Nghiên cứu công nghệ sản xuất dầu tuốc bin (ISO VG 32, 46) ứng dụng cho các nhà máy điện tại tại việt nam

Đặc điểm dầu Tuốcbin Dầu Tuốcbin được sản xuất từ hai thành phần chính là: dầu gốc và phụ gia - Dầu gốc là phần bao gồm một hoặc nhiều loại dầu gốc được kết hợp với nhau để đảm bảo tính

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

Báo cáo tổng kết khoa học, kỹ thuật Đề tài:

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU TUỐC BIN ỨNG DỤNG CHO CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN

TẠI VIỆT NAM

Chủ nhiệm đề tài: ThS PHẠM THỊ THÚY NGA

9023

HÀ NỘI 12 - 2011 Tài liệu này được chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện đề tài cấp Bộ,

HĐ số 191.11.RD/HĐ-KHCN

TAN : Chỉ số axit

Lubrizol 888 : Lz 888

v/p : vòng/phút

TÓM TẮT NHIỆM VỤ

Dầu tuốcbin là dầu bôi trơn cho các máy tuốcbin gồm tuốcbin khí, tuốcbin hơi và tuốcbin hơi nước Hiện nay, dầu tuốcbin sử dụng ở Việt Nam phải nhập ngoại hoàn toàn như là Turbinol X32; X46 của BP, T32, T46 của Shell,

Đề tài “ Nghiên cứu công nghệ sản xuất dầu tuốcbin ứng dụng cho

các nhà máy điện tại Việt Nam” đã tiến hành nghiên cứu xác lập đơn pha chế

và công nghệ pha chế dầu tuốc bin ISO VG 32 và ISO VG 46 Các dầu pha chế trên cơ sở dầu gốc Hàn Quốc nhóm 2 là SN150 và SN500 Các loại phụ gia được lựa chọn là phụ gia chống oxy hóa (2,6-di-tert-butyl phenol và N-phenyl-1-naphtylamin), phụ gia chống tạo bọt (Lubrizol 888 ), phụ gia chống

gỉ (ADX 200) được bổ sung với tỷ lệ hợp lý Từ các kết quả nghiên cứu thu được đã tiến hành pha chế được sản phẩm dầu tuốc bin cấp độ ISO VG 32 và

46 được khảo sát các tính chất hóa lý và so sánh với sản phẩm BP Turbinol X

32, X 46 đang có mặt trên thị trường

Mục Lục

MỞ ĐẦU 5

PHẦN 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

1.1.Đặc điểm dầu Tuốcbin 6

1.2.Đánh giá tính chất các loại dầu Tuốcbin ISOVG32;46 đang có mặt tại Việt Nam 7

