Hur man testar Flampunkt

liksom viskositet har flampunktstestet alltid varit en standarddel av smörjmedlets specifikation. Och på grund av sin låga kostnad, enkelhet och mångsidighet är testet också populärt bland det använda oljeanalysgemenskapen. Oftast används som en snabb pass / feltest för bränsleutspädning, har fler applikationer dykt upp under de senaste åren., Laboratorieanalytikern kan distribuera information om en använd oljes flampunkt för att felsöka sådana problem som värmefel, gammastrålning, lösningsmedelskontaminering, blandade (eller felaktiga) oljor och frostskyddsmedel.

Vad är en Oljes Flampunkt?

flampunkten är den lägsta temperatur vid vilken ångan ovanför oljeprovet tillfälligt antänds eller blinkar när en antändningskälla passerar över den., Flampunkten (vanligtvis 225 grader C eller 440 grader F för mineraloljor) är en indikation på smörjmedlets säkerhetsrisker med avseende på Brand och explosion. Flampunkten och den något högre brandpunkten täcks av ASTM D92 och D93.

flampunkten bör dock inte förväxlas med den automatiska tändningstemperaturen (ait), som är temperaturen (typiskt 360 grader C eller 650 till 700 grader F för mineraloljor) vid vilken oljeångan kommer att kamma spontant utan en antändningskälla., Detta är en viktig egenskap hos brandbeständiga hydraulvätskor i EHC-system på ångturbiner.

enligt ASTM, som först standardiserade testet 1924, är flampunkten den lägsta temperatur vid vilken en antändningskälla orsakar ångorna hos preparatet (smörjmedel) att antändas under angivna förhållanden. Oljan sägs ha ”blinkat” när en flamma dyker upp och omedelbart sprider sig över hela ytan.

oljan blinkar eftersom en brandfarlig blandning resulterar när den värms upp tillräckligt och orsakar ångor att dyka upp och blanda med syre i luften., Flampunktstemperaturen hos en olja motsvarar ungefär ett ångtryck på 3-5 mm Hg.

När en liten flamma (antändningskälla) appliceras på oljans yta kommer denna ångblandning att brinna tillfälligt och sedan släcka om den kritiska temperaturen har uppnåtts. Fortsatt uppvärmning av oljan (typiskt 50-75° f över flampunktstemperaturen) kommer att leda till att ”brandpunkten” nås. Som namnet antyder är brandpunkten den temperatur vid vilken en långvarig flamma resulterar (längre än fyra sekunder).,

med hjälp av flampunkt för att detektera och kvantifiera Bränsleutspädning

ursprungligen utvecklades flampunkten för att fastställa brandrisken för bränslen och oljor som lagras eller transporteras. Men i kombination med andra tester som viskositet, viskositetsindex och specifik vikt kan flampunkten hjälpa till att avslöja både kvaliteten på den råolja från vilken smörjmedlet härleddes och kvaliteten på raffineringsprocessen.,

flampunkten kan också identifiera om basoljan var en bred eller smal enkelskärning eller om den representerar en blandning av två fraktioner (två basoljor med olika viskositeter blandade ihop). Och flampunkten kan ge viss indikation om volatiliteten och innehållet i testoljans mest flyktiga komponenter. Flampunkten berättar dock ingenting om volatiliteten hos oljan som helhet.

Till skillnad från mineraloljor som börjar förångas långt innan deras flampunkter uppnås, avdunstar vissa syntetiker inte förrän de börjar sönderdelas (destruktiv destillation)., Därför kan flampunkterna för dessa syntetiker variera mycket högre än för mineraloljor av konventionellt raffinerade liknande viskositeter.

