ТПНМ. 1 лекция Майлар. Лекция 1 Классификация нефтяных масел и основные показатели их качества
 Скачать 1.11 Mb.
|
Лекция 1Классификация нефтяных масел и основные показатели их качества. Зависимость свойств нефтяных масел от их состава Классификация нефтепродуктов по их назначению: Моторные топлива; Энергетические топлива; Нефтяные масла; Углеродные и вяжущие материалы; Нефтехимическое сырье; Нефтепродукты специального назначения. Нефтяные масла - сложная смесь высококипящих углеводородов (число углеродных атомов 20-60; молекулярная масса 300-750, т. выкипания 300-650 °С). Сырье для их производства - мазут, а главный процесс - вакуумная перегонка, в результате которой получают узкие масляные фракции (от 1 до 4) и гудрон. Углеводородный состав нефтяных масел: парафиновые углеводороды (алканы нормального и изостроения); нафтеновые углеводороды (цикланы), содержащие пяти- и шестичленные кольца с парафиновыми цепями разной длины; ароматические углеводороды (арены моно- и полициклические); гибридные углеводороды, а также смолисто-асфальтеновые вещества и серо- азот- и кислородсодержащие гетероорганические соединения. КЛАССИФИКАЦИЯ МАСЕЛ По составу: дистиллятные или базовые (полученные из мазута вакуумной перегонкой), остаточные (полученные из гудрона), компаудированные (смешение дистиллятных и остаточных масел), загущенные (в базовое масло вводят полимерную присадку); синтетические (получаемые путем синтеза органических веществ); По назначению: смазочные (моторные [для смазки двигателей, например, автомобильные, дизельные, авиационные], индустриальные [для смазывания узлов и механизмов оборудования различных отраслей промышленности], трансмиссионные [предназначены для коробок передач и силовых трансмиссий, передающие большие крутящие моменты в автомобилях, тракторах и т.д.], цилиндровые, судовые, турбинные [для смазки паровых и водяных турбин] и компрессорные); не смазочные или специальные (электроизоляционные, консервационные [защитные], гидравлические [для передачи давления и мощности, для заполнения цилиндров грузоподъемных механизмов], технологические, вакуумные и белые [для медицинских, пищевых и парфюмерных производств]). Смазочные масла, применяемые практически во всех областях техники, в зависимости от назначения выполняют следующие основные функции: уменьшают коэффициент трения между трущимися поверхностями, снижают интенсивность изнашивания, защищают металлы от коррозии, охлаждают трущиеся детали, уплотняют зазоры между сопряженными деталями, удаляют с трущихся поверхностей загрязнения и продукты изнашивания. СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА Смазочные масла (моторные масла) Моторные масла предназначены для смазки двигателей внутреннего сгорания (ДВС) различных типов (карбюраторные, инжекторные, дизельные, турбореактивные). Их доля в общем объеме производства масел составляет 50 -60 %. Тенденция к форсированию ДВС и ужесточение норм по выбросам оксидов азота, углерода и твердых частиц с отработанными газами требует модернизации двигателей путем увеличения степени сжатия, турбонаддува, рециркуляции части выхлопных газов, задержки впрыска и др. Это предъявляет повышенные требования к качеству товарных (базовых) масел. В соответствии с классификацией Американского института нефти (API) базовые масла подразделяются на пять групп в зависимости от индекса вязкости, содержания насыщенных соединений, серы и технологии производства Мировое производство базовых масел составляет более 30 млн т/год, из них ≈ 80 % приходится на I группу. В странах ЕС в основном производятся базовые масла I группы и качество товарных масел обеспечивается за счет присадок. Прогнозируется увеличение выпуска базовых масел III группы и синтетических масел - в основном полиальфаолефи- нов (ПАО), однако высокая стоимость ПАО ограничивает их применение и часто они используются в смеси с нефтяными маслами. В США и Канаде 50 % составляют базовые масла II группы и 15 % - III группы, доля которых постоянно возрастает. Условное обозначение моторных масел В странах СНГ товарные моторные масла по ГОСТ 17479.1-85 обозначаются буквой М. Вязкость масла указывается при 1000С, так как такой температуры и выше оно достигает в процессе работы двигателя. Например, М-10 – моторное масло классом вязкости 10 (вязкость в сСт при 1000С может лежать в пределах 9,5 – 11,5). Затем указывается (буквами) область применения и условия эксплуатации: А – для нефорсированных бензиновых и дизельных двигателей; Б – для малофорсированных двигателей; В – для среднефорсированных двигателей; Г – для высокофорсированных двигателей; Д – для высокофорсированных дизелей с наддувом, работающих в тяжелых условиях. Если масло предназначено для бензиновых двигателей, указывается цифра 1, если для дизелей, – 2. Например, М -10 - Г1 – моторное масло летнее средней вязкостью 10 сСт для высокофорсированных бензиновых двигателей, М-З3- Г2 – зимнее, М-З3/10-Г1 – всесезонное. Класс вязкости