Cặn bẩn trong dầu, sự hình thành và phân loại các loại cặn bẩn trong dầu nhớt

Khi nghĩ đến cặn bùn hoặc varnish, khái niệm này cần được mở rộng. Vật liệu này không chỉ đơn thuần là sản phẩm oxy hóa hoặc phân hủy từ chất bôi trơn nói chung, mà đó còn có thể là vật liệu thoát ra khỏi chất lỏng có khả năng gây ra các vấn đề về vận hành. Các vấn đề về độ tin cậy của thiết bị không chỉ do sự phân hủy chất lỏng và cặn vecni mà còn do bất kỳ vật liệu nào không phải là pha đơn đồng nhất với chất bôi trơn. Do đó, bất kỳ vật liệu lạ nào gây ra cặn trong chất bôi trơn đều có khả năng được định nghĩa trong danh mục này.

Hình 1: Quá trình xác định nguyên nhân gốc rễ tạo ra cặn bẩn

 ĐẶC ĐIỂM CỦA CẶN BẨN

Việc xác định đặc tính của cặn trở thành con đường dẫn đến nguyên nhân gốc rễ của sự hình thành cặn. Có nhiều công nghệ thử nghiệm khác nhau để xác định thành phần hóa học của các loại cặn lắng. Tuy nhiên, đôi khi các nhà máy đang hoạt động gặp khó khăn trong việc lấy mẫu cặn để tiến hành các phân tích này. Việc lấy mẫu chất bôi trơn đang hoạt động dễ dàng hơn nhiều. Trong trường hợp này, bước đầu tiên là tách các sản phẩm phân hủy dầu được cho là nguyên nhân tạo ra cặn khỏi các mẫu dầu đang hoạt động. Bước tách được phát triển có thể được thực hiện theo phương pháp vật lý, cơ học hoặc hóa học.

Bước tiếp theo là xác định thành phần hữu cơ và vô cơ của cặn. Hai xét nghiệm hữu ích để phân tích chất bôi trơn là quang phổ nguyên tố và quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR). Các xét nghiệm đặc tính cặn phổ biến được sử dụng trong các nghiên cứu này là FTIR và quang phổ huỳnh quang tia X (XRF). Sau đó, các kết quả này được so sánh để cung cấp đặc tính hóa học của cặn, cũng như cho phép xác định nguyên nhân gốc rễ có thể xảy ra

CHẤT BÔI TRƠN BỊ SUY THOÁI VÀ SỰ HÌNH THÀNH CẶN

Có nhiều nguồn gây ra sự thoái hóa chất bôi trơn thường dẫn đến cặn bẩn. Một số trong số đó bao gồm:

 – Oxy hóa

Dạng phân hủy phổ biến nhất là quá trình oxy hóa . Mặc dù đây là dạng phân hủy thường gặp nhất, thuật ngữ này thường bị sử dụng sai để mô tả tất cả các dạng phân hủy. Trong quá trình oxy hóa, một gốc tự do được hình thành, có tính phản ứng cao. Mục đích chính của nó là tạo ra các gốc tự do khác có thể tấn công dầu gốc, từ đó làm suy thoái dầu gốc.

 – Phân hủy nhiệt

Một dạng phân hủy khác được gọi là phân hủy nhiệt . Như tên gọi của nó, nhiệt là một trong những điều kiện môi trường cần thiết cho cơ chế phân hủy này. Trong quá trình phân hủy nhiệt, dầu có thể chịu nhiệt độ trên 200°C. Phương trình Arrhenius là một trong những quy tắc chung của ngành công nghiệp, theo đó cứ mỗi lần tăng 10°C trên 60°C, tuổi thọ của dầu về cơ bản giảm đi một nửa. Ở 200°C, dầu bị nấu chín và tạo ra cặn cacbon, đây là loại cặn đặc trưng của cơ chế này. Thử nghiệm FTIR (Fourier Transform Infrared) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định sự hiện diện của các cặn này.