även om det finns mer exakta metoder för mätning av bränsleutspädning (t.ex. ångdestillation för bensin och gaskromatografi för diesel-och bensinbränslen), är flampunkten mycket användbar som ett pass / fail screeningverktyg som är tillräckligt för de flesta använda oljeanalysapplikationer. På grund av de låga flampunkterna hos de flesta bränslen kan en plötslig minskning av flamptemperaturen i en vevhusolja vanligtvis åberopas som en indikation på utspädning., Det finns dock undantag, särskilt när det gäller dieselbränsle.

eftersom det ofta förekommer en viss överlappning av de lätta flyktiga beståndsdelarna i vissa smörjoljor med de tunga ändarna av bränslet, kan närvaron av bränsleutspädning vara mindre distinkt. Detta gäller särskilt när hela bränsleutspädningen är resultatet av genomblåsning, dvs. bränsle som kommer in i vevhuset genom förbränningskammaren.

i sådana fall får endast de tunga ändarna komma in i oljan med de oxiderade ljusändarna som en del av avgaserna., Vid läckage av råbränsle, inklusive dribblingsinjektorer, kan dock alla eller en hög andel av bränsleljusändarna blandas med vevhusoljan. En annan påverkande faktor är att varma rinnande vevhustemperaturer ensam är ofta tillräckliga för att koka av lätta bränslefraktioner, vilket gör att de mindre flyktiga och mer viskösa tunga ändarna blandas med oljan och potentiellt omöjlig att upptäcka med flampunktstestet.

bränsleutspädning minskar smörjmedlets viskositet., Men om viscometri användes ensam för att avskärma för bränsle, är det möjligt att liten eller ingen gallring kunde detekteras av de skäl som beskrivs ovan.

detta förvärras ytterligare av de ofta störande effekterna av viskös förtjockning från sot (även en produkt av blow-by), basoljevolatilitet (förtjockning) och vi improver skjuvförtunning. Det är möjligt att en vevhusolja kan gallras från bränsleutspädning (eller inte om ljusets ändar kokar bort), gallring från Vi – förbättrings sheardown, förtjockning från volatilisering och förtjockning från stigande sotbelastning-allt samtidigt.,

på ytan kan det verka som ett problem som inte är ett problem om den blandade viskositeten inte förändras. Trots den neutrala viskositetseffekten utgör potentiella destruktiva konsekvenser, inklusive förlust av dispergering, skydd mot slitage och oxidationsstabilitet, en allvarlig risk.

Flampunkt kan förbättra förmågan hos ett oljeanalysprogram för att på ett tillförlitligt sätt identifiera onormala bränslenivåer. Även om den endast används som ett undantagstest kan den skydda sig mot en falsk positiv slutsats om bränsleutspädning från ett originalresultat med låg viskositet.,

om exempelvis den låga viskositeten orsakades av felaktig sminkolja (med lägre viskositet) kan blixten bekräfta detta genom att inte ange någon förändring från den nya oljebaslinjen. Bränsleutspädning skulle dock nästan säkert registrera en lägre flampunkt från referensen ny olja. Figur 3 visar ett diagram som visar det allmänna förhållandet mellan flampunkt och procentuell utspädning (råbränsle).,

eftersom det ofta tar 30 minuter eller längre tid att få flampunkten med hjälp av vanliga Cleveland Open Cup eller Pensky Marten Closed Cup-procedurer föredrar många laboratorier den småskaliga Closed Cup-proceduren som beskrivs i ASTM D 3828. I detta förfarande (metod A) är en målflintpunkt förinställd, säg 20-30° C lägre än den nya oljebaslinjen (Figur 4), vilket motsvarar 1,5 – 2,0% bränsleutspädning.

den lilla mängd olja som används (2 ml) gör att måltemperaturen kan nås snabbt, vanligtvis inom 1-2 minuter. Tändaren appliceras sedan för att initiera blixten., Om en blixt erhålls misslyckas testet oljan, vilket tyder på möjligheten till bränsleutspädning.

om en olja misslyckas med flampunktscreeningprovningen kan en eller flera undantagsprovningar sedan föreskrivas för att både bekräfta och kvantifiera bränsleutspädningen. Möjliga undantagstester inkluderar gaskromatografi och infraröd spektroskopi. Så också, bestämma den ändliga flampunkt temperaturen kan sättas in för att uppskatta procent bränsleutspädning (Figur 3).