всесезонного масла определяется по последней цифре. Основные характеристики некоторых моторных масел В международном масштабе принята классификация моторных масел по уровню вязкости Американского общества автомобильных инженеров - SAE (sousaity of automobile enqineers) J300; уровень эксплуатационных свойств и область применения - по классификации API. Масла по API подразделяются на категории «S» (Service) - для бензиновых и «С» (Commercial) - для дизельных двигателей; универсальные масла обозначают классами обеих категорий. Классы указывают буквы латинского алфавита, стоящие после буквы, обозначающей категорию, например SF, SH, СС, CD или SF/CC, CG/CD, CF-4/SH для универсальных масел. По системе SAE применяют 6 зимних (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) и 5 летних (20, 30, 40, 50, 60) масел. По системе SAE указывается класс вязкости моторных масел. Моторное масло марки 0W (W-winter, зима) рекомендуется для зимних условий эксплуатации с температурой окружающей среды не ниже - 300С, а 5W - 25 0С, 10W - 200С. В российской маркировке масел указывается 4 зимних масла (основных), 5 летних и 4 всесезонных. У всесезонных масел класс вязкости указывается последней цифрой в обозначении. Классы вязкости моторных масел Европейские страны с 1996 г. ввели свою классификацию моторных масел по системе ACEA (Ассоциация европейских производителей автомобилей). Масла для бензиновых двигателей, обладающие энергосберегающими свойствами, классифицируются Международным комитетом по стандартизации и одобрению смазочных материалов (ILSAC). Энергосберегающими называются масла, которые дают экономию топлива в 1,5-2,5 % и более за счет снижения вязкости (в допустимых пределах) и введения присадок - модификаторов трения. Примерное соответствие наиболее распространенных классификаций моторных масел Смазочные масла (трансмиссионные масла) Трансмиссия (лат. переход, передача) служит для передачи и изменения крутящего момента вала двигателя на колёса автомобиля. Включает в себя: коробку перемены передач, карданный вал, главную передачу и дифференциал. Основное назначение трансмиссионных масел - смазка высоконагруженных зубчатых механизмов, подшипников и других узлов силовой передачи автомобиля. Они должны обладать наряду с высокой смазывающей способностью хорошими вязкостно-температурными свойствами. Масла гидравлических трансмиссий, помимо своего основного назначения, служат гидравлической средой, заполняющей систему. Требования к трансмиссионным маслам: 1) снижать износ трущихся пар, отводить тепло; 2) уменьшать потери энергии на преодоление трения, вязкость масла не должна превышать 150Па·с (150000 сСт); 3) понижать шум и вибрации, защищать металл от коррозии; 4) удалять продукты износа и не быть токсичным. В зависимости от напряженности работы передач согласно ГОСТ 17479 - 85 устанавливают пять групп трансмиссионных масел.
Трансмиссионные масла делятся на 4 основных класса по вязкости По стандартам России и SAE выпускают следующие виды трансмиссионных масел API - указывает область применения масел; SAE -указывает класс вязкости масел. W – зимнее масло; GL – главная смазка (General – главный, Lube – масло); 90 – класс вязкости (номер масла соответствующей вязкости); API GL-5, SAE-70W/90 – масло трансмиссионное, 5-й группы, всесезонное, классом вязкости 90 (вязкость 13,5–24 мм2/с, при 100оС). Смазочные масла (индустриальные масла) Доля индустриальных масел в общем объеме производства смазочных масел превышает 30 %. В марках всех индустриальных масел цифра показывает значение кинематической вязкости при 50°С. Они подразделяются на масла общего и специального назначения. Индустриальные масла общего назначения служат для смазывания наиболее широко распространенных узлов и механизмов оборудования различных отраслей промышленности — текстильных машин, металлорежущих станков, редукторов и передач прокатного, кузнечного и прессового оборудования. Они представляют собой очищенные дистиллятные и остаточные масла и их смеси и подразделяются на легкие, средние и тяжелые. Масла серии «И» не содержат в своем составе присадок, масла серии «ИГП» содержат антиокислительную, противокоррозионную и антипенную присадки. Индустриальные масла специального назначения обычно содержат присадки и предназначены для использования в узких или специфических областях. Основные характеристики индустриальных масел общего назначения Специальные (не смазочные) масла служат рабочими жидкостями в гидравлических передачах, электроизоляционной средой в трасформаторах, конденсаторах, кабелях, масляных выключателях, используются при приготовлении пластичных смазок и т.п. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МАСЛА ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАСЛА Гидравлические масла используются в качестве рабочих жидкостей в гидравлических системах дорожно-строительных машин,экскаваторах, подъемных кранах, станках и другой технике. Рабочая жидкость гидравлических систем должна обладать: 1) хорошими смазывающими свойствами; 2) минимальной зависимостью вязкости от температуры в требуемом диапазоне рабочих температур (минус 50 до плюс 80 оС); 3) низкой упругостью насыщенных паров и высокой температурой кипения; 4) нейтральностью к применяемым материалам, особенно к резиновым уплотнениям; 5) высоким модулем объемной упругости, малым содержанием растворенного воздуха в масле; 6) минимальной токсичностью и длительным сроком службы. Обозначение гидравлических масел производится в соответствии с ГОСТ 17479.3-85 «Обозначение нефтепродуктов. Масла гидравлические». Состоит из группы знаков, первая из которых обозначается буквами «МГ» (минеральное, гидравлическое); вторая группа знаков – цифрами и характеризует класс кинематической вязкости при плюс 400С; третья – буквами и указывает на принадлежность масла к группе по эксплуатационным свойствам: МГ-22-Б Класс вязкости гидравлических масел Группы гидравлических масел по эксплуатационным свойствам К специальным маслам относятся так же энергетические, вакуумные, технологические, медицинские и др. Энергетические масла подразделяются на турбинные, компрессорные и электроизоляционные. Турбинные масла применяют для смазки и охлаждения подшипников, турбоагрегатов, маслонапорных установок гидротурбин, судовых паротурбинных установок и др. Турбинные масла должны обладать хорошей стабильностью против окисления при рабочей температуре (60 - 100 °С и выше), обеспечивать длительную бессменную работу (несколько лет) без выделения продуктов окисления и иметь высокие деэмульгирующие характеристики при контакте с водой. Это обеспечивается глубокой степенью очистки масел и введением пакетов присадок, улучшающих антиокислительные, антикоррозионные, антипенные и деэмульгирующие свойства. Турбинные масла выпускаются без присадок (Т-22, Т-30 и Т-46) и с присадками. Турбинные масла без присадок вырабатываются из малосернистых беспарафинистых нефтей. Компрессорные масла предназначены для смазки различных узлов и деталей (цилиндров, клапанов и др.) компрессорных машин, а также для создания уплотнений. Требования к качеству компрессорных масел аналогичны требованиям, предъявляемым к качеству моторных масел. Для смазки компрессоров используют нефтяные масла, различающиеся по вязкости и области применения Основные характеристики компрессорных масел Электроизоляционные масла, к которым относятся трансформаторные, конденсаторные и кабельные, представляют собой специфическую группу несмазочных масел и являются жидкими диэлектриками. Основное их назначение - изоляция токонесущих частей электрооборудования, гашение электродуги в выключателях и отвод тепла. Наиболее массовыми и распространенными являются трансформаторные масла ВАКУУМНЫЕ МАСЛАВакуумные масла служат в качестве смазки трущихся деталей вакуумных насосов и не должны испаряться в глубоком вакууме, создаваемом вакуумным насосом. Они не содержат присадок, имеют узкий фракционный состав, низкую испаряемость, высокую стабильность против окисления. Очищенное базовое масло перегоняют под глубоким вакуумом с получением узких фракций и наименее летучую из них используют в качестве вакуумного масла. Марки вакуумных масел ВМ-1 — ВМ-6 различаются вязкостью при 50 °С (от 10 до 70 сСт) и температурой вспышки (от 180 до 230 °С). Технологические масла подразделяются на масла общего назначения, для производства химических волокон и мягчители шинных смесей. К первой группе относят масла для пропитки кож, закалочные масла в металлообработке, масла — поглотители ароматических соединений в коксохимии и др. Ко второй группе относят масла марки С-9, С-15 и С-25 типа индустриального И-20 или трансформаторного, которые применяют как компоненты засаливающих препаратов в производстве химических волокон. К третьей группе относят масла-мягчители, которые вводят в состав резиновых смесей при производстве шин для придания им эластичности и улучшения формуемости. В качестве масел используются высокоароматизированные остаточные экстракты селективной очистки ПН-бш и ПН-бк. Свойства каждой марки технологических масел оговариваются специальными ТУ или ОСТ для соответствующей технологической операции. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАСЛА Медицинские (белые) масла. Это небольшая группа минеральных масел высокой степени очистки от ароматических соединений серной кислотой, допущенных органами здравоохранения в качестве компонентов лечебных препаратов или парфюмерных изделий. Медицинские масла выпускаются двух видов - вазелиновое медицинское (для лечебных целей в чистом виде или в составе смесей) и парфюмерное (для приготовления продуктов парфюмерии - кремов, паст, карандашей и др.). МЕДИЦИНСКИЕ МАСЛА ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ НЕФТЯНЫХ МАСЕЛ ОТ ИХ СОСТАВА Содержание и состав парафиновых углеводородов в дистиллятных фракциях и остатках зависят от характера нефти и пределов выкипания фракции. По мере