1.3 Thành phần dầu Tuốcbin 10

1.3.1 Đặc điểm dầu gốc pha chế dầu Tuốcbin .10

1.3.2 Các phụ gia chức năng cho dầu Tuốcbin ISO VG32;46 12

1.3.2.1.Phụ gia ức chế oxy hóa 13

1.3.2.2.Phụ gia chống tạo bọt 14

1.3.2.3.Phụ gia chống gỉ 15

PHẦN 2 THỰC NGHIỆM 17

2.1 Nguyên liệu và hóa chất 17

2.2 Dụng cụ và thiết bị .17

2.3 Khảo sát và lựa chọn dầu gốc làm nguyên liệu pha chế phần nền 17

2.3.1 Lựa chọn dầu gốc 18

2.3.2 Khảo sát tỷ lệ thành phần dầu gốc 17

2.4 Khảo sát các phụ gia cho dầu Tuốcbin ISOVG 32, 46 18

2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia ức chế oxy hóa 18

2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia chống tạo bọt .19

2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia chống gỉ 20

2.5 Lập đơn pha chế và đánh giá tính chất dầu Tuốcbin ISOVG 32; 46 pha chế 20

2.5.1 Các bước tiến hành 20

2.5.2 Các phương pháp đánh giá tính chất dầu pha chế được 21

2.3.2.1 Độ nhớt động học 21

2.3.2.2 Phép thử đo độ ăn mòn tấm đồng 22

2.3.2.3 Xác định điểm đông đặc 23

2.3.2.4 Phép thử đặc tính tạo bọt 23

2.3.2.5 Phép thử đặc tính tách nhũ của dầu 23

2.3.2.6 Xác định nhiêt độ chớp cháy cốc hở 24

2.3.2.7 Đánh giá khả năng chống gỉ 24

PHẦN 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25

3.1 Kết quả đánh giá dầu gốc làm nguyên liệu pha chế phần nền dầu Tuốcbin 25

3.1.1 Kết quả lựa chọn dầu gốc 25

3.1.2 Kết quả đánh giá các chỉ tiêu hóa lý của dầu gốc và hỗn hợp dầu gốc 27

3.2 Kết quả đánh giá và lựa chọn phụ gia pha chế dầu 30

3.2.1 Ảnh hưởng của phụ gia ức chế oxy hóa 30

3.2.1 Ảnh hưởng của phụ gia chống tạo bọt 34

3.2.1 Ảnh hưởng của phụ gia chống gỉ 35

3.3 Kết quả nghiên cứu lập đơn pha chế dầu Tuốcbin ISOVG32; 46 36

3.4 Qui trình chế tạo phụ gia đa chức cho dầu Tuốcbin 38

3.5 Đề xuất sơ đồ công nghệ sản xuất dầu Tuốcbin ISOVG32; 46 .38

3.5.1.Thông số kỹ thuật 38

3.5.2 Qui trình công nghệ và thiết bị sản xuất .39

ƯỚC TÍNH GIÁ THÀNH SẢN PHẨM 41

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

Dầu bôi trơn và kỹ thuật bôi trơn có vai trò rất quan trọng trong vận hành của thiết bị máy móc Hầu hết các thiết bị máy móc, phương tiện giao thông có kích cỡ và điều kiện làm việc khác nhau nên không thể làm việc được nếu như không có các loại dầu bôi trơn thích hợp Việc bôi trơn và lựa chọn chất lượng bôi trơn là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới tuổi thọ của thiết bị Trong đó phạm vi sử dụng dầu bôi trơn công nghiệp rất rộng lớn, tối thiểu cũng có vài trăm sản phẩm khác nhau đóng vai trò cực kỳ quan trọng và cần thiết trong việc duy trì hoạt động của thiết bị

Đáp ứng nhu cầu về dầu bôi trơn cùng với chính sách đổi mới kinh tế của nhà nước, đã có nhiều công ty nước ngoài cung cấp dầu nhờn vào nước ta như

BP, Shell, Castrol (Anh), Total (Pháp), Esso Mobil, Caltex (Mỹ), và một số công

ty của Hàn Quốc, Singapo, Đài Loan, Nhật Bản,… Việc sử dụng dầu bôi trơn của các hãng nước ngoài là ít kinh tế nên có nhiều cơ sở trong nước nghiên cứu pha chế dầu mỡ nhờn chủ động thay thế nguồn nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài

Hiện nay ở nước ta các nhà máy nhiệt điện được xây dựng ngày càng nhiều và còn tiếp tục phát triển trong những năm tới Các cơ sở trong nước chủ yếu là pha chế dầu động cơ, dầu thủy lực, dầu gia công kim loại mà chưa có cơ

sở nào nghiên cứu pha chế dầu tuốcbin Nguồn cung cấp dầu tuốcbin (chủ yếu là dầu ISOVG32 và VG46) chính là Turbinol X32; Turbinol X46 của BP; dầu TP22; TP30 của Nga; dầu Turbo GT32; Turbo T; Turbo CC của Shell Trong đó thì dầu Turbinol X32; X46 của BP được sử dụng với lượng lớn hơn cả, trung bình khoảng 500 ÷ 800 tấn/năm

Chính vì lý do trên nên đề tài chọn nghiên cứu công nghệ sản xuất dầu tuốcbin (ISOVG32; VG46) ứng dụng cho các nhà máy điện tại Việt Nam và chọn dầu Turbinol X32; X46 của BP để so sánh với sản phẩm chính của đề tài

PHẦN 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đặc điểm dầu Tuốcbin

Dầu Tuốcbin được sản xuất từ hai thành phần chính là: dầu gốc và phụ gia

- Dầu gốc là phần bao gồm một hoặc nhiều loại dầu gốc được kết hợp với nhau để đảm bảo tính chất cơ bản của dầu Tuốcbin và phần này thường chiếm khoảng 90% kl của dầu

- Phần phụ gia chiếm một tỷ lệ nhỏ song vô cùng quan trọng để khắc phục một số nhược điểm mà dầu gốc không có

Tuốcbin hơi nước tồn tại hơn 90 năm Thông thường tuốcbin hơi nước được nối với máy lái, một vài trường hợp thông qua một hộp điều khiển (hộp số) Những năm gần đây, các loại dầu tuốcbin không chứa phụ gia không có khả năng đáp ứng với các yêu cầu đòi hỏi ngày càng tăng Đối với tuốcbin hơi nước các loại dầu có chứa phụ gia đã được sử dụng khoảng 50 năm trở lại đây Trong thực tế phụ gia nổi bật nhất là chống oxy hóa và mài mòn theo một quy luật cơ bản [10]

Tuốcbin khí hầu hết không có bộ phận chuyển động nào liên quan đến quá trình cháy nên loại dầu cho Tuốcbin này không đòi hỏi gì cao cho quá trình bôi trơn Tuy nhiên chúng lại thường xuyên tiếp xúc với không khí xung quanh trong quá trình tuần hoàn do đó một phần dầu bị phá vỡ cấu trúc tạo thành những hạt sương nhỏ Do vậy trong quá trình sử dụng dầu phải có tính ổn định oxy hóa cao

để chống lại quá trình oxy hóa và tạo cặn nhựa, cặn nhựa tạo thành được bám trên thành các ổ trục hoặc đường dẫn gây khó khăn cho quá trình bôi trơn của dầu đến các ổ trục Hơn nữa dầu còn thường xuyên tiếp xúc với hơi nước do vậy chúng sẽ theo dầu vào các ổ trục gây ăn mòn thiết bị và làm giảm chất lượng của dầu Chính vì lẽ đó dầu phải có tính tách nước cao để nhanh chóng tách nước khỏi dầu