beroende på applikation, för dieselmotorer, är en försiktighetsgräns vanligtvis inställd på cirka 1.,5% utspädning (ca -20° C blixt) och en kritisk gräns vid 3% till 5% utspädning (-40° C till -60 ° C blixt). Applikationsspecifika kalibreringskurvor baserade på det faktiska testprotokollet (öppen kopp, sluten kopp etc.), motoroljemärke / kvalitet och bränsletyp, kommer att förbättra precisionen i att översätta en minskning av flampunkten till procent bränsleutspädning.,

förutom viskositet och blixt, andra rutinmässiga oljeanalystester som kan avslöja bränsleutspädning inkluderar elementär analys (proportionellt reducerade additiva koncentrationer), blotter spot test, crackle test, lukt och oxidationsstabilitet (t.ex. RBOT och DSC). Det har också rapporterats att viskositetsindex kommer att förändras kraftigt på grund av bränsleutspädning.

koncentrationer av dieselbränsle som överstiger fem procent har visat sig orsaka för tidig förlust av dispergering, vilket leder till avlagringar och filterpluggning., Detta kan observeras från fläcktestet för blotter eller genom att bestämma förhållandet mellan koagulerade pentanolösningar och okoagulerade pentanolösningar (ASTM D 893), som ibland kallas dispersionsindexet. Ett lågt indextal tyder på dålig spridning.

andra program för Flampunktstestning i begagnad oljeanalys

det är inte vanligt att laboratorier använder flampunktstestning i applikationer utanför Använd motoroljeanalys., Beroende på maskinens användning, driftsmiljö, föroreningspotential och stressförhållanden kan emellertid ett flampunktstest ge den tidigaste indikationen på vissa fel-och grundorsaksförhållanden.

därför bör dess användning beaktas vid fastställandet av rutinprovskivor för alla använda oljeanalysprogram. Och det borde definitivt vara bland flera strategiska undantagstester som används för att bekräfta och diagnostisera tillfälliga icke-överensstämmande förhållanden flaggade av rutintester som viskositet och infraröd spektroskopi., Nedan följer en lista över applikationer för flampunktstestning annat än bränsleutspädning:

Basoljekrackning

Ibland kan mycket höga lokaliserade temperaturer leda till klyvning och gasutveckling inom oljan, vilket sänker flampunkten. Detta kan uppstå från de höga blixttemperaturerna (inte förväxlas med flampunkt) av högbelastade squeeze-filmer i rullkontakterna hos vissa lager och växlingsenheter. Det kan också uppstå där maskinens yttemperaturer är extremt heta på grund av närheten till ånga eller ugnar.,

mis-tillämpningen av tankvärmare med hög watt-densitet kan också orsaka termisk sprickbildning. Och luftning av hydraulsystem utsätter vanligtvis vätskan för extremt höga adiabatiska temperaturer när luftbubblor plötsligt trycksätts (det kan också förekomma i kompressorer och lastzoner i lager). I hydrauliska system kallas tillståndet mikrodieseling när temperaturerna inom tryckluftsbubblorna är tillräckligt höga för att automatiskt tända.,

oavsett värmekälla, om lokaliserade oljetemperaturer tillåts överstiga 550° C finns det verklig risk för sprickbildning (beroende på oljetyp och andra driftsförhållanden). Sprickbildning kan leda till bildandet av kol böter (koks) och låg kokpunkt flyktiga i oljan som minskar flampunkten temperaturen. Exponering för gammastrålning, t.ex. vid hydraulik för bränslehantering i ett kärnkraftverk, kan också orsaka gasutveckling och lägre flampunkt.,

förorening

eftersom flampunkten är känslig för lågkokande beståndsdelar i oljan kan en förändring i flampunkten (upp eller ner) indikera närvaron av en objuden gäst, dvs. en kontaminant. Förutom diesel och bensin bränsle, andra vanliga lågkokande punkt föroreningar inkluderar naturgas (gasmotorer och kompressorer) och lösningsmedel.

