Giống như độ nhớt, kiểm tra điểm chớp cháy luôn là một phần tiêu chuẩn trong thông số kỹ thuật của chất bôi trơn. Và, bởi vì chi phí thấp, đơn giản và linh hoạt của nó, phép thử này cũng phổ biến trong cộng đồng phân tích dầu đã qua sử dụng. Được sử dụng phổ biến nhất như một bài kiểm tra nhanh chóng đạt / không đạt để pha loãng nhiên liệu, nhiều ứng dụng hơn đã xuất hiện trong những năm gần đây. Nhà phân tích trong phòng thí nghiệm có thể triển khai thông tin về điểm chớp cháy của dầu đã qua sử dụng để khắc phục các sự cố như hỏng nhiệt, bức xạ gamma, nhiễm dung môi, dầu hỗn hợp (hoặc sai) và nhiễm bẩn chất chống đông.
Điểm chớp cháy của dầu là gì?
Điểm chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hơi ở trên mẫu dầu sẽ bốc cháy hoặc bốc cháy ngay khi có nguồn đánh lửa đi qua nó. Điểm chớp cháy (thường là 225 độ C hoặc 440 độ F đối với dầu khoáng) là dấu hiệu về các mối nguy an toàn của chất bôi trơn liên quan đến cháy và nổ. Điểm chớp cháy và điểm cháy cao hơn một chút được bao phủ bởi ASTM D92 và D93.
Tuy nhiên, không nên nhầm lẫn điểm chớp cháy với nhiệt độ bắt lửa tự động (AIT), là nhiệt độ (thường là 360 độ C hoặc 650 đến 700 độ F đối với dầu khoáng) tại đó hơi dầu sẽ tự bốc cháy mà không cần nguồn đánh lửa. Đây là đặc tính quan trọng của chất lỏng thủy lực chống cháy trong hệ thống EHC trên tua bin hơi nước.
Theo ASTM, tiêu chuẩn hóa thử nghiệm đầu tiên vào năm 1924, điểm chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất tại đó nguồn đánh lửa làm cho hơi của mẫu thử (chất bôi trơn) bốc cháy trong các điều kiện quy định. Dầu được cho là đã “lóe sáng” khi một ngọn lửa xuất hiện và ngay lập tức tự lan truyền trên toàn bộ bề mặt.
Dầu bùng cháy do hỗn hợp dễ cháy khi nó được đun nóng vừa đủ, làm bay hơi và trộn với oxy trong không khí. Nhiệt độ điểm chớp cháy của dầu tương ứng với áp suất hơi 3-5 mm Hg.
Khi một ngọn lửa nhỏ (nguồn đánh lửa) được châm lên bề mặt dầu, hỗn hợp hơi này sẽ bốc cháy trong giây lát và sau đó tắt nếu đã đạt đến nhiệt độ tới hạn. Tiếp tục đun nóng dầu (thường cao hơn nhiệt độ điểm chớp cháy từ 50-75 ° F) sẽ làm cho “điểm cháy” đạt được. Như tên của nó, điểm cháy là nhiệt độ mà ngọn lửa duy trì (lâu hơn bốn giây).
Sử dụng điểm chớp cháy để phát hiện và định lượng độ pha loãng nhiên liệu
Ban đầu, điểm chớp cháy được phát triển với mục đích xác định nguy cơ cháy của nhiên liệu và dầu được lưu trữ hoặc vận chuyển. Tuy nhiên, kết hợp với các thử nghiệm khác như độ nhớt, chỉ số độ nhớt và trọng lượng riêng, điểm chớp cháy có thể giúp tiết lộ cả chất lượng của dầu thô tạo ra dầu nhờn và chất lượng của quá trình tinh chế.
Điểm chớp cháy cũng có thể nhận biết dầu gốc là một vết cắt đơn rộng hay hẹp hoặc liệu nó thể hiện sự pha trộn của hai phần (hai loại dầu gốc có độ nhớt khác nhau trộn lẫn với nhau). Và, điểm chớp cháy có thể cho biết một số dấu hiệu về độ bay hơi và hàm lượng của các thành phần dễ bay hơi nhất của dầu thử nghiệm. Tuy nhiên, điểm chớp cháy không nói lên điều gì về tính dễ bay hơi của dầu nói chung.
