Эксперт Ойл
Введите название продукта:



Эксперт-ойл / Статьи / Загрязнение Биобазовых гидравлических масел минеральными маслами
Главная страницаКарта сайтаe-mail

05.04.2012
Загрязнение Биобазовых гидравлических масел минеральными маслами

В течение последнего десятилетия гидравлические жидкости на основе возобновляемых биоресурсов (биобазовые гидравлические жидкости/масла) пользуются повышенным спросом, особенно для подвижного оборудования и связанных с водой стационарных установок, например разводных мостов. Мотивация этих перемен исходит как от пользователей, связанных с экологическими рисками так и в связи с государственной политикой, заинтересованной в создании новых рынков для сельскохозяйственной продукции.

Одним из основных препятствий на этом рынке перехода является чувствительность биобазовых жидких эфиров или биоразлагаемых жидкостей (биомасел) к загрязнению традиционными минеральными гидравлическими маслами. Типичные ситуации: загрязнение или неполный слив во время замены минерального масла на биомасло или недостаток внимания при обслуживании и заправке. Это стало обоснованием для более подробного анализа проблем загрязнения.

Воздействие загрязнения

Было зарегистрировано, что во время перехода оборудования с минерального масла на биомасло при уровне загрязнения минеральным маслом в несколько процентов возникают такие проблемы, как избыточное пенообразование, загрязнение воздухом, засорение фильтров и другие. Как следствие - неисправности или даже серьезные повреждения оборудования. Например, в случае разводного моста потребовалась частая замена фильтра в течение нескольких месяцев после перехода оборудования на биомасло прежде чем устанавливался нормальный интервал замены.

Также были многочисленные сообщения о неудачных переходах гидравлического оборудования на биомасло, но эти сообщения были неточными и, в основном, без документации. Литература по данной проблеме едва ли существует. Опыт гидравлических производителей оборудования и их страх перед претензиями по дорогим гарантиям привели к очень осторожному и ограничительному подходу к использованию биомасел.

Биоразлагаемые гидравлические жидкости впервые были стандартизированы по рекомендации Ассоциации немецких производителей оборудования - German Machine Manufacturers Association (VDMA), что в итоге привело к вопросу о международном стандарте ISO 15380. Стандарт ISO 15380 требует, чтобы загрязнение биомасла не превышало 2% в случае загрязнения обычной гидравлической жидкостью и 1% в случае HLPD или моторного масла.

Производители биомасел в результате обсуждений пришли к выводу, что основной эффект ухудшения может быть вызван даже не самим минеральным маслом, а металлом, содержащимся в добавках, которые реагируют с жирными кислотами молекул эфира и в конечном итоге приводят к образованию мылоподобных продуктов реакции.

Ситуации на рынке и практика переоборудования

Биоразлагаемые и биобазовые гидравлические жидкости увеличили свою долю на рынке в течение последнего десятилетия. Но несмотря на некоторый прогресс на рынке большинство существующего мобильного оборудования еще используют минеральное масло в гидравлических системах. Компании, которые решили заказать новое оборудование с биомаслом, также хотели бы перевести свое существующее оборудование на биомасло, чтобы сократить число различных смазочных материалов при их эксплуатации. Таким образом, преобразование бывшего в употреблении оборудования с минерального масла на биомасло имеет в настоящее время больший объем, чем приобретение с завода нового оборудования с залитым биомаслом.

Резервуары мобильных гидравлических систем содержат в резервуаре лишь немногим более половины объема всей жидкости. Очень большая часть жидкости находится в трубопроводе, цилиндре и в другие гидравлических компонентах. Трудно слить 80 или 90% жидкости без открытия соединений. Как следствие, почти невозможно достичь 98% результата слива старой жидкости и получить менее чем 2% уровень загрязнения новой жидкости, если только основной работой обслуживания не запланирована полная разборка.

Чтобы перейти на биомасло и не допустить смешивания старой и новой жидкости, гидравлическая система должны быть промыта, часто несколько раз. Пример объема баланса с несколькими циклами промывки для получения желаемого 2% результата приведен на Рис 2. В этом примере предполагается, что после осушения, 27% старой жидкости все еще остается в системе. Хорошая промывка приводит к сокращению числа циклов


Должно быть ясно, что это дорогая и длительная процедура. Кроме того, существует ряд сложностей, связанных с 2% правилом:

     • Каждое биомасло имеет свои особенности. Некоторые из них более терпимы к загрязнению, чем другие.
     • Каждое минеральное масло имеет свои особенности. Некоторые из них более агрессивны, чем другие.
     • Каждая гидравлическая система имеет свои особенности. Конструкция некоторых систем более терпима к загрязнению, чем другие.
     • Трудно измерить остаточное содержание нефтепродуктов в биомасле после окончания промывочной процедуры.

В дополнение к этим проблемам, даже после успешной промывки, риски загрязнения присутствуют также и на поздних стадиях, в том числе утечка при заправке, неправильное обслуживание, крепления внешнего оборудования и многое другое.