 – Vi diesel hóa – micro dieseling

Người ta có thể lập luận rằng microdieseling là một dạng phân hủy nhiệt và nên được phân loại như vậy. Tuy nhiên, trong quá trình microdieseling, không khí bị cuốn vào dầu và di chuyển từ vùng áp suất thấp đến vùng áp suất cao. Nếu dầu không có đặc tính giải phóng khí tốt, thì không khí bị cuốn theo sẽ không thể thoát ra bề mặt.

Bong bóng bị cuốn theo này trong dầu có thể khiến nhiệt độ tăng lên tới 1.000°C. Bề mặt bong bóng thường trải qua một số tích tụ cacbon và sau đó nổ tung. Điều này có thể xảy ra thông qua áp suất nổ cao tạo ra muội than, bồ hóng hoặc bùn, hoặc thông qua áp suất nổ thấp có thể tạo thành các chất không hòa tan cacbon như than cốc hoặc nhựa.

 – Phóng tia lửa điện

Phóng điện tia lửa tĩnh điện có thể được phân loại theo sự thoái hóa nhiệt vì nó liên quan đến nhiệt độ trên 10.000°C. Trong cơ chế này, dầu tích tụ tĩnh điện ở cấp độ phân tử khi dầu khô đi qua các khe hở hẹp trong thiết bị.

Cuối cùng, tĩnh điện sẽ tích tụ đến mức tạo ra tia lửa và các gốc tự do được hình thành. Điều này có thể dẫn đến quá trình trùng hợp không kiểm soát tạo ra Varish, bùn hoặc các vật liệu không hòa tan khác. Một trong những dấu hiệu rõ ràng của cơ chế này là sự hiện diện của các mảng màng bị cháy trên bộ lọc.

 – Sự suy giảm các phụ gia trong dầu

Sự suy giảm phụ gia thường là một dạng suy thoái bị bỏ lại. Như đã nêu ở trên, các chất phụ gia là chất tiêu thụ và sẽ bị cạn kiệt theo thời gian. Mục đích của chúng là bảo vệ chất bôi trơn và máy móc, nhưng chúng có thể bị cạn kiệt đáng kể trong một số trường hợp.

Loại phân hủy này có thể tạo ra hai loại cặn, hữu cơ hoặc vô cơ. Trong quá trình phân hủy, các chất phụ gia rỉ sét và oxy hóa có thể phản ứng với các thành phần khác. Các loại phụ gia phản ứng này có thể tạo thành cặn hữu cơ. Ngoài ra, các chất lắng đọng vô cơ như ZDDP (Kẽm dithiophosphate) có thể cạn kiệt và tạo thành một lớp bền. Sự cạn kiệt của ZDDP sẽ ảnh hưởng đến tốc độ mài mòn vì đây là chất phụ gia chống mài mòn.

 – Sự ô nhiễm 

Thông thường, hình thức thoái hóa ít được nhận biết nhất là ô nhiễm . Một số người có thể cho rằng đây không phải là một hình thức thoái hóa. Ngược lại, chế độ thoái hóa này có thể là khởi đầu cho các cơ chế khác như oxy hóa, thoái hóa nhiệt hoặc thậm chí là vi diesel. Về cơ bản, sự nhiễm bẩn xảy ra khi có vật liệu lạ trong chất bôi trơn.

Thường thì vật liệu lạ này có thể trở thành chất xúc tác cho một trong những dạng phân hủy khác. Do đó, phải thừa nhận riêng, vì chỉ có thể loại bỏ trạng thái phân hủy bằng cách loại bỏ chất gây ô nhiễm.

Khi chất lỏng đã bị phân hủy hoặc tiếp xúc với ô nhiễm hoặc lỗi khởi tạo, có một số yếu tố quyết định xu hướng hình thành cặn của chất bôi trơn. Công thức có thể đóng vai trò lớn trong việc này. Công thức bôi trơn hộp trục Khuỷu chứa chất phân tán để phân tán hoặc hòa tan muội than và các sản phẩm phân hủy khác trong chất lỏng. Dầu gốc của chất bôi trơn cũng góp phần vào khả năng hòa tan và kiểm soát cặn của chất lỏng. Dầu khoáng có khả năng hòa tan thấp hơn và chất lỏng API nhóm V tổng hợp có khả năng hòa tan cao hơn, PAG có thể hoàn tan các cặn không phân cực trong chất lỏng.

