Sự cạn kiệt phụ gia, nhiễm bẩn và oxy hóa là những con đường phổ biến của sự xuống cấp chất bôi trơn. Kiểm tra số axit (AN) là một trong những phương pháp có sẵn trong lĩnh vực phân tích dầu được sử dụng để ước tính lượng phụ gia cạn kiệt, ô nhiễm axit và quá trình oxy hóa . AN không đo trực tiếp tốc độ oxy hóa, nó chỉ đo sản phẩm phụ của quá trình oxy hóa. Xu hướng AN cũng có lợi để xác định tốc độ cạn kiệt của một số chất phụ gia. Mục đích của bài viết này là cố gắng trả lời các câu hỏi sau:
- Các mục tiêu chính của việc đo AN là gì?
- Danh pháp nào đang được sử dụng trong công nghiệp? (số axit mạnh (SAN), tổng số axit (TAN), v.v.)?
- Những phương pháp tiêu chuẩn hóa nào hiện đang được sử dụng trong ngành?
- Những thử nghiệm đã sửa đổi nào tồn tại và tại sao?
- Ưu điểm và nhược điểm của mỗi phép thử (độ tái lập, độ lặp lại, v.v.) là gì?
- Việc so sánh kết quả nên và không nên làm là gì?
- AN có xu hướng như thế nào và xu hướng chung là gì?
Khi những câu hỏi này được trả lời, bạn sẽ hiểu rõ hơn về cách sử dụng kết quả AN.
Hình 1. Tương quan những thay đổi trong RUL đến vòng đời oxy hóa 8
Mục tiêu của Đo lường AN
AN là thước đo nồng độ axit trong dung dịch nước. Nó được xác định bằng lượng bazơ kali hiđroxit (KOH) cần thiết để trung hòa axit trong một gam mẫu dầu. Đơn vị đo tiêu chuẩn là mg KOH / g. AN không đại diện cho nồng độ axit tuyệt đối của mẫu dầu. Phép đo AN phát hiện cả axit hữu cơ yếu và axit vô cơ mạnh.
Sự thay đổi nồng độ axit của dầu có thể bắt nguồn từ nhiều nguồn. Các chất gây ô nhiễm có tính axit, dầu sai, sự suy giảm dự trữ kiềm và các sản phẩm phụ của quá trình oxy hóa có thể gây ra sự gia tăng nồng độ axit. Bảng 1 liệt kê các axit phổ biến có thể được phát hiện.
Hiểu được mức độ cạn kiệt phụ gia là chìa khóa để xác định RUL của một loại dầu. Một số chất phụ gia có tính axit yếu và có thể làm tăng AN ban đầu của dầu. Khi chất bôi trơn già đi, các chất phụ gia này cạn kiệt, do đó làm giảm độ axit do các chất phụ gia tạo ra. Phụ gia chống mài mòn phổ biến, kẽm dialkyl dithiophosphate (ZDDP), tạo ra các xu hướng AN nhất định trong quá trình lão hóa chất bôi trơn.
Đồng thời, dầu có thể bị nhiễm các thành phần có tính axit, làm tăng hàm lượng axit trong dầu. Các tác động tổng hợp của việc cạn kiệt phụ gia, ô nhiễm axit và các sự kiện ảnh hưởng đến axit khác tạo ra thách thức trong việc xác định AN đại diện cho những gì.
Hình 1 cho thấy các thành phần cơ bản ảnh hưởng đến AN trong quá trình lão hóa chất bôi trơn. Có thể thấy rằng trong thời kỳ cảm ứng, các chất phụ gia chống oxy hóa đang cạn kiệt dần; một khi các chất phụ gia này cạn kiệt, dầu gốc bắt đầu bị oxy hóa nếu các điều kiện ứng suất đủ cao. Bằng xu hướng AN, có thể phát hiện sự gia tăng này.
Bảng 1. AN có thể phát hiện những loại dầu ăn mòn này
Danh pháp được sử dụng trong công nghiệp
Tổng số axit so với số axit
Hiện nay ở Bắc Mỹ, thuật ngữ tổng số axit (TAN) đang được thay thế bằng số axit (AN). Sự thay đổi này dựa trên thực tế là các bài kiểm tra AN không phát hiện ra tổng nồng độ axit của chất bôi trơn. Nồng độ axit của chất bôi trơn chứa cả thành phần mạnh và yếu. Các thành phần có tính axit mạnh được gọi là SAN.
