Вода – это не только ресурс, который используется на производстве, но и 0,02% от общей массы нашей планеты. Однако в контексте смазочных материалов она является нежелательным загрязняющим веществом. На самом деле вода является вторым по распространённости загрязняющим веществом смазочных материалов и может привести к значительному сокращению срока службы машин и компонентов. Поэтому для обеспечения надёжности машины крайне важно вести мониторинг присутствия воды. Для контроля загрязнения влагой можно использовать несколько различных подходов, в зависимости от критичности оборудования, риска отказа и имеющихся ресурсов. Эти методы включают лабораторный анализ смазочных материалов, выполнение инспекций в полевых условиях, осмотр невооружённым глазом и датчики, установленные на линиях.
Лабораторный анализ масла
Лабораторный анализ масла чаще всего применяется для контроля загрязнения водой, но не всегда является наиболее эффективным подходом с точки зрения раннего обнаружения неисправностей. Для анализа надо отобрать пробу и отправить в коммерческую лабораторию, где над ней проведут несколько заранее обговоренных испытаний. В лабораторию могут поступать пробы как для рутинного анализа, так и для определения характеристик нового масла в рамках контроля качества. Да, с помощью анализа можно узнать много информации о пробе, но его минус заключается в том, что он занимает время, за которое неисправность может превратиться в надвигающийся отказ. Мониторинг влаги в лаборатории происходит с помощью таких испытаний как титрование по методу Карла Фишера, FTIR, применение датчиков распознания относительной влажности и дистилляции.
Титрование по методу Карла Фишера
Данному методу часто отдаётся предпочтение, потому что он даёт точные результаты. В настоящее время рекомендуемым стандартом по проведению испытания является ASTM D6304. Результаты предоставляются в миллионных долях (ppm) или процентном содержании воды. В случае с высоковязкими смазочными материалами или рецептурами, содержащими серу и другие соединения, результаты испытаний будут более точными, если для удаления воды из образца использовать испаритель. Вода также может быть растворена в толуоле. Эта дополнительная стадия известна как кодистилляция (выпаривание). Погрешности из-за присутствия определённых присадок без испарения могут составлять 50-100 ppm. Конечно же, ни один лабораторный метод тестирования не даёт совершенно точные результаты, поэтому можно ожидать некоторой погрешности результатов. Методы ASTM обычно указывают на погрешность каждого испытания с точки зрения повторяемости и воспроизводимости результатов. Титрование по методу Карла Фишера не является исключением. Испытание, как правило, даёт более точные результаты, если концентрация влаги составляет более 100-200 ppm. Важно отметить, что ASTM 1744 (Стандартный тест для определения содержания воды в жидких нефтепродуктах с помощью реактива Карла Фишера) был снят с использования в качестве утверждённого метода испытаний с 2016 года. Это испытание было более простым в проведении, нежели ASTM D6304, но результаты оно давало менее точные. Однако оно всё равно всё ещё проводится в некоторых лабораториях.
Датчики относительной влажности
Эта технология уже много лет используется для измерения содержания влаги в материалах во многих отраслях промышленности. С недавних пор этот метод также используется и для мониторинга загрязнений в маслах и смазках. Он соответствует стандарту ASTM D7546 (Стандартный метод определения содержания влаги в новых и находящихся в эксплуатации смазочных маслах и присадках с помощью датчика относительной влажности). Как правило, прибор нагревает пробу и испаряет из неё влагу, которая переносится системой подачи сухого воздуха через блок датчиков, содержащий датчик относительной влажности (RH = relative humidity). Реагенты не используются. Результаты предоставляются в ppm или процентах на микрограмм воды. На данный момент не было проведено исследований по воспроизводимости результатов данного метода.
FTIR
FTIR – это хорошо известное и частое испытание смазочных материалов. Оно может обнаруживать наличие таких веществ, как вода, топливо, сажа и некоторые присадки, также деградацию масла. FTIR нефтепродуктов можно проводить по нескольким стандартам ASTM, но чаще всего работают согласно ASTM E2412 и D7414. Этот быстрое и недорогое испытание позволяет измерять различные параметры в пробах масла или пластичной смазки. Одним из недостатков является минимальный предел обнаружения, который составляет приблизительно 1000 ppm. Результаты представлены в единицах абсорбции для определённых волновых чисел инфракрасного излучения. Лаборатория также может дать информацию о ppm или процентном содержании воды.
Дистилляция
В процессе дистилляции вода извлекается из масла или нефтепродукта путём нагревания пробы масла, которая предварительно была смешана с растворителем. Вода испаряется и собирается в водоотделитель. Минимальное количество воды, которое можно измерить, составляет приблизительно 0,05-0,1%. Процедура проводится по стандарту ASTM D95. Этот метод не требует сложного испытательного оборудования, но он требует много времени и усилий, поэтому обычно не входит в комплекс рутинных анализов масла.
Датчики относительной влажности, такие как этот анализатор влажности от Arizona Instrument, являются альтернативой титрованию по методу Карла Фишера.Портативные полевые инструменты и испытания
Спектроскопию онсайт можно провести с помощью множества различных приборов.Лабораторный анализ в полевых условиях предполагает использование портативных приборов в цехе или на производстве. Как правило, используются те же технологии, что и в обычной лаборатории, но в более компактном виде. Для большинства анализов требуется всего лишь капля масла, а результаты можно получить за считанные минуты. Существует множество методов испытаний в полевых условиях – они не ограничиваются лишь проверкой на наличие воды. Основным недостатком такого подхода является дороговизна. Набор с гидридом кальция – это распространённое устройство для полевых испытаний. В этом испытании используются реагент и растворитель (керосин или толуол) для проведения реакции, в результате которой из имеющейся в пробе воды образуется газ. Этот метод обычно используется для измерения содержания эмульгированной и свободной воды. Да, он может отловить воду и в низкой концентрации, но даёт гораздо более точные результаты, если концентрация воды составляет как минимум 150-200 ppm. Ещё одним примером распространённого полевого испытания является испытание на потрескивание (крякл-тест, crackle test). Для определения наличия эмульсии и свободной воды на поверхность конфорки помещаются две капли масла. Минимальная концентрация, которая может быть обнаружена, составляет приблизительно 500-1000 ppm. При проведении этого испытания важно обращать внимание на любые мелкие пузырьки или потрескивание.