Tóm lại, yêu cầu đối với dầu tuốcbin được xác định bới chính loại tuốcbin

và điều kiện hoạt động riêng của từng loại Đối với loại dầu tuốcbin cho tuốcbin khí và hơi nước cần thiết phải đáp ứng các yêu cầu sử dụng như sau [10]:

- Bôi trơn tất cả các vòng bi (ổ bi) và bôi trơn hộp số

- Tản nhiệt

- Chống ma sát và bôi trơn hộp số bánh răng trong hệ thống tuốcbin và khi tuốcbin cuốn lên

Ngoài các yêu cầu về tính năng sử dụng, các đặc tính lý hóa của dầu tuốcbin cũng rất qua trọng:

- Sự ổn định oxy hóa trong thời gian hoạt động dài

- Tính khử nhũ ổn định (đặc biệt sử dụng các phụ gia)

- Bảo vệ chống ăn mòn ngay cả khi có hơi nước hoặc có sự ngưng tụ

- Khả năng tách nước nhanh, giải phóng nhanh không khí ra khỏi dầu đồng thời tính chống tạo bọt tốt

khả năng khử nhũ, chống tạo bọt, có độ ổn định chống oxy hóa

Các loại dầu Tuốcbin ISOVG32;46 chủ yếu có thành phần chính là từ dầu gốc rồi được trộn thêm các phụ gia để cải thiện và tăng cường tính năng sử dụng dầu nhờn Theo khảo sát hiện nay các loại dầu tuốcbin đang có mặt ở đất nước

ta thì đều đảm bảo tốt các chỉ tiêu đặt ra như yêu cầu về độ nhớt, chỉ số nhớt(VI),

độ tách nhũ, khả năng chống oxy hóa… Riêng đối với loại dầu Tuốcbin ISOVG 32;46 như hiện nay thì theo tiêu chuẩn ISO thường được sử dụng trong các Tuốcbin không có bộ truyền động do chúng có độ nhớt không cao dễ dàng tuần hoàn dầu và đặc biệt chúng có khả năng làm mát tốt hơn Đồng thời các loại dầu trong nhà máy nhiệt điện thường phải tiếp xúc với hơi nước và không khí do vậy khó tránh khỏi khả năng bị oxy hóa và lẫn nước vì vậy chỉ tiêu chống oxy hóa và tách nhũ là vô cùng cần thiết đối với các loại tuốcbin hơi như thế này ở nước ta

Và dưới đây là một vài chỉ tiêu hóa lý của các loại dầu trên đang có mặt trên thị trường nước ta:

Bảng1.1: Tính chất hóa lý một số loại dầu Tuốcbin đang sử dụng tại Việt Nam

TT Chỉ Tiêu TP-22 (Nga) TP-30 (Nga) X-32 (BP) X-46 (BP) (Shell) T-32 (Shell) T-46

1 Khối lượng riêng,

20/0 20/0 10/0

10/0 10/0 0/0

10/0 10/0 0/0

30/0 20/0 10/0

30/0 20/0 10/0

max 0,01 max 0,50

- Chỉ tiêu độ nhớt: Có mối quan hệ đặc biệt đến khả năng bơm phun và

vận chuyển của dầu Thêm vào đó độ nhớt còn xác định điều kiện khởi động của

động cơ, chịu được sự sinh nhiệt trong động cơ, trong ổ bi, trong bánh răng

Đồng thời nó cũng đánh giá khả năng làm kín của dầu cũng như mức độ tiêu hao

và thất thoát của dầu Do vậy với mỗi loại máy phải sử dụng một loại dầu thích

hợp cho những điều kiện vận hành của máy đó

- Khối lượng riêng của dầu: Có ý nghĩa đánh giá được chất lượng của dầu

và sơ bộ biết được thành phần có trong dầu gốc để pha chế ra loại dầu Tuốcbin

này Nếu dầu Tuốcbin VG-32;46 khi tiến hành xác định khác thường hay sai

khác so với các giá trị trên ta có thể thấy dầu có lẫn thành phần tạp chất lạ vào có

thể là nước hoặc dung môi lạ nào đó

- Điểm chớp cháy cốc hở: Đây là phương pháp nhằm xác định được nhiệt

độ mà tại đó dầu bắt đầu bắt lửa Có thể thấy điểm chớp cháy cốc hở cho ta một

nhiệt độ an toàn làm việc cho dầu để chống cháy nổ trong quá trình sử dụng

Đồng thời với các động cơ Tuốcbin hơi trong nhà máy nhiệt điện nếu phải tiếp

xúc ở nhiệt độ cao thì cần phải loại dầu đảm bảo cho khả năng thất thoát dầu là

thấp nhất do quá trình bay hơi khi làm việc ở nhiệt độ cao Như ta thấy hầu hết các loại dầu VG-32;46 đang có mặt trên thị trường nước ta hiện nay đều đảm bảo tốt các yêu cầu kỹ thuật đối với Tuốcbin hơi

- Chỉ số nhớt : Hay còn gọi là VI để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu theo nhiệt độ đồng thời nó cũng cho ta biết về thành phần có trong dầu gốc của dầu Tuốcbin mà ta đang sử dụng Theo như bảng phân tích ở trên đối với loại dầu có chỉ số VI cao như vậy thì thành phần chính có trong dầu chủ yếu là parafin, vì chúng ít thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ

- Điểm đông đặc: Đây là chỉ số xác định tại một nhiệt độ xác định dầu bắt đầu đông đặc Nó cho ta biết được lượng sáp có trong dầu vì chính sáp này gây

ra hiện tượng cho dầu và cũng cho ta biết hàm lượng phụ gia có trong dầu Nếu dầu có nhiệt độ đông đặc quá cao chứng tỏ thành phần sáp có trong dầu là khá lớn nó cũng gây cản trở cho quá trình lưu thông dầu trong lúc tuần hoàn bôi trơn Nói chung theo như kết quả thu được thì nhiệt độ đông đặc cũng như thành phần sáp có trong các loại dầu Tuốcbin VG-32;46 là đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật ở nước ta hiện nay

- Chỉ số axit (TAN): Là lượng kiềm KOH (tính bằng mg) cần thiết để trung hòa hết tất cả các hợp chất mang tính axit có trong 1g mẫu dầu Đối với hầu hết các dầu bôi trơn đều có trị số TAN ban đầu nhỏ và tăng dần trong quá trình sử dụng Khi TAN tăng lên sẽ đánh mất tính năng chống oxy hóa của dầu nhờn và lúc đó dầu lại bị oxy hóa làm cho TAN trong dầu tăng lên và làm giảm tuổi thọ của dầu, đây chính là một chỉ tiêu vô cùng quan trọng để xác định phẩm chất của dầu nhờn Trong hầu hết các loại dầu Tuốcbin có trên thị trường nước ta hiện nay thì chỉ tiêu này không vượt quá 0,2mgKOH/g và đó là ngưỡng quy định chung cho các dầu Tuốcbin do vậy các loại dầu mà không đạt tiêu chuẩn thì sẽ không được chấp nhận trên thị trường Đồng thời trị số TAN của dầu đã sử dụng

là một đại lượng đánh giá mức độ biến chất của dầu nhờn nếu một dầu nhờn mà ban đầu mà đạt tiêu chuẩn song qua quá trình sử dụng trị số TAN tăng một cách nhanh chóng sẽ làm giảm chất lượng của dầu Nếu TAN tăng lên thì quá trình tạo cặn hình thành, độ nhớt của dầu tăng lên ngăn cản quá trình bôi trơn Sự oxy hóa tăng lên các sản phẩm oxy hóa cũng tăng lên tạo keo bám vào thành thiết bị

và khả năng khử nhũ giải phóng bọt khí kém dẫn đến như hỏng thiết bị

- Khả năng tách nhũ: Trong hầu hết trường hợp các loại dầu bôi trơn đều lẫn nước nhất là đối với tuốcbin hơi trong nhà máy nhiệt điện chúng luôn tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ và áp suất khá cao Nếu lượng nước trong dầu không quá lớn và chúng được giữ lại trong dầu dưới dạng nhũ tương thì phần nước này

sẽ tiếp xúc với các phần bằng sắt của thiết bị mà nó cần bôi trơn và làm han gỉ các bộ phận này Hơi ẩm trong hệ thống dầu bôi trơn Tuốcbin hơi là nguyên nhân làm cho nhũ bền và tạo nên cặn bùn làm cho tắc các ống dẫn đẩy nhanh quá trình hư hỏng của ổ bạc, các chi tiết chịu ma sát Do ngưng tụ hay do nước bám vào mà dầu bôi trơn trong hệ thống tuần hoàn có lẫn nước và phần nước này cần được loại ra khỏi dầu đây cũng chính là một đặc tính vô cùng quan trọng của dầu Tuốcbin Nếu dầu có chất lượng tốt không chỉ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên

mà còn đáp ứng khả năng tách nhũ một cách tốt nhất một đòi hỏi không thể thiếu đối với dầu Tuốcbin hơi nước Hàm lượng nước cho phép trong sử dụng là nhỏ

hơn 0,1% kl

1.3 Thành phần dầu Tuốcbin

1.3.1 Đặc điểm dầu gốc pha chế dầu Tuốcbin

Trong quá trình nghiên cứu thì thấy sự có mặt của các hợp chất n-parafin với khối lượng phân tử lớn thì chúng làm giảm độ linh động của dầu nhờn hay nói cách khác là chúng làm tăng độ nhớt của dầu nhờn song nếu quá ít thì chúng cũng không tốt cho dầu không đảm bảo độ nhớt ổn định khi làm việc Do vậy trong quá trình sản xuất người ta phải tính toán sao cho việc loại thành phần n-parafin là thích hợp hay nói cách khác là việc khử sáp phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Bên cạnh đó thành phần iso-parafin là khá tốt cho dầu bôi trơn vì có độ nhớt thích hợp cùng với tính chất tải nhiệt và chịu nhiệt tốt [11] Việc loại bỏ các thành phần không mong muốn là rất cần thiết, các thành phần như Napthen và Hydrocacbon thơm nhiều vòng hoặc lai hợp giữa Hydrocacbon thơm và Napthen chúng có độ nhớt khá cao song lại có chỉ số VI rất thấp do vậy chúng không được coi là nguyên liệu cho việc sản xuất dầu bôi trơn có chất lượng cao Đồng thời các hợp chất này có xu hướng tạo nhựa mạnh làm giảm tính năng sử dụng của dầu [5,12]