Không giống như dầu khoáng bắt đầu bay hơi rất lâu trước khi đạt được điểm chớp cháy, một số chất tổng hợp không bay hơi cho đến khi chúng bắt đầu phân hủy (chưng cất phá hủy). Do đó, điểm chớp cháy của các chất tổng hợp này có thể cao hơn nhiều so với các điểm chớp cháy của dầu khoáng có độ nhớt tương tự được tinh chế thông thường.
Mặc dù có nhiều phương pháp chính xác hơn để đo độ pha loãng nhiên liệu (ví dụ: chưng cất hơi nước cho xăng và sắc ký khí cho nhiên liệu diesel và xăng), điểm chớp cháy rất hữu ích như một công cụ sàng lọc đạt / không phù hợp cho hầu hết các ứng dụng phân tích dầu được sử dụng. Do điểm chớp cháy thấp của hầu hết các loại nhiên liệu, sự giảm nhiệt độ chớp cháy đột ngột trong dầu cacte thường có thể được coi là dấu hiệu của sự pha loãng. Tuy nhiên, vẫn có những trường hợp ngoại lệ, đặc biệt là trong trường hợp sử dụng nhiên liệu diesel.
Vì thường có sự chồng chéo của các thành phần dễ bay hơi ở phần cuối nhẹ của một số loại dầu bôi trơn với phần đầu nặng của nhiên liệu, nên sự hiện diện của sự pha loãng nhiên liệu có thể ít khác biệt hơn. Điều này đặc biệt đúng khi tất cả sự pha loãng nhiên liệu là kết quả của quá trình thổi qua, tức là nhiên liệu đi vào cacte theo đường của buồng đốt.
Trong những trường hợp như vậy, chỉ phần đầu nặng mới có thể đi vào dầu với phần đầu nhẹ bị oxy hóa như một phần của khí thải. Tuy nhiên, trong trường hợp rò rỉ nhiên liệu thô, bao gồm cả kim phun chảy nhỏ giọt, tất cả hoặc một tỷ lệ cao các đầu đốt của nhiên liệu có thể được trộn với dầu cacte. Một yếu tố ảnh hưởng khác là nhiệt độ cacte chạy nóng chỉ riêng nhiệt độ cacte chạy nóng thường đủ để làm sôi các phân đoạn nhiên liệu cấp nhẹ, để lại các phần tử nặng ít bay hơi hơn và nhớt hơn trộn lẫn với dầu và có khả năng không thể phát hiện được bằng thử nghiệm điểm chớp cháy.
Việc pha loãng nhiên liệu làm giảm độ nhớt của chất bôi trơn. Tuy nhiên, nếu chỉ sử dụng máy đo độ nhớt để sàng lọc nhiên liệu, thì có thể ít hoặc không có độ loãng có thể được phát hiện vì những lý do được mô tả ở trên.
Điều này càng được kết hợp bởi các tác động can thiệp thường xuyên của sự đặc sệt nhớt từ bồ hóng (cũng là một sản phẩm của quá trình thổi), sự bay hơi của dầu gốc (sự làm đặc), và độ mỏng do cắt lớp phụ gia VI. Có thể dầu cacte có thể loãng do pha loãng nhiên liệu (hoặc không nếu ánh sáng kết thúc sôi đi), loãng do vỡ vỏ của bộ cải tiến VI, đặc do bay hơi và đặc do tải muội than tăng lên – tất cả cùng một lúc.
Nhìn bề ngoài, điều này có vẻ như là một vấn đề không thành vấn đề nếu độ nhớt pha trộn không thay đổi. Tuy nhiên, bất chấp hiệu ứng độ nhớt trung tính, các hậu quả phá hủy tiềm ẩn, bao gồm mất khả năng phân tán , bảo vệ chống mài mòn và độ ổn định oxy hóa , là một rủi ro nghiêm trọng.
Điểm chớp cháy có thể nâng cao khả năng của chương trình phân tích dầu trong việc xác định các mức nhiên liệu bất thường một cách đáng tin cậy. Ngay cả khi chỉ được sử dụng như một phép thử ngoại lệ, nó có thể bảo vệ khỏi kết luận dương tính giả về việc pha loãng nhiên liệu từ kết quả ban đầu có độ nhớt thấp.