их повышения в масляных фракциях увеличивается общее содержание высокоплавких углеводородов. Удаление парафиновых и циклических углеводородов с длинными боковыми цепями, кристаллизующихся при пониженных температурах, осуществляют в процессе депарафинизации с целью получения низкозастывающих масел. Парафиновые углеводороды по сравнению с другими имеют наименьшую вязкость, наиболее пологую вязкостно-температурную кривую и наибольший индекс вязкости (ИВ). Поэтому при удалении парафиновых углеводородов ухудшаются вязкостно-температурные свойства масел. Выделяемые при депарафинизации концентраты твердых углеводородов подвергают, в свою очередь, различным видам очистки для получении широкого ассортимента товарных парафинов, церезинов и других продуктов. Содержание в маслах нафтено-парафиновых углеводородов (присутствие чисто нафтеновых без боковых цепей крайне незначительно) в зависимости от происхождения нефти составляет 50 – 75%. С повышением температур выкипания нефтяной фракции увеличивается число атомов углерода в боковых цепях молекул нафтеновых углеводородов, повышаются температура их застывания и индекс вязкости. Нафтеновые углеводороды в оптимальных количествах являются желательными компонентами масел. Ароматические углеводороды практически всегда присутствуют в товарных маслах. Их содержание и структура зависят от природы нефти и температур выкипания фракции: чем выше эти температуры, тем больше ароматических углеводородов в ней содержится; при этом возрастает доля полициклических (производных нафталина и фенантрена). Ароматические углеводороды в большинстве случаев содержат нафтеновые кольца и боковые парафиновые цепи разной длины. Ароматические углеводороды (в основном полициклические с короткими боковыми цепями) удаляют из масляного сырья в процессах селективной и адсорбционной очистки, превращают их в нафтеновые и парафиновые углеводороды – при гидрогенизационных процессах. Отличительной особенностью циклических углеводородов (нафтеновых и ароматических) является их значительно большая вязкость, чем парафиновых, от которой зависит подвижность масел при низких температурах. В связи с этим для получения масел с хорошими низкотемпературными свойствами из них удаляют как твердые парафиновые углеводороды, так и полициклические ароматические с короткими боковыми цепями (с низким ИВ). В результате получают масла с хорошими вязкостно-температурными свойствами (высоким ИВ). Однако полное удаление этих углеводородов может привести к ухудшению других свойств масел, например стабильности к окислению. Существует оптимальная глубина очистки селективным растворителем, которая изменяется в зависимости от состава масляного сырья. Смолисто-асфальтеновые вещества содержатся в основном в высококипящих нефтяных фракциях и гудронах. Они относятся к классу полициклических соединений, содержащих помимо углерода и водорода кислород, серу, азот, а иногда и различные металлы. Смолисто-асфальтеновые вещества являются нежелательными компонентами масел и удаляются в процессе деасфальтизации (малые их количества могут быть удалены при селективной и адсорбционной очистках). При недостаточно полном удалении смолисто-асфальтеновых веществ снижается эффективность очистки избирательными растворителями, увеличивается необходимая кратность их к сырью, затрудняются адсорбционная и гидроочистка масел, ухудшаются эксплуатационные свойства масел и их приемистость к присадкам. Серосодержащие соединения концентрируются в основном в гудронах, в масляных фракциях их немного (до 2% масс). Чем выше температура выкипания фракции, тем больше в ней серосодержащих соединений. В масляных фракциях могут присутствовать сульфиды и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также более сложные полициклические производные серы. В зависимости от состава и содержания эти соединения больше или меньше влияют на эксплуатационные свойства масел, прежде всего на противокоррозионные, противоизносные и стабильность к окислению. Присутствие некоторых серосодержащих соединений повышает коррозионную агрессивность масел. Их удаляют из масляного сырья в процессах гидроочистки, селективной или адсорбционной очистки. Однако при переочистке масел – полном удалении из них поверхностно-активных веществ (смолисто-асфальтеновых и серосодержащих соединений) ухудшается способность масел защищать металлы от коррозионного воздействия воды (электрохимической коррозии). Установлено, что при содержании серы до 0,5% (масс.) эксплуатационные свойства масел не ухудшаются, а некоторые даже улучшаются. Из кислородсодержащих соединений, присутствующих в масляных фракциях, следует отметить нафтеновые кислоты и производные фенола. Присутствие их в товарных маслах нежелательно, поскольку органические кислоты вызывают не только коррозию металлов, но и повышенное нагарообразование в двигателе. Нафтеновые кислоты и другие кислородсодержащие соединения удаляются в процессах щелочной и селективной очистки. |