Экспериментальные исследования

Институт гидравлических и пневматических приводов и систем управления- МФСА, Германия ( Institute for Fluid Power Drives and Controls-IFAS) провел экспериментальные исследования свойств биобазовых масел, загрязненных нефтепродуктами. Цель состояла в том, чтобы получить представление о том, насколько сложна проблема, и собрать информацию о последствиях, возникающих при различных концентрациях и сочетаниях.

Для этого были отобраны 10 различных биологических гидравлических продуктов типов HETG и HEES от разных производителей. Эти биомасла смешивались с семью минеральными маслами, в том числе: обычное HLP46 а также HLPD, HVLP, минеральное масло без содержания цинка, HLP, моторное масло SAE 15W-40 и одно старое базовое масло на основе синтетических эфиров. Моторное масло было добавлено в выборку минеральных загрязнителей, потому что иногда оно используется в качестве гидравлической жидкости. Оно также упоминается в преобразовании по ISO 15380 (приложение А) с еще более низким пределом 1% загрязнения. Эти загрязняющие жидкости применялись в концентрации от 0,1 до 20%, в зависимости от степени эффекта, наблюдаемого в ходе эксперимента.

В то время как такие свойства, как вязкость, плотность и влияние на упругие материалы, используемые в уплотнениях и шлангах, не принесли неожиданных изменений в процессе эксперимента, в то же время было установлено, что пенообразование и засорение фильтров стали наиболее важными аспектами, требующими более тщательного исследования. Был также некоторый эффект с деаэрационными свойствами.

Из предыдущих тестов стало ясно, что реакции, в зависимости от температуры, могут продолжаться до проявления результата несколько часов или дней. При температуре 60 °C большинство реакций завершалось в течение восьми часов.
Таким образом, все тестовые образцы для следующих экспериментов впервые были представлены при 20-часовой термической обработке при температуре 60 °С.

 

Эксперименты по пенообразованию проводились в соответствии со стандартом ASTM D 892, где пена создается потоком воздуха в жидкости. Объем пены измерялся дважды, сразу после отключения пенообразования и снова через 10 минут. Из всех образцов, подвергшихся термической обработке, только одна последовательность пенообразования при 24 градусах оказалась необходимой вместо трех при различных температурах, как это рекомендовано в стандартной процедуре тестирования.

Эксперименты по фильтрации проводились при температуре 25 градусов с бумажным фильтром с 1,2-микронным размером пор и 47-миллиметровым диаметром. Размер пор был выбран потому, что все большее число мобильных гидравлических систем оснащены обходными фильтрами очень тонкой очистки.

Поток принудительно направлялся постоянным вакуумом в сторону фильтра. Для эксперимента три образца по 60 мл каждый заливали через тот же фильтр, записывая время фильтрации каждого образца. Засорение фильтра в процессе тестирования сопровождалось очевидным увеличением времени фильтрации.

Тест на деаэрацию был проведен в соответствии с DIN 51 381, что почти эквивалентно ISO 9120. Воздух нагнетается в жидкость при определенных условиях. Тест требует измерения времени, в течение которого содержание воздуха в жидкости снижается обратно до величины 0,2%.

Из всех биомасел, которые были протестированы, два (цифры 1 и 7), оказались более чувствительны к загрязнению минеральными маслами и исследованы более подробно. Оба биомасла состояли из синтетических эфиров от разных производителей и с более чем 50% содержанием биобазовой составляющей и хорошо признаны на рынке.

Минеральные масла, используемые для загрязнения в эксперименте, обозначены буквами, как показано в таблице 1.

Визуальный осмотр

В большинстве случаев, визуальный осмотр может служить ранним свидетельством того, насколько тяжелым будет изменение свойств. Результаты химических реакций обычно проявлялись помутнением, часто в нижней части контейнера, или в виде более крупных частиц, плавающих внутри или на поверхности жидкости.

Пенообразование

Результаты теста пенообразования Биомасла-1 с различными загрязняющими веществами в различной концентрации приведены на рисунке 6. Объем пены указан два раза в образце - сразу после вспенивания (верхнее значение), а затем через 10 минут установления (меньшее значение). По стандарту ISO 15380 для биомасел допустимые уровни для обоих масел составляют150 мл и 0 мл.

Колонка слева - это чистое биомасло, которое демонстрирует хороший показатель значительно ниже допустимого максимума. Загрязнения с гидравлическими маслами A, B и D показывают более высокие, но все же приемлемые результаты с 2% загрязнения, но выходят за допустимый максимум при концентрации 5% и выше. Чем выше концентрация загрязнений, тем больше пены присутствует даже после 10 минут. В случае с моторным маслом C, даже 0,5% загрязнений (половина по стандарту ISO) приводит к неприемлемому результату. Интересно, что в последнем столбце (минеральная жидкость F без содержания цинка) показано, что даже загрязнение достигающее 10%, не вызывает никаких проблем в этом тесте.