Ngoài công thức chất bôi trơn, hai biến số khác quyết định sự hình thành cặn là nhiệt độ và áp suất. Các yếu tố này đặc biệt có liên quan khi các sản phẩm phân hủy hòa tan và dễ dàng chuyển đổi vào và ra khỏi chất lỏng. Nhiệt độ thấp hơn sẽ làm giảm khả năng hòa tan của chất lỏng, khiến một số loại sản phẩm phụ phân hủy kết tủa, tạo thành cặn. Áp suất cũng có thể đẩy các chất gây ô nhiễm này ra khỏi dung dịch, giải thích một trong những lý do tại sao thường thấy cặn trong ổ trục trượt, Roto quay của máy nén khí trục vít,…

PHÂN LOẠI CẶN BẨN

Có nhiều cơ chế phân hủy chất bôi trơn và thậm chí còn có nhiều hóa chất khác nhau hơn được tìm thấy trong các cặn dầu bôi trơn. Tuy nhiên, số lượng hóa chất cặn gần như vô hạn có thể được phân loại theo đặc điểm vật lý và nguồn hình thành của chúng. Việc phân loại các cặn vào các nhóm phân loại có lợi để hiểu rõ hơn về nguồn gốc của các cặn và xác định các nỗ lực khắc phục phù hợp.

Hiểu rõ hơn về thành phần của cặn cho phép phân loại thêm dựa trên nguồn hình thành cặn. Sự khác biệt cơ bản nhất về mặt hóa học là cặn đó là hữu cơ hay vô cơ.

Các chất lắng đọng vô cơ có thể được định nghĩa là các chất lắng đọng không hòa tan trong dung môi hữu cơ có độ phân cực cao và không chứa các đặc điểmcấu trúc cacbon-hidro

Cặn hữu cơ có thể được định nghĩa là vật liệu chứa liên kết cacbon-hidro (CH2 và CH3), chủ yếu không hòa tan trong dung môi hydrocarbon (làm cho nó trở thành cặn) và thường hòa tan trong dung môi hữu cơ phân cực.

Hàm lượng nước cũng được tìm thấy trong nhiều lớp cặn. Mặc dù nước bản thân cũng phân loại riêng là một chất làm suy thoái dầu, nhưng thường thì nó là một phần của lớp cặn. Nó thường quyết định độ đặc và độ bền của lớp cặn. Độ ẩm thường có trong lớp cặn khi chúng mới hình thành, cho phép dễ dàng lau sạch lớp cặn này. Các loại lớp trầm tích này thường được gọi là bùn lắng; tuy nhiên, chúng không nhất thiết chứa thành phần hóa học để biến chúng thành bùn thực sự. Theo thời gian, các lớp cặn này có thể mất nước và đông cứng trên bề mặt kim loại, trở nên khó loại bỏ bằng cơ học. Các lớp trầm tích này thường được gọi là varnish.

Ngược lại, dối với bùn lắng hình thành có chứa muối kim loại của axit cacboxylic. Khi các cặn này khô đi, chúng trở thành bột. Về mặt vật lý, chúng khác với varnish ở chỗ chúng luôn là các cặn mềm. Các cặn này được phân loại là các cặn hữu cơ có nguồn gốc oxy hóa với các thành phần vô cơ.

Ngoài ra, cặn lắng đọng vào Thùng chứa chất bôi trơn còn những thành phần là một phần của công thức dầu. Thỉnh thoảng, người ta có thể tìm thấy một thành phần phụ gia thoát ra khỏi dung dịch từ chất bôi trơn và lắng đọng trong hệ thống. Pha trộn không đúng cách hoặc phụ gia không tương thích là nguyên nhân chính gây ra loại cặn lắng này. Sự không tương thích giữa hai công thức chất bôi trơn cũng có thể khiến một hoặc nhiều công thức phụ gia thoát ra khỏi dung dịch để tạo thành cặn lắng.