Vậy chỉ có các hợp chất Hydrocacbon với cấu trúc gồm Napthen hay Hydrocacbon thơm 1 vòng có nhánh là iso-parafin dài và các iso-parafin chính là thành phần lý tưởng cho việc sản xuất dầu bôi trơn Những nguyên nhân để iso-

parafin là thành phần lý tưởng là do chúng không chỉ có độ nhớt hợp lý mà chúng còn có chỉ số VI khá cao để sản xuất dầu nhờn có chất lượng cao như dầu Tuốcbin Trong trường hợp chúng ta sản xuất dầu Tuốcbin chúng ta cần loại bỏ các thành phần có hại như n-parafin, hợp chất thơm đa vòng, các hợp chất phi Hydrocacbon… Như vậy để sản xuất dầu gốc có chất lượng cao chúng ta cần phải loại bỏ hết các thành phần này và lựa chọn dầu thô một cách kỹ càng [11]

Hơn nữa việc lựa chọn dầu gốc để pha chế dầu bôi trơn phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh chế, độ ổn định nhiệt và khả năng tương hợp với các chất phụ gia khác hoặc vật liệu mà dầu bôi trơn sẽ tiếp xúc trong quá trình sử dụng Dầu với hàm lượng izo-parafin cao và hợp chất vòng thơm thấp sẽ thích hợp hơn trong việc sử dụng để pha trộn dầu Tuốcbin vì chúng có tính ổn định oxy hóa cao hơn, có tính ổn định độ nhớt nhiệt cao Ngoài ra dầu gốc cũng cần phải có độ sạch cao, hầu như không chứa hợp chất lưu huỳnh (tối đa 0,3% kl) và hàm lượng tro không quá 0,005% kl

Mỗi loại dầu bôi trơn có cấp độ nhớt khác nhau thì đơn pha chế cũng phải khác nhau cho mỗi loại Đơn pha chế được hình thành trên cơ sở các kết quả thử nghiệm và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm sau đó được đưa ra thực nghiệm Phần nền thường kết hợp của hai hay ba loại dầu gốc khác nhau về độ nhớt để được phần nền như mong muốn Do đó để xác định được phần nền có độ nhớt như mong muốn thường dựa vào phương pháp đồ thị

Hiện nay có rất nhiều loại dầu gốc được nhập khẩu vào nước ta như dầu gốc Singapo, Trung Đông, Đài Loan, Hàn Quốc, Nhật… Tùy thuộc vào bản chất của dầu thô mà tạo thành các loại dầu gốc có tính chất lý hóa khác nhau

Để đánh giá chất lượng của dầu gốc được nhập vào nước ta dựa vào nhiều chỉ tiêu khác nhau Một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của dầu gốc đó là

sự ổn định oxy hóa của dầu gốc và đấy cũng là chỉ tiêu đánh giá chất lượng của dầu Dầu gốc có tính ổn định oxy hóa càng tốt thì càng thích hợp cho pha chế dầu Tuốcbin và các loại dầu nói chung Độ ổn định oxy hóa bị ảnh hưởng bởi bản chất của thành phần Hydrocacbon và hợp chất dị nguyên tố có trong dầu gốc, dầu mà chứa càng nhiều nguyên tố dị nguyên tố thì nhanh bị oxy hóa Đánh giá các tính chất của dầu gốc để lựa chọn được thực hiện trong phần thực nghiệm

và kết quả tiếp theo

1.3.2 Các phụ gia chức năng cho dầu Tuốcbin ISO VG-32;46

Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí là các nguyên tố thêm vào chất bôi trơn Thông thường phụ gia được dùng cho vào dầu bôi trơn có thành phần chiếm từ 0,01 đến 5% kl Tuy nhiên trong một số trường hợp phụ gia có thể được cho vào với nồng độ cao hơn nhưng đấy chỉ là một số trường hợp đặc biệt [15]

Hiện nay phần lớn các loại dầu nhờn bán trên thị trường đều có phụ gia để thỏa mãn các yêu cầu tính năng kỹ thuật của dầu bôi trơn Trong một số trường hợp phụ gia đơn lẻ được pha thẳng vào dầu gốc, trong một số trường hợp khác phụ gia lại được đóng gói (được gọi là phụ gia đóng gói- gồm nhiều phụ gia khác nhau) sau đó sẽ được pha vào dầu gốc Một số phụ gia nâng cao phẩm chất

có sẵn của dầu gốc một số khác lại tạo ra những tính chất mới cần thiết cho dầu Các loại phụ gia khác nhau có thể tương hỗ nhau hoặc đối kháng nhau Những tương tác này do hầu hết các phụ gia đều là các hóa chất hoạt động vì thế chúng

có tác dụng qua lại ngay trong phụ gia đóng gói hoặc trong dầu và tạo ra những hợp chất mới [16]