Ví dụ, nếu độ nhớt thấp là do dầu trang điểm không phù hợp (có độ nhớt thấp hơn), đèn flash có thể xác nhận điều này bằng cách chỉ ra rằng không có sự thay đổi so với đường cơ sở của dầu mới. Tuy nhiên, việc pha loãng nhiên liệu gần như chắc chắn sẽ ghi lại điểm chớp cháy thấp hơn so với dầu mới tham chiếu. Hình 3 cho thấy một đồ thị trình bày mối quan hệ chung giữa điểm chớp cháy và phần trăm độ pha loãng (nhiên liệu thô).
Vì thường mất 30 phút hoặc lâu hơn để có được điểm chớp cháy bằng cách sử dụng quy trình Cốc mở Cleveland hoặc Cốc kín Pensky Marten thông thường, nhiều phòng thí nghiệm thích quy trình Cốc kín quy mô nhỏ được mô tả trong ASTM D 3828. Trong quy trình này (Phương pháp A) một điểm chớp cháy mục tiêu là giá trị đặt trước, thấp hơn 20 – 30 ° C so với đường cơ sở của dầu mới (Hình 4), tương ứng với độ pha loãng nhiên liệu 1,5 – 2,0%.
Một lượng dầu nhỏ được sử dụng (2 ml) cho phép đạt được nhiệt độ mục tiêu nhanh chóng, thường trong vòng 1-2 phút. Sau đó, ignitor được áp dụng để bắt đầu flash. Nếu có chớp cháy thì dầu không đạt, cho thấy khả năng nhiên liệu bị loãng.
Trong trường hợp dầu không đạt yêu cầu của thử nghiệm sàng lọc điểm chớp cháy, thì một hoặc nhiều thử nghiệm ngoại lệ có thể được quy định để xác nhận và định lượng độ pha loãng nhiên liệu. Các phép thử ngoại lệ có thể có bao gồm sắc ký khí và quang phổ hồng ngoại. Vì vậy, việc xác định nhiệt độ điểm chớp cháy hữu hạn có thể được triển khai để ước tính độ pha loãng nhiên liệu theo phần trăm (Hình 3).
Tùy thuộc vào ứng dụng, đối với động cơ diesel, giới hạn cảnh báo thường được đặt ở độ pha loãng khoảng 1,5% (chớp cháy khoảng -20 ° C) và giới hạn tới hạn ở độ pha loãng 3% đến 5% (độ pha loãng -40 ° C đến -60 ° C) . Các đường cong hiệu chuẩn dành riêng cho ứng dụng dựa trên quy trình thử nghiệm thực tế (cốc hở, cốc kín, v.v.), nhãn hiệu / cấp dầu động cơ và loại nhiên liệu, sẽ cải thiện đáng kể độ chính xác trong việc chuyển giảm điểm chớp cháy sang độ pha loãng nhiên liệu phần trăm.
Bên cạnh độ nhớt và độ chớp cháy, các thử nghiệm phân tích dầu thông thường khác có thể tiết lộ sự pha loãng nhiên liệu bao gồm phân tích nguyên tố (nồng độ phụ gia giảm theo tỷ lệ), thử nghiệm đố , thử nghiệm nứt , mùi và độ ổn định oxy hóa (ví dụ: RBOT và DSC). Nó cũng đã được báo cáo rằng chỉ số độ nhớt sẽ thay đổi mạnh do sự pha loãng nhiên liệu.
Nồng độ nhiên liệu điêzen vượt quá 5% đã được phát hiện có thể gây ra hiện tượng mất khả năng phân tán sớm, dẫn đến đóng cặn và tắc bộ lọc . Điều này có thể được quan sát từ thử nghiệm vết thấm hoặc bằng cách xác định tỷ lệ giữa chất không tan pentan đông tụ và chất không tan pentan không đông tụ (ASTM D 893), đôi khi được gọi là chỉ số phân tán. Chỉ số thấp cho thấy khả năng phân tán kém.
Các ứng dụng khác để kiểm tra điểm chớp cháy trong phân tích dầu đã qua sử dụng
Các phòng thí nghiệm không thường áp dụng thử nghiệm điểm chớp cháy trong các ứng dụng ngoài phân tích dầu động cơ đã qua sử dụng . Tuy nhiên, tùy thuộc vào ứng dụng máy, môi trường hoạt động, khả năng nhiễm bẩn và điều kiện ứng suất, thử nghiệm điểm chớp cháy có thể cung cấp dấu hiệu sớm nhất về các điều kiện hư hỏng và nguyên nhân gốc rễ nhất định.
Do đó, việc sử dụng nó nên được xem xét trong việc xác định các phiến thử nghiệm thường xuyên cho tất cả các chương trình phân tích dầu được sử dụng. Và, nó chắc chắn phải nằm trong số một số thử nghiệm ngoại lệ chiến lược được sử dụng để xác nhận và chẩn đoán các điều kiện không phù hợp không thường xuyên được gắn cờ bởi các thử nghiệm thông thường như độ nhớt và quang phổ hồng ngoại. Dưới đây là danh sách các ứng dụng để kiểm tra điểm chớp cháy ngoài việc pha loãng nhiên liệu :
Dầu gốc nứt
Đôi khi, nhiệt độ cục bộ rất cao có thể dẫn đến sự phân tách và biến đổi khí trong dầu, làm giảm điểm chớp cháy. Điều này có thể xảy ra do nhiệt độ chớp cháy cao (không được nhầm lẫn với điểm chớp cháy) của màng ép có tải trọng cao trong các tiếp điểm lăn của một số ổ trục và bộ bánh răng nhất định. Nó cũng có thể xảy ra khi nhiệt độ bề mặt máy cực kỳ nóng do gần hơi nước hoặc lò nung.
Việc áp dụng sai các lò sưởi có mật độ watt cao cũng có thể gây nứt nhiệt. Và, quá trình sục khí của các hệ thống thủy lực thường làm cho chất lỏng chịu nhiệt độ đoạn nhiệt cực cao khi bọt khí bị tăng áp đột ngột (nó cũng có thể xảy ra trong máy nén và vùng tải của vòng bi). Trong các hệ thống thủy lực, tình trạng này được gọi là chết máy vi mô khi nhiệt độ bên trong bọt khí nén đủ cao để tự động bốc cháy.
Bất kể nguồn nhiệt nào, nếu nhiệt độ cục bộ của dầu được phép vượt quá 550 ° C thì sẽ có nguy cơ nứt vỡ thực sự (tùy thuộc vào loại dầu và các điều kiện vận hành khác). Sự nứt vỡ có thể dẫn đến sự hình thành các hạt cacbon (than cốc) và các chất bay hơi có nhiệt độ sôi thấp trong dầu làm giảm nhiệt độ điểm chớp cháy. Ngoài ra, tiếp xúc với bức xạ Gamma, chẳng hạn như trong trường hợp xử lý nhiên liệu bằng thủy lực trong nhà máy điện hạt nhân, có thể gây ra sự biến đổi khí và giảm điểm chớp cháy.
Ô nhiễm
Vì điểm chớp cháy nhạy cảm với các thành phần có nhiệt độ sôi thấp trong dầu nên sự thay đổi điểm chớp cháy (lên hoặc xuống) có thể cho thấy sự hiện diện của một vị khách không mời, tức là một chất gây ô nhiễm. Bên cạnh nhiên liệu diesel và xăng, các chất gây ô nhiễm điểm sôi thấp phổ biến khác bao gồm khí tự nhiên (động cơ khí và máy nén) và dung môi.
Ví dụ, ô nhiễm dung môi có thể được tìm thấy khi hộp số được làm sạch bằng naphtha, dầu hỏa hoặc chất tẩy rửa dễ cháy khác. Một số chất gây ô nhiễm được biết là thực sự làm tăng điểm chớp cháy. Điều này có thể xảy ra do dầu bị nhiễm bẩn ở mức độ cao, một sự can thiệp phổ biến trong thử nghiệm điểm chớp cháy. Nhiễm bẩn nước cũng có thể tạo ra chớp cháy thấp giả, đặc biệt là trong một số hệ thống chớp cháy nhỏ sử dụng sự thay đổi áp suất để phát hiện chớp cháy.