lösningsmedelskontaminering kan hittas när t.ex. en växellåda rengörs med NAFTA, fotogen eller annat brandfarligt rengöringsmedel. Vissa föroreningar är kända för att faktiskt höja flampunkten., Detta kan uppstå från en hög nivå av vattenförorening i oljan, en vanlig störning vid flampunktstestning. Vattenförorening kan också ge en falsk låg blixt, särskilt i vissa mini-flash-system som använder tryckförändring för att upptäcka blixt.

kokningen av vattnet kan till exempel ge ett falskt positivt bränsle. Vatten kan också snuffa ut flamman i fall där en gas pilot flamma används. En lösning för att hantera vatten är att tillsätta partiklar av kalciumsulfater eller kalciumkarbonat innan blixten utförs. Centrifugering är ännu en lösning., Det har också rapporterats att koldamm och glykol (frostskyddsmedel) kan syntetisera flyktiga oljekomponenter vilket resulterar i en upp-tick i flampunkt.

fel olja/blandad olja

som visas i Figur 5 kan flampunkter för konventionellt raffinerade mineraloljor variera från 165 ° C för en ISO 22-viskositetsolja till en hög 260 ° C för en ISO 1000-viskositetsolja. Flampunkter varierar också något inom viskositetsgrader som påverkas av råoljetypen och raffineringsprocessen.,

som tidigare nämnts uppvisar syntetiska smörjmedel vanligtvis högre flampunkter än deras mineraloljekomponenter. Därför är det ibland möjligt att upptäcka en felaktig eller blandad olja med användning av flampunktstestning. Men ur praktisk synvinkel är andra rutintester som infraröd spektroskopi, solbränna, viskositet och färg effektivare när det gäller att varna användare för fel eller blandade smörjmedel. I dessa fall fungerar flash point-testet bättre i en bekräftande Roll.,

subtraktioner från oljan

ett smörjmedel som utsätts för höga driftstemperaturer under en lång tidsperiod kan förlora en betydande del av dess ljusändar från avdunstning. Vissa smörjmedel, på grund av basoljeraffinering och ”dumb-bell” – blandningar, (en hög viskositet blandad med låg viskositet för att producera en blandad medelviskositet) är mer mottagliga för volatilisering än andra.

dessutom är det möjligt att den rutinmässiga användningen av vakuumdehydratorer vid höga inloppstemperaturer kan orsaka avdunstning av vissa tillsatser och lågkokande oljefraktioner.,

provtagning och provhantering

för att försäkra exakta flashpunktsresultat är det viktigt att ett representativt prov presenteras för instrumentet. Av olika skäl är det lättare sagt än gjort. Det är värt att notera att försiktighetsåtgärderna här är lika sanna för alla test (FTIR, gaskromatografi etc.) används för att mäta låg kokpunkt föroreningar såsom bränsle.

många bränslen kommer till exempel att avdunsta från oljan över tiden om provet inte är ordentligt förseglat., Och lätta bränslefraktioner kan bokstavligen diffundera genom väggarna i vissa provbehållare, såsom de som är gjorda av polyeten och polypropen. I sådana fall föredras PET-plast-och glasflaskor.

det kan också finnas förlust av lätta bränslefraktioner när vakuumprovtagningspumpar används för att dra heta motoroljor från vevhus. Det vakuum som genereras drar inte bara oljan utan kan kraftigt minska bränslets kokpunkt, vilket leder till dess avdunstning., Av detta och andra viktiga skäl ligger den föredragna provtagningsplatsen för vevhusoljor på tryckledningen mellan pumpen och filtret med ett godtagbart provtagningsförfarande för levande zon.

försiktighet måste också tas av laboratoriet. Provexemplaren får inte lämnas obehandlade, utsättas för vakuum eller upphettas före flampunktsprovning eller någon provning av bränsleutspädning. Det finns många detaljerade förfaranden och riktlinjer som ingår i ASTM-flampunktsstandarderna som bör följas för att försäkra kvalitet och testnoggrannhet.,

Standarized Flash Point Tests for Lubricants

För att försäkra noggrannhet och kvalitet är det bäst att följa standardiserade flash point procedures and instrument configurations. Det finns många olika tester som publiceras av standarder myndigheter som ISO, ASTM och IP. Men endast tre används vanligen för smörjmedel och hydraulvätskor. Och på grund av skillnaderna i dessa förfaranden måste en flampunkt alltid anges specifikt för det förfarande som används., En kort beskrivning av de tre flampunktsförfarandena följer (Se även figur 6):

Cleveland Open Cup (COC)

detta testförfarande använder en öppen metallbehållare som är fylld med provoljan. Oljan upphettas sedan med en föreskriven hastighet och periodiskt passeras en liten pilotflamma (Tändare) över dess yta. Detta fortsätter tills en blixt visas.

oljetemperaturen registreras sedan som sin flampunkt., Förfarandet är det mest använda för att presentera ett nytt smörjmedels fysikaliska och kemiska egenskaper. I det använda oljeanalyslabbet kan förfarandet dock kräva mer olja än normalt tillgängligt och en mycket lång testtid.

och för bränsleutspädning kan den nedre känslighetsgränsen vara otillräcklig, eftersom den inte behåller ångorna tillräckligt länge för att få en blixt.

Pensky-Marten Closed Cup

med detta test begränsas provet i en sluten behållare i vilken pilotens flamma regelbundet införs., Dessutom agiteras smörjmedlet under uppvärmningsperioden och den lägsta temperaturen vid vilken en blixt visas registreras.

som med COC-metoden behövs en avsevärd mängd vätska och tid för att utföra testet. Helautomatiska instrument finns dock tillgängliga från olika leverantörer. Vid mätning av bränsleutspädning är en fördel som Pensky-Marten har över COC-metoden förbättrad känslighet för lägre koncentrationer av bränsleutspädning (Figur 7).,

Small Scale Closed Tester

den här småskaliga flampunktstestaren går med olika namn (t.ex. mini-flash) och är kanske den mest anpassningsbara för rutinmässig oljeanalys. Medan både Pensky-Marten och COC kan användas som pass/fail tester, utför denna procedur screeningtestet (metod A) med endast 2 ml vätska på bara 1-2 minuter.

den ändliga flampunkten kan också erhållas (Metod B) men mer vätska och tid behövs., Det är också värt att notera att både repeterbarheten och reproducerbarheten av detta förfarande är klart bättre än de föregående två testerna (figur 8). Många högproducerade oljeanalyslaboratorier använder denna procedur med automatisk provtagning i pass / fail-läget vid screening för bränsleutspädning.

slutsatser

flampunkten har uthärdat tidstestet. I många tillämpningar av använd oljeanalys förblir flampunktstestet den metod som valts för att detektera vissa föroreningar och icke-överensstämmande smörjmedelsförhållanden., I andra fall fungerar flampunkten som ett pålitligt diagnostiskt verktyg eller bekräftar test när ett misstänkt tillstånd redan har flaggats. Och som mest allt i oljeanalysens värld beror framgången med att använda flampunkten på noggrann överensstämmelse med sådana saker som Provhantering och testprotokoll.

Referens
ASTM Årliga Bok av Standarder (1999)

Gill, Augustus H., En Kort Hand-Bok av Olja Analys, J. B. Lippincott Företag, 1898.

Caines, A. J. och R. F. Haycock, Fordons Smörjmedel uppslagsbok, SAE 1996.

Snook, Willett A.,, Smörjning, Volym 54, Nr 9, 1968. Texaco Publicering

Möller, U. J. , Smörjmedel i Drift, maskinteknik Publikationer, Ltd.

Shublein, R. L., syntetiska smörjmedel och högpresterande Funtional Fluids, Marcel Dekker, 1999