chromatografia gazowa, itp.) używany do pomiaru zanieczyszczeń o niskiej temperaturze wrzenia, takich jak paliwo.

wiele paliw, na przykład, wyparuje z oleju w czasie, jeśli próbka nie jest prawidłowo uszczelniona., Lekkie frakcje paliwa mogą dosłownie przenikać przez ściany niektórych pojemników na próbki, takich jak te wykonane z polietylenu i polipropylenu. W takich przypadkach preferowane są plastikowe i szklane butelki PET.

w przypadku pomp próżniowych do pobierania gorących olejów silnikowych z korbowodów może dojść również do utraty lekkich frakcji paliwa. Wytworzona próżnia nie tylko pobiera olej, ale może znacznie obniżyć temperaturę wrzenia paliwa, prowadząc do jego odparowania., Z tego i innych ważnych powodów preferowane miejsce pobierania próbek olejów ze skrzyni korbowej znajduje się na linii ciśnieniowej między pompą a filtrem, stosując akceptowalną procedurę pobierania próbek w strefie aktywnej.

Próbki nie powinny być pozostawiane bez otworu, poddawane podciśnieniu lub ogrzewane przed badaniem temperatury zapłonu lub jakimkolwiek badaniem rozcieńczenia paliwa. Istnieje wiele szczegółowych procedur i wytycznych zawartych w normach ASTM dotyczących temperatury zapłonu, których należy przestrzegać, aby zapewnić jakość i dokładność testu.,

standardowe testy temperatury zapłonu dla smarów

w celu zapewnienia dokładności i jakości najlepiej stosować standardowe procedury temperatury zapłonu i konfiguracje przyrządów. Istnieje wiele różnych testów publikowanych przez organy normalizacyjne, takie jak ISO, ASTM i IP. Jednak tylko trzy są powszechnie stosowane do smarów i płynów hydraulicznych. A ze względu na różnice w tych procedurach, Temperatura zapłonu musi być zawsze podana specyficznie dla zastosowanej procedury., Poniżej znajduje się Krótki opis trzech procedur dotyczących temperatury zapłonu (patrz również rysunek 6):

Cleveland Open Cup (CoC)

Ta procedura badania wykorzystuje otwarty metalowy pojemnik wypełniony próbką oleju. Olej jest następnie podgrzewany z zalecaną szybkością i okresowo mały płomień pilotujący (zapalnik) przepuszcza się na jego powierzchnię. Trwa to do momentu pojawienia się błysku.

temperatura oleju jest następnie zapisywana jako jego temperatura zapłonu., Procedura ta jest najczęściej stosowana przy prezentowaniu właściwości fizycznych i chemicznych nowego smaru. Jednak w laboratorium analizy oleju zużytego procedura może wymagać więcej oleju niż zwykle dostępna i wyjątkowo długi czas testu.

a w przypadku rozcieńczania paliwa dolna granica czułości może być niewystarczająca, ponieważ będąc Otwarta, nie zatrzymuje oparów na tyle długo, aby uzyskać błysk.

Kubek zamknięty Pensky-Marten

dzięki temu badaniu próbka jest zamknięta w zamkniętym pojemniku, do którego okresowo wprowadza się płomień pilotujący., Dodatkowo smar jest mieszany podczas okresu ogrzewania i rejestrowana jest najniższa temperatura, w której pojawia się błysk.

podobnie jak w przypadku metody COC, do wykonania testu potrzeba znacznej ilości płynu i czasu. Jednak w pełni zautomatyzowane instrumenty są dostępne od różnych dostawców. W pomiarze rozcieńczania paliwa jedną z zalet metody Pensky-Marten nad metodą COC jest zwiększona wrażliwość na niższe stężenia rozcieńczania paliwa (rys. 7).,

Mały Tester zamknięty

Ten mały tester temperatury zapłonu ma różne nazwy (np. mini-flash) i jest prawdopodobnie najbardziej elastyczny do rutynowej analizy oleju. Podczas gdy zarówno Pensky-Marten, jak i COC mogą być używane jako tester pass / fail, procedura ta wykonuje test przesiewowy (metoda A) Z zaledwie 2 ml płynu w ciągu zaledwie 1-2 minut.

można również uzyskać skończoną temperaturę zapłonu (metoda B), ale potrzeba więcej płynu i czasu., Warto również zauważyć, że zarówno powtarzalność, jak i odtwarzalność tej procedury są wyraźnie lepsze niż dwa poprzednie badania (rys. 8). Wiele wysokowydajnych laboratoriów analizy oleju używanego stosuje tę procedurę z automatycznym próbkowaniem w trybie pass/fail w badaniach przesiewowych pod kątem rozcieńczenia paliwa.

wnioski

Temperatura zapłonu wytrzymała próbę czasu. W wielu zastosowaniach analizy zużytego oleju test temperatury zapłonu pozostaje metodą wyboru w wykrywaniu pewnych zanieczyszczeń i niespełniających warunków smaru., W innych przypadkach temperatura zapłonu służy jako niezawodne narzędzie diagnostyczne lub test potwierdzający, gdy podejrzany stan został już oznaczony. Podobnie jak większość analiz oleju, sukces w stosowaniu temperatury zapłonu zależy od starannego przestrzegania takich zasad, jak obsługa próbek i protokół testowy.

Reference
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. Willett A.,, Smarowanie, Tom 54, Nr 9, 1968. Wydawnictwo Texaco

Moller, U. J., smary w eksploatacji, wydawnictwa Inżynierii Mechanicznej, Sp. z o. o.

Shublein, R. L., Smary syntetyczne i wysokowydajne płyny funtowe, Marcel Dekker, 1999