Như vậy việc tổ hợp phụ gia đòi hỏi sự khảo sát kỹ lưỡng các tác dụng tương hỗ qua lại với nhau cũng như cơ chế hoạt động của chúng Khảo sát để khắc phục những hiệu ứng không mong muốn của phụ gia và việc tổ hợp các phụ gia phải được điều chỉnh để đạt được tính năng tối ưu của phụ gia trong dầu bôi trơn

Dầu gốc ảnh hưởng đến phụ gia qua hai tính năng chính là tính năng hòa tan và tính năng tương hợp Chẳng hạn Hydrocacbon tổng hợp ít hòa tan phụ gia nhưng lại ngược lại với dầu khoáng Do vậy Hydrocacbon tổng hợp có thể pha lẫn với dầu khoáng để đạt được sự kết hợp tối ưu giữa tính hòa tan và tính tương hợp của phụ gia

Phụ gia chủ yếu được sử dụng để đảm nhiệm một chức năng nhất định, nhưng có nhiều loại phụ gia đa chức Đối với dầu tuốcbin những chức năng quan trọng của phụ gia là:

- Làm tăng độ bền oxy hóa (phụ gia ức chế oxy hóa)

- Chống tạo bọt hay còn gọi phụ gia chống tạo bọt

- Phụ gia chống gỉ với hàm lượng nhỏ

Ngoài ra còn sử dụng chất chống sự kẹt xước các bề mặt kim loại hay còn gọi là phụ gia cực áp

1.3.2.1 Phụ gia ức chế oxy hóa

Quá trình oxy hóa là một khía cạnh hóa học quan trọng của sự bôi trơn khi

mà oxy không khí có thể tác dụng với các hợp phần của dầu bôi trơn ở những điều kiện vận hành khác nhau Hầu hết các hợp phần của dầu bôi trơn đều tác dụng với oxy nhưng nhanh chậm khác nhau Các phản ứng đó đều là phản ứng không mong muốn vì chúng dẫn đến sự biến chất của dầu bôi trơn nó sinh ra những sản phẩm không tan trong dầu và tạo cặn Một số hợp chất oxy hóa là những hợp chất phân cực hoạt động ví dụ như axit làm tăng nhanh quá trình gỉ

và ăn mòn Khả năng bền oxy hóa của các hợp chất này tăng dần theo thứ tự sau [ 5]:

Hợp chất không no < hợp chất dị nguyên tố < hợp chất thơm < Napthen < parafin Cùng với các naphtol thì các dẫn xuất thế ở một, hai hay ba vị trí của phenol, các phenol có hai, ba hay nhiều nhân thơm cũng được dùng làm chất ức chế oxy hóa; trong số này thì các polyankylphenol có rất nhiều ưu điểm Một số chất điển hình là [10]:

Hiệu quả tác dụng của các chất chứa nhóm thế này đã thể hiện vai trò của mật độ điện tử và sự án ngữ không gian ở nguyên tử oxy của nhóm OH: tăng số nhóm thế ankyl và các nhóm cho điện tử ở vị trí octo và para làm tăng hiệu quả tác dụng; sự xuất hiện nhóm nhận điện tử giảm hiệu quả ức chế Các ankyl ở vị trí octo có nhánh ở vị trí α hay việc tăng số C của ankyl đến C4 ở vị trí para có tác dụng tốt Thường dùng kết hợp các dẫn xuất của phenol với các chất ức chế oxy hóa khác (như amin, disunfua, polydisunfua) vì hỗn hợp của các chất phân

2,6- di-tert-butyl phenol

2,6- di-tert-butyl-4-metylphenol

hủy peroxyt và các chất nhận gốc có tác dụng tương hỗ cho nhau do đó chỉ cần dùng với nồng độ nhỏ [3,10]

Ngoài ra còn có phụ gia 2,6-ditertbutylparacresol (đi từ paracresol với isobuten, xúc tác H2SO4) rất thích hợp cho dầu tuabin, máy biến thế và dầu thủy lực và chất này chỉ dùng ở nhiệt độ thấp do nó bị bay hơi mạnh ở nhiệt độ trên

1000C ở nhiệt độ trên 1000C, việc dùng bi- hay triphenol, este của axit ditertbutyl- 4- hydroxy- phenyl)- propionic và 2,6- ditertbutyl- 4-(dimetylaminometyl)-phenol cho hiệu quả tốt hơn Sản phẩm của phản ứng giữa ankylthiohydroquynon với butylamin cũng cho tác dụng tốt

3-(3,5-Các amin tan trong dầu như diphenylamin, phenyl-α-naphtylamin, tetrametyl diaminodiphenylmetan được dùng làm chất ức chế oxy hóa từ lâu cho dầu tuabin được tinh chế sâu Các chất ức chế chứa nitơ này đặc biệt thích hợp ở nhiệt độ dưới 1200C nhưng đôi khi có thể dùng ở nhiệt độ trên 1500C Hiệu quả của chúng phụ thuộc chủ yếu vào mức độ tinh chế dầu Một số công thức amin

p,p’-sử dụng cho dầu tuốcbin [3,10]:

bản chất của dầu thô, độ nhớt của dầu… Sự tạo bọt ảnh hưởng xấu đến tính bôi trơn của dầu nhờn, thất thoát dầu, tăng độ nhớt của dầu, ngăn cản sự lưu thông của dầu và sự tạo bọt mạnh sẽ làm tăng sự oxy hóa của dầu Độ bền bọt phụ thuộc vào độ bền của màng dầu bao quanh bọt khí Vì vậy dầu có chứa một vài chất hoạt động bề mặt như phụ gia chống oxy hóa, phụ gia tẩy rửa có khuynh hướng tạo bọt mạnh hơn so với dầu sạch [14]

