Nghiên cứu công nghệ sản xuất chất lỏng thuỷ lực chống cháy phục vụ cho các thiết bị công nghiệp

Chính vì vậy, yêu cầu kỹ thuật đối với các chất lỏng bôi trơn và truyền động như chất lỏng thuỷ lực trong các hệ thống thuỷ lực làm việc trong môi trường dễ bắt cháy cũng phải được tuân

Bé C«ng th−¬ng Tæng C«ng ty HO¸ chÊt ViÖt nam

C«ng ty CP Ph¸t triÓn phô gia vµ s¶n phÈm dÇu má

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẤT LỎNG THUỶ LỰC CHỐNG CHÁY PHỤC VỤ

CHO CÁC THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

(Họ tên, chữ ký)

Hà Nội, ngày 31tháng 12 năm 2008

THỦ TRƯỞNG CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI

(Họ tên, chữ ký, đóng dấu)

7153

06/3/2009

Bé c«ng th−¬ng Tæng C«ng ty HO¸ chÊt ViÖt nam

C«ng ty CP Ph¸t triÓn phô gia vµ s¶n phÈm dÇu má

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

CHẤT LỎNG THUỶ LỰC CHỐNG CHÁY PHỤC VỤ

CHO CÁC THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP

Chủ nhiệm đề tài : ThS PHAN TRỌNG HIẾU

Cơ quan chủ quản: CÔNG TY CP PHÁT TRIỂN PHỤ GIA

VÀ SẢN PHẨM DẦU MỎ (APP)

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I TỔNG QUAN 2

I 1 Một số khái niệm 2

I.1.1 Chất lỏng thuỷ lực 2

I.1.2 Phân loại 4

I.1.3 Tính chất 5

I.1.4 Lựa chọn 6

I 2 Chất lỏng thuỷ lực chống cháy 7

I.2.1 Thành phần 7

I.2.2 Ăn mòn kim loại trong chất lỏng thuỷ lực HFC 9

II THỰC NGHIỆM 10

2.1 Thành phần chất lỏng thuỷ lực HFC 10

2.1 1 Các phương pháp phân tích hoá lý 10

2 2 Tính chất chống ăn mòn của chất lỏng HFC 12

2.2.1 Mẫu chất lỏng thuỷ lực và dung dịch đo 12

2.2.2 Mẫu kim loại 13

2.3 Phương pháp và thiết bị 15

2.3.1 Phân tích thành phần kim loại 15

2.3.2 Phương pháp và thiết bị điện hoá 15

2 3 3 Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét và thiết bị 16

2.3.4 Các bước tiến hành 17

III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18

A NGHIÊN CỨU CHẤT LỎNG THUỶ LỰC HFC 18

3.2 Tính chất hoá lý của chất lỏng thuỷ lực chống cháy 23

3.2.1 Áp suất hơi 25

3.2.2 Độ nhớt .26

3.2.3 Độ ổn định độ nhớt 28

3.2.4 Ức chế ăn mòn pha hơi 30

3.2.5 Khả năng tương thích vật liệu .33

3.2.6 Các phép thử tính năng 35

3.2.7 Ăn mòn kim loại 35

B CÔNG THỨC ĐIỀU CHẾ CHẤT LỎNG THUỶ LỰC HFC 57

C XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẤT LỎNG HFC 58

IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

Ngày nay, tính an toàn cháy nổ cho các quá trình sản xuất được đặt lên hàng đầu Chính vì vậy, yêu cầu kỹ thuật đối với các chất lỏng bôi trơn và truyền động như chất lỏng thuỷ lực trong các hệ thống thuỷ lực làm việc trong môi trường dễ bắt cháy cũng phải được tuân thủ rất nghiêm ngặt và thay vì chất lỏng thuỷ lực gốc khoáng như truyền thống các chất lỏng thuỷ lực chống cháy được sử dụng

Trên thế giới, chất lỏng thuỷ lực chống cháy được sử dụng phổ biến Tuỳ thuộc vào phạm vi ứng dụng và yêu cầu kỹ thuật, các chất lỏng thuỷ lực chống cháy đặc thù được sử dụng Về cơ bản chất lỏng thuỷ lực chống cháy được sử dụng chủ yếu ở một

số dạng: HFA, HFB, HFC, HFD

Ở nước ta, trong những năm gần đây chất lỏng thuỷ lực chống cháy đã được ứng dụng tuy còn hạn chế về chủng loại Loại chất lỏng thuỷ lực chống cháy được áp dụng với số lượng lớn là HFAE hay còn gọi là nhũ tương dầu trong nước sử dụng cho cột chống lò trong khai thác mỏ HFC là loại chất lỏng thủy lực chống cháy gốc nước-glycol được dùng chủ yếu cho các ứng dụng công nghiệp như đúc áp lực, gia công ép đùn, rèn, hàn tự động, cán thép và các hệ thống lò nung… Về tính năng, HFC thỏa mãn tất các yêu cầu kỹ thuật như dầu khoáng thủy lực Tuy nhiên, do trong thành phần

có nước dung để độ an toàn cháy nổ, các chất lỏng HFC có nguy cơ gây ăn mòn các vật liệu kim loại trong hệ thống thủy lực cao Vì vậy, ngoài các tính năng như dầu khoáng thủy lực, các chất lỏng HFC cần phải có tính chống ăn mòn kim loại tốt để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru không bị nhiễm tạp chất do rỉ và các sản phẩm ăn mòn sinh ra trong quá trình vận hành

Mục tiêu của đề tài là:

• Nghiên cứu chất lỏng thuỷ lực chống cháy HFC đạt tiêu chuẩn

• Nghiên cứu phụ gia chống ăn mòn kim loại cho các chất lỏng HFC

• Xây dựng quy trình sản xuất chất lỏng thủy lực chống cháy HFC

mở rộng đáng kể phạm vi sử dụng của các thiết bị thủy lực

Thiết bị thủy lực điển hình là một hệ thống tuần hoàn gồm:

1- Bể chứa dầu thủy lực;

2- Bơm để chuyển đổi cơ năng thành dòng chảy của chất lỏng; xét về mặt bôi trơn, bơm là bộ phận có nguy cơ bị hư hỏng nhiều nhất trong hệ thống thủy lực Thường được sử dụng là các bơm cánh gạt, bơm bánh răng và bơm pittong;

3- Hệ thống đường ống để dẫn dầu từ bộ phận này sang bộ phận khác;

4- Các cơ cấu kiểm soát dòng chảy của chất lỏng Chúng gồm các van điều áp suất, van điều hướng và van tiết lưu;

5- Một bộ dẫn động để chuyển đổi dòng chẩy của chất lỏng thành cơ năng để sử dụng vào mục đích mong muốn

Sơ đồ đơn giản của hệ thống thủy lực được thể hiện trên hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ đơn giản của hệ thống thủy lực

Trong khi bơm chuyển đổi cơ năng thành thủy năng thì bộ dẫn động thủy lực chuyển đổi thuỷ năng thành cơ năng

Thành phần cuối cùng của hệ thống thuỷ lực là dầu thuỷ lực – đó là môi trường truyền năng lượng Mặc dù dầu dùng cho hệ thống thuỷ lực cũng có chức năng làm giảm ma sát và chống mài mòn cho các chi tiết ma sát, đặc biệt cho các chi tiết của bơm, trong thực tế chúng vẫn thường được gọi là chất lỏng thuỷ lực chứ không phải là dầu thuỷ lực

Các chất lỏng này là một trong những nhóm dầu công nghiệp quan trọng nhất đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt trong các máy công cụ, cơ cấu tải v.v Chất lỏng thuỷ lực cũng được sử dụng trong các phương tiện vận tải đường bộ

và đường thuỷ, máy bay cũng như các hệ thống phanh

Chất lỏng thủy lực quay lại quá trình

I.1.2 Phân loại[1,4,8]

Do có sự khác nhau lớn giữa các hệ thống thuỷ lực , do điều kiện môi trường hoạt động khác nhau, đôi khi ở những nhiệt độ rất khắc nghiệt, nên nhóm chất lỏng thuỷ lực bao gồm một số rất lớn các sản phẩm mà tính chất của chúng khác nhau một cách đáng kể Tình trạng này cũng giống như trường hợp các dầu bánh răng và dầu động cơ, đòi hỏi phải phân loại các chất lỏng thuỷ lực Phân loại ISO 67434 (bảng 1.1 ) phân chia chất lỏng thuỷ lực theo loại.theo cách phân loại này thành phần hoá học của các dầu được thể hiện một cách rõ ràng từ các dầu khoáng chưng cất trực tiếp đến các sản phẩm có phụ gia (gồm tất cả các phụ gia quan trọng nhất), từ các chất tạo nhũ tương đến dầu tổng hợp Phân loại trên cũng chú ý đến cả một số tính chất quan trọng của các sản phẩm này

Bảng 1.1 Phân loại các chất lỏng thủy lực theo tiêu chuẩn ISO 6743/4

Kiểu HL có tính chất chống mài mòn được cải thiện hơn Kiểu HL có chỉ số độ nhớt được cải thiện hơn

Kiểu HMcó chỉ số độ nhớt được cải thiện hơn Kiểu HM có tính chất chống mài mòn, đảm bảo chuyển động không trượt- nhảy

Chất lỏng tổng hợp không có tính chất chống cháy đặc biệt Nhũ tương chống cháy của dầu trong nước có chứa tối đa 20% trọng lượng các chất có thể cháy được

Dung dịch chống cháy của hoá chất pha trong nước chứa tối thiểu 80% nước

Nhũ tương chống cháy của nước trong dầu chứa tối thiểu 35% khối lượng nước

Do tính đa dạng trong việc sử dụng các hệ thống thuỷ lực và do số chức năng

mà chất lỏng thuỷ lực phải đảm nhiệm, trên thị trường hiện có rất nhiều sản phẩm khác nhau Thông thường chất lỏng thuỷ lực được chia thành bốn loại chính:

• Khả năng chịu nén - để truyền lực có kết quả chất lỏng thuỷ lực phải thật

sự không bị nén;

• Tương thích với các vật liệu làm kín;

• Khả năng tách khí và chống tạo bọt – các đặc điểm này có liên quan tới khả năng chống ảnh hưởng mòn xói và tránh làm tăng độ nén của chất lỏng;

Bảng 1.2 Các phương pháp thử nghiệm ASTM chủ yếu đối với chất lỏng thủy lực Tính chất Phương pháp thử nghiệm

Khả năng bôi trơn

- Đánh giá mài mòn trên bơm thuỷ lực

- Đánh giá mài mòn trên máy bốn bi

ASTM D – 2882 ASTM D – 2266 ASTM D- 943 ASTM D- 97 ASTM D-665 ASTM D-1298 ASTM D-445 ASTM D-2270 ASTM D-1744

• Khả năng qua lọc – tính chất này liên quan tới một đòi hỏi cực kỳ quan trọng đối với các chất lỏng thuỷ lực, đó là độ sạch của chúng; các chất lỏng thuỷ lực chất lượng cao phải tuyệt đối loại được các chất bẩn, đặc biệt khi chúng có chứa cả các sản phẩm của quá trình mài mòn;

• Độ ổn định trượt trong trường hợp của chất lỏng không Newton

Việc lựa chọn dầu thuỷ lực và một số tính chất được đòi hỏi một cách đặc biệt căn cứ trên điều kiện hoạt động của hệ thống thuỷ lực.Tuy nhiên người ta đã chỉ ra rằng phải sử dụng các chất lỏng thuỷ lực không có độc tính và có khả năng chống biến chất sinh học tốt cho các hệ thống thuỷ lực bị rò chẩy để tránh gây ô nhiễm môi trường Chất lỏng được chọn cần hội tụ đủ các đặc tính thích hợp như tiêu chuẩn kĩ thuật quy định Ngoài ra, chất lỏng cũng phải đáp ứng tất cả các yêu cầu của nhà sản

Trước khi nạp vào bất cứ bộ phận nào của thiết bị cần nghiên cứu và hiểu thấu

các tiêu chuẩn kỹ thuật và mọi hướng dẫn sử dụng có liên quan Chất lỏng và thiết bị

cần được chuẩn bị và lau chùi kĩ trước khi nạp chất lỏng Khi nạp phải tuân thủ đúng

hướng dẫn đêr giữ cho thiết bị sạch sẽ Cần sử dụng loại phim lọc thích hợp để hạn chế

tối đa lượng tạp bẩn Sau mỗi lần nạp cân thực hiện đầy đủ các yêu cầu về bảo dưỡng

và kiểm tra trong suốt thời gian sử dụng chất lỏng và thiết bị

I.2 Chất lỏng thủy lực chống cháy[4,5,6,8,9]