Các thành phần yếu và các thành phần mạnh thường được kết hợp thành AN. Mặc dù AN bao gồm cả hai thành phần axit, nó không đại diện cho tất cả các thành phần axit trong chất bôi trơn. Ví dụ, thử nghiệm AN và số bazơ (BN) không bị ảnh hưởng bởi axit và bazơ cực yếu có hằng số phân ly nhỏ hơn 10-9. Đây là lý do mà TÂN đang được thay thế bằng AN.
pH so với AN
Phương pháp kiểm tra pH và AN đo các khía cạnh khác nhau của tính chất axit hoặc kiềm của dầu. Phương pháp kiểm tra pH đo độ pH biểu kiến của dầu. Độ pH biểu kiến là đại diện cho mức độ ăn mòn của dầu, nhưng nó không cho biết nồng độ của các thành phần có tính axit hoặc kiềm. Phương pháp kiểm tra độ pH hữu ích trong các ứng dụng mà dầu ăn mòn có thể gây ra thiệt hại đáng kể. Nó cũng có giá trị trong các hệ thống chất bôi trơn có khả năng hình thành hoặc ô nhiễm axit mạnh cao.
Phương pháp thử AN và BN tương ứng đo nồng độ của các cấu tử có tính axit và kiềm. Cả hai thành phần có tính axit và kiềm có thể tồn tại trong dầu cùng một lúc. Trên thực tế, một số chất phụ gia là chất lưỡng tính, có nghĩa là chúng có thể hoạt động như một bazơ hoặc một axit. Trong một số loại dầu, điều quan trọng là phải theo dõi cả AN và BN để xác định các phản ứng trong dầu.
AN và BN không cho biết độ mạnh của các thành phần có tính axit hoặc kiềm trong chất bôi trơn, điều này làm giảm khả năng cho biết độ ăn mòn của dầu. AN có khả năng phát hiện và giám sát các axit yếu tốt hơn pH không dễ phân ly trong nước. Điều này ngăn cản phương pháp kiểm tra độ pH có được dấu hiệu tốt về nồng độ axit yếu đang thay đổi như thế nào trong chất bôi trơn.
Phương pháp tiêu chuẩn hóa
Bảng 2 liệt kê các phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn ASTM hiện hành để xác định AN. Mỗi thử nghiệm được thiết kế cho các mục đích cụ thể, với ASTM D664 và ASTM D974 là hai thử nghiệm được sử dụng phổ biến nhất. ASTM D1534 và ASTM D3339 là các phiên bản tương tự của D974, được sử dụng cho các trường hợp đặc biệt. Các phép thử AN có thể được chia thành hai loại chuẩn độ: đo điện thế hoặc đo màu.
Phương pháp đo điện thế sử dụng một chiết áp để phát hiện các thành phần có tính axit và phủ nó vào một thiết bị điện tử đọc ra. Kết quả đầu ra được vẽ và phân tích để xác định độ uốn của phương pháp thử nghiệm. Phương pháp so màu sử dụng paranaphthol-benzen, phản ứng với sự thay đổi chất chỉ thị pH đã được thêm vào dung dịch. Khi các thành phần axit đã được trung hòa bởi KOH, mẫu sẽ chuyển từ màu da cam sang màu xanh lam, cho thấy điểm kết thúc.
Bảng 2. Các phương pháp thử ASTM AN phổ biến
Thử nghiệm ASTM AN
ASTM D664 đo các thành phần có tính axit bằng cách sử dụng một chiết áp để xác định điểm kết thúc. Phương pháp này có thể được sử dụng để đo cả AN và SAN. Để chuẩn bị mẫu, một hỗn hợp của toluen, isopropyl alcohol và nước được hòa tan vào một mẫu. Sau đó, kali hydroxit được chuẩn độ thành dung dịch bằng buret. Đầu ra chiết áp được theo dõi trong khi KOH được chuẩn độ vào dung dịch.
Nếu không thể phân biệt được độ uốn, thế đệm sẽ được coi là AN. Điểm uốn thường được sử dụng trên dầu mới; tuy nhiên, đối với các loại dầu đã qua sử dụng, độ uốn có thể trở nên không thể phân biệt được yêu cầu sử dụng điện thế đệm làm điểm cuối.
ASTM D974 là thước đo các thành phần có tính axit sử dụng sự thay đổi màu sắc để chỉ ra độ uốn. Mẫu được hòa tan thành dung dịch của toluen, p-naphtholbenzne, và rượu isopropyl có chứa nước. Dung dịch được chuẩn độ bằng KOH trong khi theo dõi màu sắc. Thử nghiệm này được sử dụng trên các loại dầu mới và dầu không quá sẫm màu.
ASTM D1534 tương tự như ASTM D974 ở chỗ cả hai đều sử dụng sự thay đổi màu sắc để chỉ ra điểm kết thúc. ASTM D1534 được thiết kế cho dầu cách điện (dầu máy biến áp), trong đó độ nhớt sẽ không vượt quá 24 cSt ở 40 ° C. Phạm vi ứng dụng tiêu chuẩn dành cho các loại dầu có AN từ 0,05 mg KOH / g đến 0,50 mg KOH / g, được áp dụng cho các loại dầu máy biến áp.
ASTM D3339 cũng tương tự như ASTM D974, nhưng được thiết kế để sử dụng trên các mẫu dầu nhỏ hơn. ASTM D974 và D664 sử dụng khoảng 20 g mẫu; ASTM D3339 sử dụng mẫu 2,0 g, như trong Bảng 2.
Bảng 3. D974 Độ lặp lại theo tiêu chuẩn ASTM
Kiểm tra sửa đổi
Các thử nghiệm AN thường được tiến hành để có được dấu hiệu chính xác về sự cạn kiệt phụ gia và khả năng nhiễm axit ăn vào. Các phương pháp tiêu chuẩn ASTM tốn nhiều thời gian, độ tái lập tương đối kém và sử dụng các vật liệu nguy hiểm. Trong nỗ lực kiểm soát nguồn gốc của những vấn đề này, nhiều phiên bản sửa đổi của bài kiểm tra AN hiện đang được sử dụng. Mỗi bài kiểm tra là cụ thể cho ứng dụng của nó. Ví dụ, một phòng thí nghiệm có thể tự động hóa thử nghiệm để giảm nhân công và tăng thông lượng.
Đối với phòng thí nghiệm phân tích dầu đã qua sử dụng
Các phòng thí nghiệm sửa đổi các bài kiểm tra để cải thiện thông lượng trong khi giảm việc sử dụng các vật liệu nguy hiểm và chi phí của chúng. Thông lượng, hay tốc độ, rất quan trọng đối với các phòng thí nghiệm lớn hơn vì cần phải tìm ra phép thử nhanh nhất mà không ảnh hưởng đến chất lượng. Chi phí cũng đóng một vai trò quan trọng. Một phiến đá thử nghiệm tiêu chuẩn do phòng thí nghiệm cung cấp cũng có thể bao gồm số lượng hạt, độ nhớt ở 40 ° C, v.v.
Chi phí của phương pháp thử tiêu chuẩn này cần phải phù hợp túi tiền của người dùng cuối; do đó, mỗi thử nghiệm riêng lẻ được thực hiện có thể cần được sắp xếp hợp lý để đảm bảo đạt được cả chất lượng và tính kinh tế.
Đối với thử nghiệm hiện trường
Bộ dụng cụ thử nghiệm hiện trường thường được sử dụng như một thử nghiệm AN đầu tiên. Chúng thường chứa các thuốc thử được đo trước cho phép thử nghiệm hiện trường thuận tiện. Một số bộ dụng cụ hiện trường sử dụng bài kiểm tra đạt / không đạt, bao gồm việc thêm một lượng KOH đặt trước vào dung dịch. Điều này cho biết liệu AN đã đạt đến một điểm cụ thể hay chưa.
Kiểm tra thực địa cũng có thể báo cáo kết quả thực tế. Ví dụ, một bộ dụng cụ như vậy sử dụng ống tiêm lấy mẫu thể tích để đảm bảo rằng các mẫu dầu có cùng kích thước. Một buret dùng một lần được sử dụng để chuẩn độ KOH. Vì mẫu dầu có kích thước cụ thể, nên buret đã được chia tỷ lệ để chỉ AN. Khi màu đã thay đổi, người sử dụng chỉ có thể đọc số axit từ buret.