В то время как Биомасло-1 в чистом виде показало хорошие результаты при вспенивании и серьезно пострадало от загрязнений, то чистое Биомасло-7 в среднем, остается почти без изменений при загрязнении со всеми минеральными маслами кроме моторного масла C. В случае моторного масла, содержание всего 0,5% загрязнения уже вызывает проблемы.

Хотя минеральное масло F без цинка, как оказалось, не вызывает никаких проблем, было интересно проверить влияние цинка и других металлов. Для просмотра оба значения каждого теста на пенообразование были объединены и сумма построена на общее содержание металлосмеси. Для Биомасла-1 была получена почти линейная функциональная зависимость между содержанием металла и общим объемом пены. Но при 20 мкг / г (20 промилле) и выше, пена достигла неприемлемого уровня. На рисунке 9 картина была совершенно иной, где Биомасло-7 показало проблему только с моторным маслом, но не с другими минеральными маслами. Моторное масло С, как известно, имеет высокое содержание кальция, в то время как многие гидравлические масла имеют цинксодержащие добавки.

Фильтрация

Как описано выше, эксперименты по фильтрации проводились три раза подряд с тестированием пропускной способности через тот же фильтр. Биомасла были вначале испытаны в чистом виде, а затем с различными загрязнителями. Чистое биомасло легко фильтровалось, и все три прохода заняли одинаковое время. Для Биомасла-1, загрязненного минеральными маслами А и B выявилось видимое увеличение  загрязнения фильтра с приближением к 5% загрязнению, а также полное засорение при 10%. Четкая тенденция засорения была видна с моторным минеральным маслом C при любых концентрациях загрязнения - от 0,5% и выше. Добавление минерального масла F без цинка не вызвало никаких изменений по отношению к чистому биомаслу даже при 10% уровне загрязнения.

Биомасло-7, которое было более стабильно, чем Биомасло-1 в ходе тестирования по пенообразованию, в тесте фильтрации оказалось гораздо более чувствительным к 2% загрязнению обычной гидравлической жидкостью А и в результате - прогрессивное засорения фильтра. В этом случае, даже минеральное масло F, без содержания цинка, вызвало небольшие проблемы при 5% загрязнении (половина концентрации используемая для биомасла 1). Фильтрация улучшилась после прохождения 10% загрязнения минеральным маслом B с моющей присадкой HLPD, где при 20 процентах загрязнения засорение фильтра было меньше, чем при 5 и 10% загрязнения.

Деаэрация

Время аэрации по стандарту ISO 15380 ограничено до 10 минут, время, которое требуется чистому биомаслу. Добавление минеральных масел увеличивает время деаэрации, но только в концентрации более 2% (1% для моторного масла С), что является приемлемым. Как и в ходе испытания на пенообразование, чистое Биомасло-1 изначально было лучше, чем чистое Биомасло-7, но более чувствительно к загрязнению.

Заключение

Некоторые биобазовые гидравлические жидкости, продаваемые на рынке, являются чувствительными к загрязнению обычной гидравлической жидкостью. Проблемы, которые возникают при более высоких уровнях загрязнения, достигающих нескольких процентов, вызывают образование продуктов реакции, приводящих к ухудшению фильтрации, деаэрации и вспениванию загрязненного биомасла. Очевидно, что степень ухудшения коррелируется не с количеством добавленного минерального масла, а с суммой металлов, вводимых с добавками в некоторые минеральные масла. В процессе тестирования минеральные жидкости были проанализированы на содержание в них металлов: цинка, кальция и магния. Наблюдаемые эффекты специфичны для разных биологических масел и различных минеральных масел. Для получения результата при тестировании может потребоваться несколько часов или дней. Это имеет несколько практических последствий:

     • Реакции между биомаслом и минеральным маслом меняются в широких пределах в зависимости от комбинации используемых продуктов. 2% уровень толерантности к  загрязнению - очень грубая мера.
     • Минеральное масло без металла или без цинка, как оказалось, не вызывает серьезных проблем.
     • Наблюдаемый эффект задержки проявления реакции загрязнения увеличивает риск аварии для пользователей, а квалифицированный обслуживающий персонал может быть недоступен, когда проблемы возникают через несколько часов или дней после перехода с минерального масла на биомасло.
     • Чтобы проверить качество биомасла после перехода, было бы гораздо легче анализировать остаточное содержание металлов в смеси в лаборатории стандартными процедурами, чем количеством минерального масла.

Специфический индекс толерантности к металлу вероятно может быть определена для каждого продукта биомасла, а также использоваться как показатель эффективности для разработки продукта замены, и в конечном счете заменить негибкое 2% правило в стандарт ISO 15380.

Адрес: г. Москва, дер. Старосырово, Симферопольское шоссе д.20 стр. 1 (Щербинская нефтебаза 11 км. от МКАД)
Телефон: (495)77-11-093, E-mail: info@expert-oil.com