Осмотр невооружённым глазом в полевых условиях
В полевых условиях наличие воды можно определить и на глаз. Например, её хорошо видно в смотровом окне, ёмкости для донных отложений и воды или в самой пробе масла. Имейте в виду, что видна только эмульгированная и свободная вода, поэтому, если она действительно видна, значит, концентрация воды достаточно высока. Чтобы не дошло до такой ситуации, надо иметь утверждённые и применяемые процедуры инспекции и мониторинга состояния масла.
Портативные наборы для полевых испытаний позволяют проводить анализ масла онсайт.Датчики, расположенные на линии
Некоторые датчики могут измерять водонасыщенность, а также общее содержание влаги.
Датчик, расположенный на линии, измеряющий наличие воды в маслеДатчики, расположенные на линии, могут быть установлены в циркуляционных линиях или резервуарах. Мониторинг воды происходит непосредственно с помощью датчика насыщения или с помощью вторичного параметра, такого как диэлектрическая проницаемость масла. Эта стратегия отлично подходит для раннего обнаружения загрязнения. Датчики, расположенные на линии, или автономные датчики могут заменить некоторые испытания рутинного анализа масла. Поэтому такой метод обнаружения воды всё чаще применяется в отрасли. Цель такого датчика заключается в подаче электрических сигналов, которые реагируют на изменения физических или химических свойств контролируемой жидкости. Большинство датчиков содержат небольшие электроды, погружённые в жидкость. Эти электроды генерируют электрическое напряжение и определяют реакцию масла с точки зрения электроёмкости, сопротивления, диэлектрической проницаемости или тока. Результаты измерений коррелируют с известными изменениями свойств масла, такими как загрязнение водой, окисление, перекрёстное загрязнение другими жидкостями и продуктами износа. Некоторые датчики имеют несколько измерительных компонентов, что позволяет контролировать более одного свойства масла. Ниже приведены несколько примеров подобных датчиков, доступных в настоящее время на рынке.
Датчики насыщения влагой
Эти датчики определяют точку росы и процент насыщения масла растворённой в нем водой. Водопроницаемый полимер помещается между двумя плоскими электродами, образуя конденсатор. Вода проникает в полимер, изменяя электрическую ёмкость, которая используется для измерения концентрации воды в масле. Стандарт ASTM D7546 описывает правильное применение этой технологии. Для обнаружения и мониторинга влаги чаще всего используется этот тип датчиков. Также существуют датчики, расположенные на линии, которые измеряют концентрацию воды в процентах или ppm. Они способны определять содержание растворённой, эмульгированной и свободной воды в масле. Эти датчики предоставляют ту же информацию, что и аналогичные лабораторные испытания на содержание воды. Однако результаты имеют меньшую точность по сравнению с датчиками, замеряющими насыщение водой.
Датчики диэлектрической проницаемости
Этот тип датчиков измеряет свойства масла, которые изменяются в результате окисления, загрязнения или износа. Диэлектрическая проницаемость связана со способностью масла сохранять электрическое поле. Эти датчики могут обнаруживать изменения в состоянии масла из-за его деградации или загрязнения. Они должны быть настроены с учетом конкретных условий эксплуатации, в которых они будут работать. Импедансная спектроскопия и другие технологии часто используются совместно с некоторыми типами этих датчиков.
Многофункциональные датчики
Многофункциональные датчики содержат более одного измерительного элемента для мониторинга до трёх или четырёх параметров масла, таких как диэлектрическая проницаемость, насыщенность, температура и электропроводность. Они могут предоставлять более полные данные об измеряемой жидкости. Некоторые из них даже умеют передавать результаты по беспроводной сети на удалённое устройство или мобильный телефон. Датчики, расположенные на линии, облегчают мониторинг и помогают вовремя обнаружить аномальные ситуации, но у них есть и свои недостатки. Чтобы мониторинг вёлся эффективно, в первую очередь надо правильно определить, какие именно параметры масла следует отслеживать и какой именно способ мониторинга является наиболее подходящим. Как правило, датчики не могут провести замеры и выдать отчёт, как происходит во время лабораторного анализа. Большинство из них должны быть подобраны именно для жидкости, мониторинг которой они ведут. Чтобы понять качество масла, надо иметь возможность сравнить показания датчика с параметрами масла в здоровом или аномальном состоянии. Для сопоставления электрического сигнала датчика с конкретными параметрами масла может потребоваться лабораторная поддержка. Помните, что не все датчики имеют одинаковое разрешение и точность, поэтому внимательно ознакомьтесь с возможностями вашего датчика, его применением и возможностями подключения перед установкой. Если вы применяете датчики, полевые испытания, инспекции и регулярно отправляете масло на анализ, вы сможете распознать загрязнение водой на самых ранних стадиях, до того, как она нанесёт непоправимый ущерб, а также сэкономите деньги. Несмотря на то, что выбор возможностей огромен, вы должны подобрать стратегию, которая наилучшим образом соответствует вашему бюджету и целям надёжности.
- Автор статьи:Алехандро Меза (Alejandro Meza), Noria Corporation
- Источник:Modern Methods for Monitoring Water Contamination