Ví dụ, việc đun sôi nước có thể cho kết quả dương tính giả đối với nhiên liệu. Nước cũng có thể dập tắt ngọn lửa trong trường hợp sử dụng ngọn lửa dẫn khí. Một giải pháp để xử lý nước là thêm các hạt canxi sunfat hoặc canxi cacbonat trước khi thực hiện chớp cháy. Ly tâm là một giải pháp khác. Người ta cũng báo cáo rằng bụi than và glycol ( chất chống đông ) có thể tổng hợp các thành phần dầu dễ bay hơi dẫn đến tăng điểm chớp cháy.
Dầu sai / Dầu hỗn hợp
Như thể hiện trong Hình 5, điểm chớp cháy đối với dầu khoáng tinh chế thông thường có thể nằm trong khoảng từ 165 ° C đối với dầu có độ nhớt ISO 22 đến 260 ° C cao đối với dầu có độ nhớt ISO 1000. Điểm chớp cháy cũng thay đổi đôi chút trong cấp độ nhớt do bị ảnh hưởng bởi loại dầu thô và quy trình tinh chế.
Như đã đề cập trước đây, dầu nhớt tổng hợp thường có điểm chớp cháy cao hơn so với dầu gốc khoáng. Do đó, đôi khi có thể phát hiện ra dầu bị pha trộn hoặc sai bằng cách sử dụng phép thử điểm chớp cháy. Tuy nhiên, từ quan điểm thực tế, các thử nghiệm thông thường khác như quang phổ hồng ngoại, TAN, độ nhớt và màu sắc có hiệu quả hơn trong việc cảnh báo người dùng về dầu nhớt bị pha trộn hoặc sai. Trong những trường hợp này, thử nghiệm điểm chớp cháy phục vụ tốt hơn trong vai trò xác nhận.
Các phép trừ từ dầu
Chất bôi trơn chịu nhiệt độ hoạt động cao trong một thời gian dài có thể mất một phần đáng kể các đầu đèn do bay hơi. Một số chất bôi trơn, do quá trình lọc dầu gốc và hỗn hợp “quả tạ”, (độ nhớt cao trộn với độ nhớt thấp để tạo ra độ nhớt trung bình pha trộn) dễ bị bay hơi hơn những chất bôi trơn khác.
Ngoài ra, có thể việc sử dụng thường xuyên thiết bị khử nước chân không ở nhiệt độ đầu vào cao có thể gây bay hơi một số chất phụ gia và các phân đoạn dầu gốc có điểm sôi thấp.
Lấy mẫu và Xử lý Mẫu
Để đảm bảo kết quả điểm chớp cháy chính xác, điều quan trọng là phải đưa một mẫu đại diện vào thiết bị. Vì nhiều lý do, điều này nói dễ hơn làm. Cần lưu ý rằng các biện pháp phòng ngừa ở đây đều đúng đối với bất kỳ phép thử nào ( FTIR , sắc ký khí, v.v.) được sử dụng để đo các chất gây ô nhiễm có điểm sôi thấp như nhiên liệu.
Ví dụ, nhiều loại nhiên liệu sẽ bay hơi khỏi dầu theo thời gian nếu mẫu không được đậy kín. Và, các phân đoạn nhiên liệu nhẹ theo nghĩa đen có thể khuếch tán qua thành của một số bình chứa mẫu nhất định như bình làm bằng polyetylen và polypropylen. Trong những trường hợp như vậy, chai nhựa PET và thủy tinh được ưu tiên hơn.
Cũng có thể bị mất các phần nhỏ nhiên liệu khi sử dụng bơm lấy mẫu chân không để hút dầu động cơ nóng từ các cacte. Chân không tạo ra không chỉ hút dầu mà còn có thể làm giảm mạnh điểm sôi của nhiên liệu, dẫn đến bay hơi. Vì lý do này và các lý do quan trọng khác, vị trí lấy mẫu ưu tiên đối với dầu cacte là trên đường áp suất giữa máy bơm và bộ lọc bằng cách sử dụng quy trình lấy mẫu vùng sống có thể chấp nhận được.
Phòng thí nghiệm cũng cần thận trọng. Không được để nguyên mẫu, để chân không, hoặc nung nóng trước khi thử điểm chớp cháy hoặc bất kỳ thử nghiệm nào về độ pha loãng nhiên liệu. Có nhiều quy trình và hướng dẫn chi tiết có trong tiêu chuẩn điểm chớp cháy ASTM cần được tuân thủ để đảm bảo chất lượng và độ chính xác của thử nghiệm.
Kiểm tra điểm chớp cháy độc lập cho dầu nhờn
Để đảm bảo độ chính xác và chất lượng, cách tốt nhất là tuân theo các quy trình chuẩn hóa về điểm chớp cháy và cấu hình thiết bị. Có nhiều thử nghiệm khác nhau được công bố bởi các cơ quan tiêu chuẩn như ISO, ASTM và IP. Tuy nhiên, chỉ có ba loại thường được sử dụng cho chất bôi trơn và chất lỏng thủy lực . Và, do sự khác biệt trong các quy trình này, nhiệt độ điểm chớp cháy phải luôn được trích dẫn cụ thể cho quy trình được sử dụng. Mô tả ngắn gọn về ba quy trình điểm chớp cháy sau (xem thêm Hình 6 ):
Cleveland Open Cup (COC)
Quy trình thử nghiệm này sử dụng một hộp kim loại mở chứa đầy dầu mẫu. Sau đó, dầu được làm nóng ở một tỷ lệ quy định và định kỳ một ngọn lửa nhỏ (ngọn lửa) được truyền qua bề mặt của nó. Điều này tiếp tục cho đến khi một đèn flash xuất hiện.
Và, đối với việc pha loãng nhiên liệu, giới hạn dưới của độ nhạy có thể không đủ bởi vì khi mở, nó không giữ được hơi đủ lâu để bắt đầu nhấp nháy.
Cúp đóng Pensky-Marten
Với thử nghiệm này, mẫu được giam giữ trong một bình chứa kín để ngọn lửa hoa tiêu được đưa vào định kỳ. Ngoài ra, chất bôi trơn bị kích động trong thời gian gia nhiệt và nhiệt độ thấp nhất mà tại đó đèn nháy xuất hiện được ghi lại.
Người kiểm tra đóng quy mô nhỏ
Máy kiểm tra điểm chớp cháy quy mô nhỏ này có nhiều tên gọi khác nhau (ví dụ: chớp cháy nhỏ) và có lẽ là thiết bị thích ứng nhất để phân tích dầu được sử dụng thường xuyên. Trong khi cả Pensky-Marten và COC đều có thể được sử dụng như một máy kiểm tra đạt / không đạt, quy trình này hoàn thành xét nghiệm sàng lọc (Phương pháp A) chỉ với 2ml chất lỏng chỉ trong 1-2 phút.
Cũng có thể thu được điểm chớp cháy hữu hạn (Phương pháp B) nhưng cần nhiều chất lỏng và thời gian hơn. Cũng cần lưu ý rằng cả độ lặp lại và độ tái lập của quy trình này đều tốt hơn hẳn so với hai phép thử trước ( Hình 8 ). Nhiều phòng thí nghiệm phân tích dầu đã qua sử dụng có sản lượng cao sử dụng quy trình này với việc lấy mẫu tự động ở chế độ đạt / không đạt để sàng lọc độ pha loãng nhiên liệu.
Kết luận
Điểm chớp cháy đã chịu đựng thử thách của thời gian. Trong nhiều ứng dụng phân tích dầu đã qua sử dụng, thử nghiệm điểm chớp cháy vẫn là phương pháp được lựa chọn để phát hiện một số chất gây ô nhiễm và các điều kiện dầu nhờn không phù hợp. Trong các trường hợp khác, điểm chớp cháy đóng vai trò như một công cụ chẩn đoán đáng tin cậy hoặc kiểm tra xác nhận khi tình trạng nghi ngờ đã được gắn cờ. Và, giống như hầu hết mọi thứ trong thế giới phân tích dầu , thành công trong việc sử dụng điểm chớp cháy phụ thuộc vào việc tuân thủ cẩn thận những điều như xử lý mẫu và quy trình thử nghiệm.