PHÂN LOẠI CẶN HỮU CƠ

Cặn hữu cơ thường hòa tan trong chất bôi trơn đang sử dụng, cho phép chúng chuyển tiếp vào và ra khỏi dung dịch tùy thuộc vào môi trường. Các cặn này thường được gọi là “chất gây ô nhiễm mềm”. Cặn hữu cơ có thể được chia thành các loại phụ có nguồn gốc từ công thức, nhiệt dẻo, phân hủy nhiệt, có nguồn gốc từ quá trình oxy hóa và có nguồn gốc từ chất gây ô nhiễm.

Cặn sinh ra từ công thức của dầu

Nhiều thành phần phụ gia có thể góp phần tạo ra cặn sau khi chúng đã phản ứng hoặc do rơi ra khỏi dung dịch ở trạng thái chưa phản ứng. Người ta thường thấy các sản phẩm phản ứng từ các thành phần phụ gia trong cặn. Trong chất bôi trơn rỉ sét và oxy hóa, người ta thường thấy các loài chống oxy hóa chính phản ứng trong cặn, tạo ra cặn hữu cơ.

Cặn nhựa nhiệt dẻo

Một số quá trình phân hủy ở nhiệt độ cao tạo ra các phân tử có trọng lượng phân tử cao, tạo ra các chất lắng đọng hoạt động giống như nhựa nhiệt dẻo. Các chất lắng đọng này thường ở dạng rắn ở nhiệt độ phòng, tuy nhiên, chúng trở thành chất lỏng và chảy ở nhiệt độ cao (thường bằng hoặc dưới nhiệt độ hoạt động của chất lỏng). Người ta thường thấy loại chất lắng đọng này từ các chất lỏng bị phân hủy do phóng tia lửa điện.

Cặn do phân hủy nhiệt

Các phân tử hydrocarbon thường sẽ bị phã vỡ ở nhiệt độ trên 300°C. Có hai hành động có thể xảy ra. Đầu tiên là khi các phân tử nhỏ, bị cắt rời bay hơi khỏi chất lỏng. Phần này của phản ứng không phải là chất tạo cặn. Thứ hai là ngưng tụ phân tử. Khi các phân tử nhỏ bị tách ra, phần còn lại của phân tử sẽ ngưng tụ. Sự ngưng tụ này diễn ra khi không có không khí, do đó quá trình tách hydro sẽ là một phần của quá trình phân hủy của nó. Là sản phẩm cuối cùng sẽ là Cacbon và hình thành cặn cốc (coke), sự hình thành cặn cốc sẽ được quan sát thấy, tuy nhiên, có rất nhiều phản ứng hóa học lắng đọng được quan sát thấy trước khi cặn cốc được hình thành.

Cặn do quá trình oxi hóa

Cặn có nguồn gốc từ quá trình oxy hóa là một trong những phân loại phổ biến nhất được tìm thấy trong cặn dầu vì quá trình oxy hóa là một trong những hình thức suy thoái chính của chất bôi trơn. Các cặn lắng này thường có trọng lượng phân tử cao hơn chất bôi trơn, góp phần làm cho chúng không thể tan trong trong dung dịch. Nhiều người cho rằng hầu hết các cặn lắng đều nằm trong loại này một cách sai lầm.

Chất gây ô nhiễm có nguồn gốc 

Các chất gây ô nhiễm hữu cơ có thể xâm nhập vào hệ thống bôi trơn, gây ra phản ứng. Phản ứng này có thể xảy ra với công thức hiện tại hoặc có thể không tương thích với chất lỏng, dẫn đến cặn bẩn hữu cơ. Điều này đã được quan sát thấy với một số loại chất gây ô nhiễm khí có thể phản ứng với chất bôi trơn đang sử dụng để tạo ra cặn bẩn hữu cơ đặc biệt. Ví dụ, sự xâm nhập của khí amoniac đã được phát hiện phản ứng với các sản phẩm phân hủy có nguồn gốc từ quá trình oxy hóa để tạo ra cặn bẩn bao gồm các amit chính. Các loại khí khác đã được biết là tạo ra cặn bẩn đặc trưng của riêng chúng.

