Следы воды в масле. Портативные приборы для измерения показаний.

На предприятии недавно произошло резкое падение щелочного числа моторного масла для дизельных двигателей. Это снижение было обнаружено во время планового анализа масла, когда двигатель находился в режиме ожидания. При осмотре картера через в масле была обнаружена вода.

Анализ масла на месте показал, что содержание воды было выше 0,5 %. По данным производителя двигателя, максимально допустимое содержание воды составляло 0,3%. Таким образом, масло было сильно загрязнено, а щелочное число упало до очень низкого уровня.

Затем масло было слито, так как оно было непригодно для дальнейшего использования, так как присутствие воды истощило присадки. Персонал завода искал источник воды, проверяя наличие утечек воды из головок цилиндров, маслорадиатора и нагревателя сепаратора, а также загрязнение маслобака внешним источником воды, дождем и т.д.
После того, как масло было слито, ремонтная бригада прочистила поддон картера. Осматривали головки блока цилиндров через боковые дверцы картера, но утечек воды обнаружено не было. Масляный радиатор также был осмотрен, но никаких признаков смешивания воды с маслом обнаружено не было.

При осмотре всего масляного контура никаких проблемных участков выявлено не было. Персонал завода был удовлетворен и уверен, что вода больше не будет смешиваться с маслом, поэтому они добавили свежее масло в отстойник.

Маслоотделитель работал сутки на свежем масле. Двигатель не запускался, так как команда не была уверена, что вода снова не смешается с маслом. При взятии пробы из отстойника было обнаружено, что содержание воды в свежем масле составляет 0,5 %.

Проба также была взята после сепаратора, содержание воды в которой составило 0,55 %. Это указывало на то, что либо сепаратор работал с низкой эффективностью, либо вода действительно смешивалась в сепараторе. Однако, если эффективность сепаратора была низкой, в масле не должно быть много воды.

Бригада технического обслуживания немедленно демонтировала нагреватель в сепараторе, чтобы проверить, смешивается ли пар с маслом. В сепараторе используется нагреватель для нагрева смазочного материала для эффективной очистки. Этот конкретный нагреватель включает паяный пластинчатый теплообменник, в котором масло нагревается паром. Было подозрение, что пар смешивался с маслом в теплообменнике.
После демонтажа нагревателя в паропровод была добавлена ​​вода. Рабочее давление в паропроводе составляло 7 бар, а в маслопроводе — всего 1 бар. Испытательное давление составляло 50 бар. Когда давление в паропроводе постепенно увеличивалось, вскоре после 3 бар из маслопровода начала выходить вода. Это показало, что пластины между маслопроводом и паропроводом были повреждены.
Затем ремонтная бригада заменила нагреватель. После двухдневной работы сепаратора с новым подогревателем результаты испытаний показали, что содержание воды составляет всего 0,1%.
Незамедлительное расследование попадания воды в масляную систему предотвратило повреждение внутренних частей двигателя. Завод потерял бы тысячи долларов, если бы своевременно не расследовал источник попадания воды в масло.

Современные методы контроля загрязнения воды

Вода является важным ресурсом на многих производственных предприятиях, а также естественным элементом окружающей среды. Однако она также является нежелательным загрязнителем, если присутствует в смазочном масле или консистентной смазке.

Фактически, вода является вторым наиболее распространенным загрязнителем смазочных материалов и может привести к значительному сокращению срока службы устройств и компонентов. Поэтому очень важно контролировать загрязнение воды, чтобы обеспечить надежность устройства.

Для отслеживания загрязнения влагой можно использовать ряд различных подходов, в зависимости от критичности устройства, риска отказа и доступных ресурсов. Эти методы включают лабораторный анализ масла, портативные полевые приборы и тесты, визуальные проверки в полевых условиях и онлайн-датчики.

Лабораторный анализ масла

Хотя лабораторный анализ масла остается наиболее часто используемым методом контроля загрязнения воды, он необязательно представляет собой наиболее эффективный подход с точки зрения раннего обнаружения неисправностей. При использовании этого метода берутся пробы масла и отправляются в независимую лабораторию для проведения согласованного графика испытаний.
Это также может включать пробу нового или отработанного масла, отправленную в лабораторию для определенной цели, например, для контроля качества поступающего смазочного материала или при подозрении на проблему. Хотя этот подход полезен, время с момента взятия пробы до прочтения отчета может быть ограничением, особенно при наличии аномального состояния.
К числу технологий, которые лаборатории используют для контроля влажности, относятся титрование по методу Карла Фишера, инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR), датчики относительной влажности и дистилляция.

Титрование по Карлу Фишеру

Титрование по Карлу Фишеру является предпочтительным тестом из-за его точности и согласованности. ASTM D6304 в настоящее время является рекомендуемым методом. Результаты представлены в мд (ppm) или в процентах воды.

Для высоковязких смазочных материалов или составов, содержащих серу и другие соединения, результаты испытаний будут более точными, если для удаления воды из пробы используется испаритель. Вода также может быть растворена в толуоле. Этот дополнительный этап известен как совместная перегонка. Погрешности из-за наличия некоторых добавок без учета испарения могут составлять 50-100 мд.

Конечно, ни один метод лабораторных испытаний не идеален, поэтому можно ожидать некоторой изменчивости результатов. Методы ASTM обычно сообщают о изменчивости каждого теста с точки зрения повторяемости и воспроизводимости. Титрование по методу Карла Фишера не является исключением. Результаты этого метода, как правило, более точны и стабильны для концентраций влаги более 100-200 мд.

Важно отметить, что ASTM 1744 (Стандартный тест для определения содержания воды в жидких нефтепродуктах с помощью реагента Карла Фишера) больше не используется в качестве утвержденного метода испытаний с 2016 года. Хотя этот тест был несколько проще в управлении, он не был таким точным. Тем не менее, некоторые лаборатории продолжают его использовать.

Датчики относительной влажности

Эта технология уже много лет используется для измерения содержания влаги в материалах во многих отраслях промышленности. Недавно она была представлен в области смазки для контроля загрязняющих веществ в смазочных маслах и смазках. Она поддерживается ASTM D7546 (Стандартный метод испытаний для определения содержания влаги в новых и находящихся в эксплуатации смазочных маслах и присадках с помощью датчика относительной влажности).

Как правило, прибор нагревает образец испытуемого материала и испаряет влагу, которая проходит через систему сухого воздуха через блок датчиков, содержащий датчик относительной влажности (RH). Реагенты не используются. Результаты представлены в мд. или процентах/микрограммах воды. Исследования повторяемости и воспроизводимости метода еще не завершены.

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье

Фурье-ИК-спектроскопия — это хорошо известный и часто используемый источник смазочных материалов. Он может обнаруживать наличие загрязняющих веществ, таких как вода, топливо и сажа, а также некоторых присадок и деградации масла. Хотя существует несколько методов ASTM, связанных с Фурье-ИК-спектроскопией и нефтепродуктами, наиболее актуальными являются два: ASTM E2412 и D7414. Этот быстрый и недорогой тест может измерять различные параметры в образцах масла или смазки.

Одним из недостатков является нижний предел обнаружения, который составляет примерно 1000 мд. Результаты представлены в единицах поглощения для определенных волновых чисел инфракрасного света. Лаборатория также может указать концентрацию влаги в процентах или в мд.

Дистилляция

Портативные полевые приборы и испытания

Полевой лабораторный анализ предполагает использование переносных инструментов в мастерской или на производственном объекте. Технология такая же, как и в лаборатории, но с более компактным устройством.
Обычно требуется всего лишь капля масла, а о результатах можно сообщить через несколько минут. Помимо содержания влаги, могут определяться и другие параметры масла. Стоимость является основным недостатком такого подхода.

Комплект с гидридом кальция является распространенным устройством для полевых испытаний. В этом тесте используется реагент и растворитель (керосин или толуол) для проведения реакции, в результате которой из существующей воды в образце образуется газ.
В первую очередь он измеряет эмульгированную и свободную воду. Хотя можно обнаружить низкие концентрации воды, эта технология кажется более надежной для концентраций выше 150-200 мд.
 
Проба на потрескивание - еще один пример популярного полевого испытания. Он использует две капли масла на поверхности нагревательной плиты, чтобы оценить наличие эмульгированной и свободной воды. Минимальные концентрации, которые могут быть обнаружены, составляют примерно 500-1000 мд. При этой пробе важно обращать внимание на любые маленькие пузырьки или треск.


Доступны несколько вариантов инфракрасной спектроскопии на месте.