Bảng 4. D974 Độ tái lập từ tiêu chuẩn ASTM
Ưu điểm và nhược điểm
Tính lặp lại
ASTM định nghĩa độ lặp lại là “sự khác biệt giữa các kết quả thử nghiệm liên tiếp do cùng một người thực hiện với cùng một thiết bị thu được trong điều kiện hoạt động không đổi trên vật liệu thử giống hệt nhau”. Dựa trên định nghĩa này, sử dụng D664, dữ liệu được tìm thấy nằm trong khoảng +/- 7% thời gian trung bình 95% đối với dầu tươi sử dụng phương pháp điểm uốn hoặc +/- 12% giá trị trung bình đối với dầu đã qua sử dụng với chất đệm phương pháp điểm cuối.
ASTM D974 có độ lặp lại như đã nêu trong Bảng 3. Ví dụ, một mẫu có 0,15 AN có thể thay đổi từ 0,10 AN đến 0,20 AN đối với ASTM D974 và có thể thay đổi 0,17 đến 0,13 AN đối với ASTM D664.
Độ lặp lại có thể đạt được trong thử nghiệm đã sửa đổi. Một phòng thí nghiệm tốt sẽ có thể cho biết phiên bản sửa đổi của nó đáng tin cậy như thế nào. Điều này xác nhận rằng việc so sánh kết quả từ một phòng thí nghiệm hoặc quy trình thử nghiệm là tốt nhất.
Khả năng tái lập
Định nghĩa của ASTM về độ tái lập là “sự khác biệt giữa hai kết quả độc lập duy nhất thu được bởi những người vận hành khác nhau làm việc trong các phòng thí nghiệm khác nhau trên vật liệu thử giống hệt nhau.” Chín mươi lăm phần trăm thời gian, độ tái lập của ASTM D664 là +/- 20 phần trăm giá trị trung bình đối với dầu tươi sử dụng phương pháp điểm uốn hoặc +/- 44 phần trăm giá trị trung bình đối với dầu đã qua sử dụng phương pháp điểm cuối đệm.
Ví dụ: nếu AN trung bình là 0,10, bạn có thể mong đợi kết quả từ 0,14 đến 0,06 95% thời gian. Khả năng tái lập của ASTM D974 được thể hiện trong Bảng 4. Hãy xem xét rằng bạn đã nhận được một báo cáo phân tích dầu từ nhiều phòng thí nghiệm về cùng một loại dầu. Nó có AN trung bình là 0,05 và kết quả có thể thay đổi từ 0,09 đến 0,01.
Thật khó nếu không muốn nói là không thể so sánh kết quả giữa các phòng thí nghiệm khi sử dụng các bài kiểm tra AN đã sửa đổi. Các phòng thí nghiệm chất lượng có thể sẽ có mối tương quan với tiêu chuẩn ASTM; không may, điều này cũng sẽ kết hợp nhiều lỗi hơn. Cách tốt nhất là chỉ so sánh các kết quả từ cùng một bài kiểm tra cho các mục đích thịnh hành.
Theo ASTM, “AN thu được theo tiêu chuẩn này (D664) có thể giống hoặc không bằng số với AN thu được theo phương pháp thử D974 và D3339.” Tuy nhiên, mức độ của các kết quả phải giống nhau. Bằng các kết quả theo xu hướng từ một phương pháp thử cụ thể, có thể phát hiện sự suy giảm chất phụ gia và sự nhiễm bẩn.
Hình 2. Sự thay đổi trong xu hướng AN theo loại dầu 11
Những điều Nên và Không nên khi So sánh Kết quả
Việc so sánh kết quả giữa các mẫu có thể trở nên phức tạp nếu không sử dụng biện pháp kiểm soát thích hợp. Có nhiều khía cạnh có thể và thông thường sẽ ảnh hưởng đến kết quả từ một bài kiểm tra AN. Như đã nêu trước đây, có nhiều phương pháp thử nghiệm được sử dụng. Một số phương pháp nằm trong tiêu chuẩn ASTM và một số phương pháp được sửa đổi. Kết quả AN trung bình từ phòng thí nghiệm có thể là từ một phương pháp thử nghiệm đã được sửa đổi.
Dos
- So sánh kết quả với kết quả lịch sử trên chất bôi trơn (xu hướng).
- Xác minh phòng thí nghiệm nào đã phân tích chất bôi trơn và thử nghiệm đã sử dụng.
- Sử dụng nhất quán cùng phòng thí nghiệm và phương pháp thử cho một chất bôi trơn cụ thể.
- Đảm bảo cung cấp mẫu đại diện cho phòng thí nghiệm.
Không
- Không chuyển đổi qua lại giữa các phương pháp.
- Không chuyển đổi qua lại giữa các phòng thí nghiệm. Đừng trì hoãn việc phân tích dầu ; thay vào đó, hãy cung cấp mẫu cho phòng thí nghiệm càng sớm càng tốt.
- Đừng so sánh kết quả giữa các phương pháp khác nhau.
Các xu hướng chung của AN
Xu hướng
Trong thế giới của các bài kiểm tra AN, có một tình trạng vỡ mộng hiện nay. Mỗi phòng thí nghiệm cung cấp kết quả từ các phương pháp thử nghiệm đã được sửa đổi của riêng mình, điều này buộc người dùng cuối phải tin tưởng vào độ chính xác hơn độ chính xác. Đầu tiên, người dùng phải cảnh giác với việc so sánh kết quả giữa các phòng thí nghiệm. Trong một môi trường lý tưởng, cả độ chính xác và độ chính xác sẽ được cung cấp. Trong một thế giới tiếp theo-lý tưởng, chỉ có độ chính xác mới được cung cấp.
Toán học đơn giản có thể được sử dụng để xác định giá trị chính xác, nhưng trong thế giới thực của các bài kiểm tra AN, độ chính xác của từng phòng thí nghiệm riêng lẻ là thứ có thể được tính vào. Các kết quả không đúng với thực tế, nhưng so với nhau thì chúng đều tốt. So sánh kết quả từ các phòng thí nghiệm khác nhau sẽ dẫn đến các giá trị trên bảng. Bằng cách tập trung vào độ chính xác của một phòng thí nghiệm hoặc quy trình thử nghiệm, một xu hướng xuất hiện. Xu hướng có thể cho phép người dùng cuối đánh giá đúng chất bôi trơn của mình với sự tự tin hơn.
Xu hướng chung
Kết quả theo xu hướng là cách tốt nhất để giải quyết sự khác biệt về độ chính xác do sử dụng kết quả AN trong việc theo dõi tình trạng máy móc . Bằng cách sử dụng kết quả từ một bài kiểm tra hoặc phòng thí nghiệm cụ thể, khả năng tạo xu hướng là tốt. Hình 2 minh họa các xu hướng chung được tìm thấy trong chất bôi trơn. Xu hướng tuyến tính dành cho một số chất tổng hợp gốc este và dầu trải qua quá trình oxy hóa. Nó đại diện cho quá trình oxy hóa tuyến tính của dầu gốc.
Các đường cong parabol có thể đặc trưng cho các loại dầu bị gỉ và bị oxy hóa (R&O). AN không đổi trong giai đoạn cảm ứng làm cạn phụ gia. Khi các chất phụ gia R&O đã cạn kiệt, dầu gốc sẽ bắt đầu bị oxy hóa. Xu hướng chuyển đổi là đại diện của dầu EP, trong đó một số phụ gia có tính axit. Khi các chất phụ gia cạn kiệt và phản ứng, AN thay đổi. Những tác động này làm cho việc tạo xu hướng dầu EP khó có thể xảy ra trừ khi con đường chuyển đổi thông thường được biết trước.
AN là một công cụ quan trọng trong ngành phân tích dầu khi được sử dụng đúng cách. Hiểu cách AN được tính và những phương sai nào tồn tại sẽ giúp giải thích kết quả. SAN thường không được kiểm tra, nhưng nó có thể hữu ích cho chương trình phân tích dầu nếu việc bảo vệ khỏi bị ăn mòn là quan trọng hoặc nếu có khả năng bị nhiễm bẩn từ axit vô cơ.
Cả hai phương pháp thử nghiệm ASTM thường được sử dụng đều cho thấy các vấn đề tạo ra nhu cầu về các thử nghiệm sửa đổi. Với các thử nghiệm sửa đổi hiện đang được sử dụng trong công nghiệp, điều quan trọng là phải nhớ lý do tại sao chúng được áp dụng và ý nghĩa khi so sánh kết quả. Có thể xác định đúng xu hướng kết quả sẽ cho phép người dùng cuối đánh giá đầy đủ tình trạng dầu của họ.