Có nguồn gốc sinh học

Các chất lắng đọng có nguồn gốc từ sự phát triển sinh học bao gồm các vật liệu thực vật như đường, bông và protein được coi là có nguồn gốc sinh học. Chúng thường có nguồn gốc từ quá trình lên men. Sự phát triển của vi sinh vật cũng có thể gây ra các chất lắng đọng được phân loại trong thùng này. Mặc dù các chất lắng đọng này có bản chất hữu cơ, nhưng chúng thường được tìm thấy cùng với các chất lắng đọng vô cơ trong quá trình cô lập.

PHÂN LOẠI CẶN VÔ CƠ

Cặn vô cơ bao gồm kim loại mài mòn và bụi bẩn. Trong phân loại vô cơ, người ta tìm thấy các loại than (coal) và thực vật. Hai loại này có chứa một số chức năng cacbon-hydro; tuy nhiên, chúng hoạt động giống với vô cơ hơn là hữu cơ. Ngoài ra, than thường bị xác định nhầm là than cốc hoặc bồ hóng và do đó nên được đặt gần các vật liệu này trong cây phân loại. Khi than cốc được hình thành dưới dạng trầm tích, thường có một trầm tích phân hủy nhiệt tương ứng được quan sát thấy trong bảng phân loại trầm tích hữu cơ. Sự hiệp đồng giữa hai loại này cho phép xác định tốt hơn nguồn gốc và do đó xác định nguyên nhân gốc rễ.

Lựa chọn các công cụ phân tích được sử dụng cũng có thể được xác định bởi phân loại mẫu. Nếu quan sát hóa học hữu cơ, các phương pháp thử nghiệm nên được điều chỉnh theo hướng đặc tính hữu cơ. Tương tự như vậy, các thành phần phi hữu cơ có một bộ công cụ khác nhau để đặc tính hóa.

Dưới đây là một số định nghĩa về cặn vô cơ có trong chất bôi trơn:

Cặn sinh ra từ công thức của dầu

Nhiều thành phần phụ gia có thể góp phần tạo thành cặn sau khi chúng đã phản ứng hoặc do rơi ra khỏi dung dịch ở trạng thái chưa phản ứng. Cặn có nguồn gốc từ công thức không hữu cơ thường đến từ các chất hóa học phụ gia vô cơ đã cạn kiệt, chẳng hạn như ZDDP.

Cặn vô cơ

Cặn vô cơ có thể được định nghĩa là những cặn không chứa cacbon và là danh mục phân loại các chất gây ô nhiễm cứng trong chất bôi trơn, chẳng hạn như bụi bẩn, mảnh vụn và kim loại mài mòn. Người ta cũng thường tìm thấy cặn vô cơ có nguồn gốc từ các thành phần phụ gia bị phân hủy. Ví dụ, ZDDP cạn kiệt có thể tạo ra các cặn vô cơ như phosphat và sulfat.

Bồ hóng

Các điều kiện nhiệt độ cao có thể gây ra sự hình thành các hạt bồ hóng. Các cặn bồ hóng bao gồm các hạt cacbon đen có kích thước nhỏ hơn 1 micron và thường được tạo ra từ quá trinhg diesel hóa như trong động cơ diesel hoặc trong quá trình diesel hóa vi mô micro-dieseling (sự nổ của các bong bóng khí nhiệt độ cực cao).

Than cốc

Các điều kiện nhiệt độ cao cũng có thể tạo ra than cốc. Đây là vật liệu cacbon đen có kích thước lớn hơn 1 micron. Các chất lắng đọng này thường được tạo ra từ quá trình quá nhiệt nghiêm trọng (trên 572°F hoặc 300°C) của vật liệu hữu cơ cho đến khi nó giải phóng hết hydro và oxy và để lại Cacbon.

Than

Các cặn than cũng là vật liệu cacbon đen có kích thước lớn hơn 1 micron, tuy nhiên, chúng thể hiện tính hòa tan trong một số dung môi hữu cơ phân cực như Tetrahydrofuran hoặc Pyridine.

XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN GỐC RỄ

Để thực hiện phân tích nguyên nhân gốc rễ đúng cách, người ta nên bắt đầu bằng cách thu thập các cặn lắng, chất lỏng đang sử dụng và bất kỳ vật liệu nào đã biết tiếp xúc với hệ thống. Thông thường, nhưng không phải lúc nào cũng vậy, các thành phần cặn lắng cũng có thể được xác định trong chất lỏng đang sử dụng. Ngoài ra, tình trạng chung của chất lỏng cho biết thể tích về hướng hình thành. Ví dụ, nếu mức chất chống oxy hóa ở tình trạng tốt, người ta nên xem xét nguyên nhân khác ngoài quá trình oxy hóa đơn giản.