Онлайн-датчики

Онлайн-датчики могут быть установлены в циркуляционных линиях или резервуарах. Они контролируют концентрацию воды непосредственно с помощью детектора насыщения или с помощью косвенного параметра, такого как диэлектрическая проницаемость масла. Эта стратегия может предложить наилучшую альтернативу с точки зрения раннего обнаружения загрязнения. Онлайн или автономные датчики также могут заменить некоторые рутинные анализы масла. По этим причинам в отрасли наблюдается тенденция к использованию этого типа стратегии мониторинга.

Целью онлайн-датчика является подача электрических сигналов, реагирующих на изменения физических или химических свойств контролируемой жидкости. Большинство датчиков содержат небольшие электроды, погруженные в жидкость.
 
Эти электроды генерируют электрические напряжения и определяют реакцию масла с точки зрения емкости, сопротивления, диэлектрической проницаемости или тока. Измерения коррелируют с известными изменениями свойств масла, такими как загрязнение водой, окисление, перекрестное загрязнение другими жидкостями и продукты износа. Некоторые датчики имеют несколько измерительных компонентов, что позволяет контролировать более одного свойства. Ниже приведены несколько примеров таких типов датчиков, доступных в настоящее время на рынке.


Некоторые датчики могут измерять насыщенность воды, а также общее содержание влаги.

Датчики насыщения влагой

Эти датчики определяют точку росы и процент насыщения растворенной воды в масле. Водопроницаемый полимер зажат между двумя плоскими электродами, образуя конденсатор. Вода проникает в полимер, чтобы изменить емкость, которая используется для измерения концентрации воды в масле. При использовании этой технологии см. ASTM D7546. Это наиболее часто используемые датчики для мониторинга влажности.
Существуют также онлайн-датчики воды, которые измеряют общее содержание воды в процентах или в мд. Они способны оценивать растворенную, эмульгированную и свободную воду в масле. Эти датчики предоставляют информацию, аналогичную известным результатам лабораторных испытаний содержания воды. Однако разрешение датчиков, отслеживающих общее содержание воды, может быть не таким точным, как у датчиков, используемых для мониторинга насыщенности воды.

Датчики диэлектрической проницаемости

Этот тип датчика измеряет свойства масла, которые изменяются при окислении, загрязнении или износе. Это свойство, называемое диэлектрической проницаемостью или относительной диэлектрической проницаемостью, связано со способностью масла накапливать электрическое поле. Эти датчики могут обнаруживать изменения в состоянии масла из-за деградации или загрязнения. Они должны быть настроены для конкретных условий жидкости, в которых они будут работать. Импедансная спектроскопия и другие технологии часто используются с определенными типами этих датчиков.

Многофункциональные датчики

Многофункциональные датчики содержат более одного измерительного элемента для контроля до трех или четырех параметров масла, таких как диэлектрическая проницаемость, насыщение, температура и электропроводность. Они могут предоставить более полные данные о жидкости, за которой они наблюдают. Некоторые даже поставляются с возможностью подключения для передачи результатов по беспроводной сети на удаленное устройство или мобильный телефон.

Хотя использование онлайн-датчиков многообещающе для раннего обнаружения аномальных состояний и сокращения трудозатрат, необходимо решить некоторые проблемы. Пользователям будет важно определить, какие свойства или состояния масла они хотят отслеживать, и быть в некоторой степени знакомым с различными вариантами отслеживания этих свойств.

Как правило, датчики не измеряют и не сообщают результаты, как лабораторный анализ масла. Большинство из них должны быть указаны для жидкости, которую они отслеживают. Это требует сравнения показаний датчика с нормальными или аномальными условиями, которые необходимо отслеживать в масле. Лабораторная поддержка может потребоваться для корреляции электрического сигнала датчика с конкретными параметрами масла. Наконец, помните, что не все датчики имеют одинаковое разрешение и точность, поэтому узнайте о возможностях вашего датчика, приложениях и возможностях подключения.

Используя онлайн-датчики, полевые испытания, осмотры и регулярный анализ масла, вы можете обнаружить загрязнение воды и принять корректирующие меры раньше при относительно низких затратах на мониторинг. Несмотря на огромное количество вариантов, вы сможете найти стратегию, которая наилучшим образом соответствует вашему бюджету и целям для обеспечения надежности.