Các phụ gia chống tạo bọt thường sử dụng là các silicon lỏng đặc biệt là Polymethylsiloxanes có công thức [10]:

Hiện nay phụ gia được nhập khẩu thường là các phụ gia đóng gói Các hãng dầu lớn trên thế giới đều có sản xuất phụ gia cho dầu bôi trơn, nhưng uy tín nhất hiện nay vẫn là phụ gia của hãng Lubrizol của Mỹ Lubrizol 888 (Lz 888) là phụ gia đóng gói có khả năng chống tạo bọt cho dầu bôi trơn, theo khuyến cáo của nhà sản xuất Lz 888 có hiệu lực khi bổ sung với hàm lượng từ 1 ÷ 10ppm

1.3.2.3 Phụ gia chống gỉ

Các chất chống gỉ điển hình được sử dụng cho dầu tuốcbin trong thực tế như axit succinic và các dẫn xuất Các chất này có độ ổn định trong các điều kiện bình thường Trong công nghiệp axit loại này và các dẫn xuất của chúng có một

số ứng dụng lớn như làm dung môi và chất bôi trơn phân hủy sinh học, trong kỹ thuật chất dẻo, keo, sơn tĩnh điện, chất chống ăn mòn, chổng gỉ, Trong dầu tuốcbin người ta thường bổ sung khoảng 0 ÷ 0,1% các axit này như một chất ức chế gỉ [10, [13]

Phụ gia chống gỉ được lựa chọn có tên thương mại là ADX 200 của hãng Adibis đã được đăng ký theo tiêu chuẩn của BP Chemicals (Additives) Australia

Polymetylsiloxan

Xyclic Polydimetylsiloxan

Pty Limited Phụ gia này trên cơ sở succinmide là phụ gia không tro phù hợp để

sử dụng cho dầu tuốcbin ADX 200 phân tán trong dầu mà không tạo cặn, sự pha trộn với số lượng lớn ở nhiệt độ không vượt quá 650C

PHẦN 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên liệu và hóa chất

- Dầu gốc SN 150, SN 500 của Hàn Quốc, Trung Đông, Đài Loan

- Các loại dung môi, thuốc thử, axit, kiềm

Đặc tính của các dẫn xuất kể trên như sau:

Bảng 2.1 Đặc tính các dẫn xuất của phenol

TT Đặc tính 2,6-di-tert-butyl phenol 2,6 di-tert-butyl-4-metyl phenol

- Các loại thiết bị, dụng cụ đo độ nhớt, bọt, tách nhũ, ăn mòn đồng,

- Thùng Inox hai lớp pha chế sản phẩm

2.3.2 Khảo sát tỷ lệ thành phần dầu gốc

Hai loại dầu cần pha chế có đặc tính kỹ thuật tương tự nhau chỉ khác nhau

về cấp độ nhớt Từ kết quả lựa chọn hai loại dầu gốc và dựa vào bảng biểu đồ xác định độ nhớt của hỗn hợp hai cấu tử (phụ lục 1), tiến hành pha chế thay đổi phối liệu để tạo ra các phần nền có cấp độ nhớt phù hợp với yêu cầu của hai loại dầu cần pha chế

2.4 Khảo sát các phụ gia cho dầu Tuốcbin ISOVG 32;46

2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia ức chế oxy hóa

Trong thực tế tùy thuộc nhiệt độ làm việc của dầu mà người ta sử dụng các chất chống oxy hóa cho dầu Đối với dầu tuốcbin, phụ gia chống oxy hóa thường là các phụ gia không tro như dẫn xuất của phenol, dẫn xuất của amin,

….[3,10,14,16] Tuy nhiên qua đánh giá và lựa chọn của các nhà nghiên cứu, các phụ gia thường dùng có hiệu ứng tốt là 2,6-di-tert-butyl phenol và 2,6 di-tert-butyl-4-metyl phenol Ngoài ra còn kết hợp với dẫn xuất của amin, trong đề tài này sử dụng PANA (N-phenyl-1-naphtylamin) kết hợp với 2 dẫn xuất phenol kể trên để khảo sát

Trước hết khảo sát phụ gia ức chế oxy hóa trên cơ sở hai dẫn xuất của phenol là 2,6-di-tert-butyl phenol và 2,6 di-tert-butyl-4-metyl phenol để khảo sát, tiếp đến kết hợp hai dẫn xuất này với 0,05 %kl dẫn xuất của amin là N-phenyl-1-naphthylamin Ta có các loại phụ gia ức chế oxy hóa với thành phần như sau:

Phụ gia ức chế oxy hóa (1): x %kl DBP

Phụ gia ức chế oxy hóa (2): x %kl DBMP

Phụ gia ức chế oxy hóa (3): x %kl DBP + 0,05 %kl PANA

Phụ gia ức chế oxy hóa (4): x %kl DBMP + 0,05 %kl PANA

Trong đó x = 0,5 ÷ 2,5 Lần lượt pha chế chất ức chế oxy hóa là bốn loại phụ gia trên vào hai loại dầu gốc Hàn Quốc đã lựa chọn là SN150 và hỗn hợp SN150/SN500 để khảo sát ảnh hưởng của chúng

Thực nghiệm tiến hành oxy hóa dầu theo GOST 981 bằng cách lấy mẫu dầu cần thử nghiệm, nước và dây đồng sắt làm xúc tác đựng trong ống thủy tinh

có nắp rồi đặt vào một thùng dầu có nhiệt độ 1500C Sau khoảng thời gian là 16h, kết thúc quá trình thử nghiệm Xác định trị số axit của dầu và hàm lượng cặn theo theo phương pháp thích hợp Dựa vào kết quả đó lựa chọn ra loại phụ gia ức chế oxy hóa phù hợp

2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia chống tạo bọt

Phụ gia chống tạo bọt được sử dụng là phụ gia đóng gói Lubrizol 888 có đặc tính như sau :

+ Độ nhớt động học ở 400C : 3,6 cSt

+ Tỷ trọng ở 15,60C (600F) : 0,32

Dầu được pha chế để khảo sát với thành phần như sau :

+ Phụ gia chống oxy hóa

PANA + dẫn xuất của phenol + Phụ gia chống tạo bọt: Lubrizol 888 khảo sát với hàm lượng 10÷100 ppm

Các mẫu dầu với tỷ lệ phụ gia tạo bọt khác nhau được tiến hành thử nghiệm tính năng tạo bọt theo phương pháp ASTM D892 Lấy 200 ml dầu nhờn

vào ống thử sau đó sục khí với tốc độ 100 ml/s ở các nhiệt độ 240C ; 93,50C và

240C, đo lượng bọt đạt được khi thổi khí qua 5 phút và để yên 10 phút Các kết quả được trình bày ở phần kết quả và thảo luận

2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia chống gỉ

ADX 200 trên cơ sở succinimid được sử dụng làm phụ gia chống gỉ cho dầu có đặc tính sau :

Thành phần để khảo sát dầu pha chế như sau:

PANA + 2,6-di-tert-butyl phenol + Phụ gia chống tạo bọt: Lubrizol 888

+ Phụ gia chống gỉ: ADX 200 (0÷0,1 % kl)

Dầu được pha chế với hàm lượng phụ gia chống gỉ khác nhau sau đó đem

đi đánh giá khả năng chống gỉ theo tiêu chuẩn thử nghiệm ASTM D665 sẽ được

đề cập dưới đây Kết quả được đánh giá trong phần 3 của đề tài

2.5 Lập đơn pha chế-đánh giá tính chất dầu Tuốcbin ISO VG 32,46 pha chế

2.5.1 Các bước tiến hành

Sau khi đã lựa chọn được dầu gốc, đã tìm được phối đơn pha chế giữa các loại dầu gốc vơi nhau, nhằm tìm ra một công thức pha chế dầu gốc tối ưu đạt được các tính năng sử dụng quan trọng là chỉ số axit nhỏ nhất, khả năng tạo cặn

và độ thay đổi độ nhớt là thấp nhất Từ hai loại dầu SN150, SN500 kết hợp với các phụ gia tính năng đã khảo sát, tiến hành pha chế như sau :

Hỗn hợp dầu gốc SN-150 và SN-500 được gia nhiệt trong thiết bị có máy khuấy đến nhiệt độ 60÷650C Các loại phụ gia được thêm dần theo tỷ lệ vào thùng tổ hợp dầu gốc được gia nhiệt ở 60÷650C và khuấy trộn đều Sau khi nạp xong phụ gia, hỗn hợp được duy trì nhiệt độ và khuấy trộn trong thời gian 1h với tốc độ khuấy là 100 vòng/phút Kết thúc quá trình, toàn bộ khối dầu được đưa qua thiết bị lọc trước khi tiến hành lấy mẫu phân tích các chỉ tiêu cơ bản

2.5.2 Các phương pháp đánh giá tính chất dầu pha chế được

Độ nhớt động học (giá trị xác định được) là tích của thời gian chảy đo

được và hằng số nhớt kế Thời gian chảy đo được của một thể tích chất lỏng không thay đổi dưới tác dụng của trọng lực chảy qua mao quản của nhớt kế đã hiệu chuẩn và ở nhiệt độ cho trước được kiểm soát chặt chẽ

Độ nhớt động học là chỉ tiêu quan trọng nhất đối với dầu bôi trơn nói chung và dầu tuabin nói riêng là do độ nhớt động học liên quan đến độ kín khít giữa các chi tiết máy tổn hao công do ma sát, khả năng chống mài mòn, tạo cặn,

TỔ HỢP DẦU GỐC/PHỤ GIA

LỌC

SẢN PHẨM

Nhiệt Độ: 60-650C

Nhiệt Độ: 60-650C Khuấy: 100v/p Thời gian: 30p

PHỤ GIA

KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG