Справочник

Разжижение моторного масла топливом

ВВЕДЕНИЕ

Загрязнение масла топливом - одна из наиболее серьезных проблем, требующих повышенного внимания со стороны специалистов по надежности. Пробы моторного масла часто анализируются на месте или в удаленной лаборатории, проверяющей уровни разжижения топливом. Существует несколько способов непрямого мониторинга загрязнения топливом с использованием изменения вязкости или температуры вспышки в качестве индикатора или с использованием очень дорогих приборов, таких как GC-MS или ИК-Фурье спектрометры, а также сложных алгоритмов анализа данных.

Существует потребность в простом, недорогом измерительном инструменте для прямых измерений и непосредственной проверки загрязнения топливом в условиях эксплуатации, который позволял бы специалистам по надежности быстро принимать решения на месте или на объекте. Измеритель разжижения топливом (FDM) Q6000, разработанный в сотрудничестве с ВМС США, удовлетворяет потребностям рынка в простом и быстром выявлении разжижения топливом моторных масел.

Рис. 1: Измеритель разжижения топливом Q6000
Рис. 1: Измеритель разжижения топливом Q6000

Химические микродатчики были впервые предложены в качестве инструментов для мониторинга состояния двигателя и смазочных материалов на месте эксплуатации на Совместной конференции по программе анализа масла в 1983 году. Весной 1990 года Техническая станция корабельных систем ВМС (NAVSSES) инициировала программу по разработке портативного прибора на основе датчика SAW (поверхностные акустические волны) для измерения разжижения топливом смазочных материалов в судовых дизельных двигателях. Компания Microsensor Systems Inc. и ВМС США объединили свой опыт и знания для разработки и изготовления небольшого, прочного и надежного прибора на основе микродатчика SAW. После продолжительной оценки и испытаний ВМС США закупили более 100 измерителей разжижения топливом для использования на борту кораблей. Этот прибор был предыдущим поколением нынешнего анализатора присутствия топлива, в котором применяется точно такая же технология.

Прибор Q6000 FDM обеспечивает прямое, быстрое и точное измерение загрязнения топливом в отработанном моторном масле. Благодаря небольшому размеру и простому пользовательскому интерфейсу он идеально подходит для использования в условиях эксплуатации или в лаборатории. Прибор Q6000 не требует никаких химикатов или расходных материалов, что делает его недорогим в использовании, а также быстрым и точным. Это идеальный инструмент для специалистов по техническому обслуживанию и лабораторий, отвечающих за поддержку парка автомобильного, железнодорожного, судового и тяжелого оборудования.

Основное внимание в этой статье уделяется подробному описанию принципа работы анализатора присутствия топлива, сравнению его метода работы с методами GC-MS (газовая хроматография - масс-спектрометрия) и определению точки вспышки. Наконец, в этом документе представлены два тематических исследования: одно для ВВС США (USAF), в котором методология анализатора присутствия топлива сравнивается с методом GC-MS, и другое тематическое исследование, которое доказывает способность анализатора присутствия топлива обеспечивать повторяемые и точные измерения множества проб.

ТОЧНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ РАЗЖИЖЕНИЯ ТОПЛИВОМ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ С ПОМОЩЬЮ ПРИБОРА Q6000 FDM: СРАВНЕНИЕ С ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИЕЙ

Загрязнение масла топливом - один из наиболее серьезных видов нарушения режима смазки в двигателях внутреннего сгорания. Присутствие топлива снижает вязкость масла, что уменьшает несущую способность смазочного материала. Неконтролируемые проблемы с разжижением топливом смазочного материала могут привести к серьезному износу подшипников, шестерен и поршней. К другим механизмам отказа при разжижении топливом относятся разрушение смазочного материала и заклинивание движущихся частей, повышенное окисление масла и отложения шлама, а также взрыв из-за присутствия легких фракций и углеводородов с высокой летучестью.

Наиболее широко распространенными прямыми способами анализа разжижения топливом смазочных материалов являются методы газовой хроматографии (GC) в соответствии с методиками ASTM D3524, D3525 и, в последнее время, D7593.1-3 Эти методы обеспечивают высокоточные результаты и предназначены для лабораторий с большим объемом работ из-за того, что они дорогостоящие и требуют наличия опытных специалистов. Кроме того, для достижения наилучшего результата анализ методом газовой хроматографии может занять очень много времени. Многие коммерческие лаборатории изменили методы ASTM в пользу более быстрого и надежного метода, разработанного ведущим производителем систем газовой хроматографии.

Другими традиционными методами измерения разжижения топливом являются непрямые измерения, которые включают определение вязкости, температуры вспышки и ИК-Фурье-спектроскопию (FTIR).

В любом случае анализ вязкости обычно проводится на смазочном материале, но изменение вязкости не означает однозначно наличие проблемы разжижения топливом. Для определения точки вспышки требуются корреляционные таблицы, созданные на основе известных образцов, чтобы отобразить разжижение топливом в полезных единицах, таких как %. ИК-Фурье спектроскопия (FTIR) не способна легко отличать топливные углеводороды от углеводородов, присутствующих в базовом масле, что затрудняет получение точных результатов.

Существует потребность в портативном приборе для измерения разжижения топливом на месте эксплуатации. Получение результатов в течение нескольких минут может предотвратить серьезный отказ двигателя и обычное техническим обслуживанием. Для удовлетворения этой потребности был разработан новый портативный измеритель разжижения топливом (FDM) Q6000.

ПОРТАТИВНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТЕПЕНИ РАЗЖИЖЕНИЯ ТОПЛИВОМ Q6000 FDM

Q6000 FDM — портативный измеритель разжижения топливом с батарейным питанием, который определяет концентрацию топлива в пробе масла в течение нескольких минут (рис. 1). В приборе Q6000 FDM используется уникальная запатентованная конструкция с острым наконечником, который протыкает крышку одноразового флакона с пробой и всасывает воздушную прослойку из флакона. Воздушная прослойка проходит над датчиком SAW (поверхностная акустическая волна), который конкретно реагирует на присутствие паров топлива с диапазоном обнаружения 0–15%.

Согласно закону Генри, количество разбавленного топлива в миллилитрах прямо пропорционально количеству пара в воздушной прослойке закрытого пробоотборного сосуда в состоянии равновесия (рис. 2).

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Рис. 3: Флакон с пробой FDM и нанесение пробы масла на войлочный диск с помощью градуированной одноразовой пипетки.
Рис. 3: Флакон с пробой FDM и нанесение пробы масла на войлочный диск с помощью градуированной одноразовой пипетки.

Было проведено сравнительное исследование эталонного метода газовой хроматографии (GC) и прибора Q6000 FDM. Были получены три комплекта типовых калибровочных масел и испытательных проб с различной степенью разбавления дизельным топливом (Таблица 1). Калибровочные пробы использовались для калибровки прибора Q6000 FDM перед анализом испытательных проб. Кроме того, пробы были отправлены в коммерческую лабораторию, аккредитованную по стандарту ISO 17025, для сравнительного анализа с ГХ с помощью модифицированного метода ASTM D3524.1,4. Для сравнения использовали газовый хроматограф PE Clarus 500 с 7-точечной калибровочной кривой (коэффициент корреляции >0,999), созданной с помощью смеси моторного масла 15W-40 и дизельного топлива №2.

Таблица 1: Стандарты калибровки разжижения дизельным топливом и испытательные пробы, использованные в сравнительном исследовании методов Q6000 FDM и GC.

Проба Тип Примечание
A0 Калибровка Новое масло Mobil Delvac 1 ESP 5W-40, без сажи, 5% разжижение дизельным топливом
A1 Анализ Отработанное масло Mobil Delvac 1 ESP 5W-40, без сажи, неизвестная степень разжижения дизельным топливом
A2 Анализ Отработанное масло Mobil Delvac 1 ESP 5W-40, присутствие значительного количества сажи, неизвестная степень разжижения дизельным топливом
A3 Анализ Отработанное масло Mobil Delvac 1 ESP 5W-40, присутствие значительного количества сажи, неизвестная степень разжижения дизельным топливом
B0 Калибровка Новое масло Esso Racing 20W-50, без сажи, присутствует 5% дизельного топлива
B1 Анализ Отработанное масло Esso Racing 20W-50, без сажи, добавлено дизельное топливо в концентрации 13,4%
Рис. 4: Экран результатов на приборе Q6000 FDM, показывающий степень разжижения топливом в %, обнаруженную в пробе с использованием программы калибровки дизельного топлива.
Рис. 4: Экран результатов на приборе Q6000 FDM, показывающий степень разжижения топливом в %, обнаруженную в пробе с использованием программы калибровки дизельного топлива.

Известные пробы A0 и B0 использовались в качестве калибровочных стандартов (приготовленных до 5,0%) для Q6000 FDM. Калибровку прибора Q6000 FDM можно выполнить с любой известной пробой в пределах диапазона обнаружения. Для проведения анализа 0,5 мл пробы было нанесено с помощью градуированной одноразовой пипетки на войлочный диск, находящийся внутри пробоотборного флакона FDM. Пробы были приготовлены в трех экземплярах и проанализированы последовательно (рис. 3).

Одновременно можно приготовить до 5 проб для анализа на приборе Q6000 FDM. После закупоривания флаконы должны постоять в течение одной минуты для достижения состояния равновесия (в соответствии с законом Генри), после чего могут быть подвергнуты анализу на приборе Q6000 FDM. Прибор прост в эксплуатации, имеет понятный интерфейс с сенсорным экраном и на каждом шаге выдает звуковые инструкции. Результаты отображаются в течение 2 минут, а найденный % разжижения топливом отображается на экране после измерения каждой пробы (рис. 4).

Результаты сравнительного исследования представлены в таблице 2.

Таблица 2: Результаты определения степени разжижения дизельным топливом в % для каждой испытательной пробы.

Степень разжижения дизельным топливом, %
Проба Тип масла: Состояние Состояние Прибор Q6000 FDM (% содержание дизельного топлива) Анализ методом газовой хроматографии (% содержание дизельного топлива)
A1 Mobil Delvac 1 ESP 5W-40 Отработанное, без сажи 1,8 1,9 1,9 1,98
A2 Mobil Delvac 1 ESP 5W-40 Отработанное, 1,2% сажи 0,3 0,2 0,4 0,22
A3 Mobil Delvac 1 ESP 5W-40 Отработанное, 1,2% сажи 1,8 1,9 1,9 1,80
B1 Esso Racing 20W-50 Новое масло, известное содержание топлива — 13,4% 13,9 13,1 13,0 12,95

Степень разжижения топливом в % известных калибровочных образцов, измеренная эталонным методом GC на известных калибровочных образцах, составляла A0: 5,14%, B0: 4,97%.

Как видно, результаты анализа испытательных проб A1, A2 и A3 на приборе Q6000 FDM очень хорошо коррелируют с эталонным методом GC при разжижении дизельным топливом примерно 0,2 и 2% для проб как с низким, так и с высоким содержанием сажи. Для проверки верхнего предела диапазона измерений на приборе Q6000 FDM были подготовлены калибровочный стандарт 5% (B0) и известная испытательная проба с содержанием 13,4% дизельного топлива в масле Esso Racing 20W-50 (B1). Средний результат, полученный на приборе Q6000 FDM для испытательной пробы B1, содержащей 13,3% дизельного топлива, соответствует гравиметрическому значению и также хорошо коррелирует со значением 12,95%, полученным эталонным методом GC.

Повторяемость всех трех измерений на приборе Q6000 FDM дает высокую уверенность в результате и методе отбора проб. Повторяемость (типичная) для прибора Q6000 FDM составляет <5% RSD (относительное СКО). Оператор может быть уверен в использовании этой технологии в условиях эксплуатации, полагая, что она будет соответствовать методу независимой лаборатории.

Прибор Q6000 FDM позволяет намного быстрее и проще выполнять точный анализ многих масел различных типов на месте эксплуатации. Для создания пользовательской калибровки на приборе Q6000 требуется всего 2 минуты и всего один известный калибровочный стандарт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Измеритель разжижения топливом (FDM) Q6000 - простой в использовании портативный прибор без применения растворителей, предназначенный для определения степени разжижения топливом в пробах масла. Анализ занимает всего пару минут, и точные, повторяемые результаты получаются немедленно. По сравнению с наиболее надежным лабораторным методом, газовой хроматографией, он значительно дешевле, может использоваться оператором, не имеющим каких-либо специальных навыков, и обеспечивает более быстрые результаты. Измерение также легко адаптируется калибровкой по одной точке для многих различных типов масла.

СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

  • Стандарт ASTM D3524-14. Стандартный метод испытаний для определения степени разжижения дизельным топливом в отработанных маслах дизельных двигателей с помощью газовой хроматографии.
  • ASTM D3525-04 (2010). Стандартный метод испытаний для определения степени разжижения бензином в отработанных маслах бензиновых двигателей с помощью газовой хроматографии.
  • ASTM D7593-13. Стандартный метод испытаний для определения разжижения топливом находящихся в эксплуатации моторных масел с помощью газовой хроматографии.
  • Тимоти Д. Руппел, Джеральд Холл и Эндрю Типлер, «Новый метод высокоскоростного определения степени разжижения топливом смазочных масел», Отчет о применении на месте эксплуатации. Перкин Элмер, 2005, с. 1-3.
Может быть интересно
Все статьи