Sau khi thu thập càng nhiều dữ liệu càng tốt về tình trạng chất lỏng, chúng tôi sẽ mô tả cặn lắng. Phân tích cặn lắng đúng cách thường là cách xác định nguyên nhân gốc rễ. Xác định phân loại nguồn cặn lắng sẽ giúp thiết lập các hành động cần thực hiện khi khắc phục nguyên nhân. Nhiều lần, sẽ phát hiện thêm được các loại cặn lắng. Thông tin đó có thể hỗ trợ cho việc xác định nguyên nhân gốc rễ này.

Một lớp cặn từ máy nén ly tâm được sử dụng tại một địa điểm hóa dầu ở Scandinavia gần đây đã được phân tích. Các loại cặn sau đây đã được xác định trong quá trình phân tích của chúng tôi: vô cơ, bồ hóng, than cốc, nhiệt dẻo, phân hủy nhiệt, oxy hóa và chất bôi trơn..

Việc mô tả các loại hóa chất khác nhau được tìm thấy trong lớp cặn cho phép chúng ta hiểu các cơ chế phân hủy chất lỏng khác nhau trong ứng dụng này. Điều này cũng rất quan trọng trong việc đưa ra một chiến lược để giải quyết các nguyên nhân gốc rễ này. Với nguyên nhân gốc rễ và phân loại cặn được chỉ định, người ta có thể hướng nỗ lực vào việc loại bỏ và lọc các cặn kích thước lớn. thanh phần hóa học của lớp cặn xác định chiến lược giảm thiểu vì không có công nghệ loại bỏ cặn nào có khả năng loại bỏ tất cả các cặn. Ngoài ra, thường có lợi khi đưa ra giải pháp ngăn chặn sự hình thành cặn trước khi cố gắng loại bỏ nó.

TỔNG KẾT

Cặn dầu bôi trơn có thể có tác động đáng kể đến độ tin cậy của máy móc. Cặn dầu có thể có vẻ ngoài tương tự nhau, khiến một số người tin rằng tất cả chúng đều giống nhau về mặt hóa học, có nguồn gốc từ cùng một nguồn. Trên thực tế, cặn dầu bôi trơn có nhiều hương vị hóa học khác nhau. Hiểu được thành phần của chúng giúp chúng ta hiểu rõ hơn lý do tại sao cặn dầu hình thành và cần theo đuổi chiến lược khắc phục nào.

Bài viết này trình bày danh pháp và định nghĩa để phân loại cặn dầu bôi trơn theo hóa học và nguồn gốc. Trong một số ứng dụng, chúng ta thấy cặn dầu có các thành phần với nhiều loại khác nhau. Trong những trường hợp khác, cặn dầu nằm gọn trong một ngăn phân loại. Tuy nhiên, trong mọi trường hợp, việc mô tả đúng cặn dầu sẽ cung cấp thông tin giúp xác định nguyên nhân gốc rễ của vấn đề: bước đầu tiên để có hệ thống không có cặn dầu.

Liên hệ và tư vấn

Hi vọng những chia sẻ của QTEX sẽ giúp cho các bạn hiểu hơn về Cặn bẩn trong dầu, sự hình thành và phân loại các loại cặn bẩn trong dầu nhớt. Nếu bạn đang còn chưa biết mua dầu nhớt ở đâu uy tín, chất lượng? QTEX là một trong những thương hiệu dầu nhớt uy tín mà bạn đang tìm kiếm lâu nay. Vì thế bạn có thể tham khảo các sản phẩm dầu nhớt cho ô tô tại đây để lựa chọn sản phẩm phù hợp nhé. Mọi thắc mắc bạn có thể liên hệ qua số hotline 02873 004 165 hoặc trao đổi trực tiếp qua fanpage tại đây để được hỗ trợ nhanh chóng.