Chất lỏng thuỷ lực HFC thuộc loại chất lỏng thuỷ lực gốc nước hay chính xác

hơn là hỗn hợp của Glycol và nước Trong thành phần của HFC, ngoài hỗn hợp

Glycol-nước, còn có các chất làm đặc (thường là các polyme PE-PO tan trong nước)

và các phụ gia tính năng như chất ức chế gỉ, chống ăn mòn, chống oxy hoá, chống mài

mòn và chống tạo bọt

Để đảm bảo chức năng chống cháy, hàm lượng nước trong sản phẩm tối thiểu là

35% khối lượng Các chất làm đặc PE-PO thường có trọng lượng phân tử nằm trong

khoảng 20.000 đến 40.000 được sử dụng cho chất lỏng HFC

Hiện tại, các chất lỏng thuỷ lực HFC đang được sử dụng phổ biến có cấp độ

nhớt 46 (theo phân loại ISO: 41,4-50,6 cSt ở 400C), nhưng cũng có thể được lập công

thức riêng để thoả mãn bất kỳ phân loại độ nhớt nào Nhiệt độ làm việc của chất lỏng

HFC thường được quy định trong khoảng -20 đến 600C

Thành phần nguyên liệu và tính năng cơ bản của chất lỏng thuỷ lực HFC được

• Tương thích với vật liệu làm kín;

• Hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao;

• Độ dẫn nhiệt tốt;

• Tính chất nhiệt nhớt tốt;

Với các yêu cầu kỹ thuật đối với chất làm đặc cho chất lỏng thuỷ lực HFC đã

nêu, chất làm được lựa chọn sử dụng là các hợp chất polyoxyalkylen có các tính chất

đặc trưng được cho trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Tính chất đặc trưng của các chất làm đặc cho HFC

45.000 6.500

Độ tan trong nước ở 200C Tan hoàn toàn Tan hoàn toàn

Dung môi hay chính xác hơn là chất nền cho chất lỏng HFC thường được sử dụng là các hợp chất Glycol như Mono Etylen Glycol (MEG),, Di Etylen Glycol (DEG), Propylen Glycol (PG), … Các hợp chất này có tác dụng hạ điểm đông, hạn chế

sự bay hơi nước nhằm ổn định độ nhớt cho chất lỏng HFC trong quá trình làm việc

Nước cất:

Nước cất là thành phần cơ bản làm nhiệm vụ chống cháy cho chất lỏng thuỷ lực HFC Để đảm bảo tính năng chống cháy của HFC, hàm lượng nước không được nhỏ hơn 35%, đồng thời cũng không nên quá cao vì sẽ gây mất mát do bay hơi trong quá trình sử dụng và làm cho độ nhớt của chất lỏng làm việc thay đổi nhiều

Các chất lỏng thủy lực HFC có chứa nước, một tác nhân gây ăn mòn đối với các vật liệu kim loại và hợp kim có mặt trong hệ thống Các sản phẩm ăn mòn tạo ra trong hệ thống thủy lực gây phá hủy hệ thống, khiến hệ thống làm việc kém hiệu quả hoặc thậm chí gây nguy hiểm cho người vận hành Vì vậy, trong thành phần chất lỏng thủy lực phải có chất ức chế ăn mòn kim loại Ngoài các tính năng chung đối với một chất lỏng thủy lực thường phải có, chất lỏng thủy lực chống cháy HFC tốt phải có khả năng chống rỉ, chống ăn mòn kim loại tốt trong suốt quá trình làm việc Khả năng bảo

vệ kim loại trong hệ thống thủy lực của HFC phải hiệu quả cả trong pha lỏng lẫn pha hơi (mặt thoáng)

Nghiên cứu chất ức chế ăn mòn cho các chất lỏng thủy lực chống cháy HFC là một trong những nội dung quan trọng để có thể thu được sản phẩm chất lượng

tố ban đầu: nhiệt độ, áp suất, hàm lượng glycol, nước, chất làm đặc, các phụ gia tính năng …

2.1.1 Các phương pháp phân tích hóa lý[4-12]

2.1.1.1 Xác lập các tính chất hoá lý, các tính năng của sản phẩm

Bên cạnh những tính chất điển hình đối với các chất lỏng bôi trơn như độ nhớt, chỉ số độ nhớt, các tính chất tribo và chống ăn mòn cũng như tính chống oxy hoá, các tính chất đặc trưng của chất lỏng HFC là:

Bảng 1.5 Các phương pháp phân tích hóa lý chất lỏng thủy lực HFC

7 Khả năng bôi trơn:

- Đánh giá mài mòn trên bơm thuỷ lực

- Đánh giá mài mòn trên máy 4 bi

ASTM D2282 ASTM D2266

Các tính chất đặc trưng của chất lỏng thuỷ lực chống cháy HFC được xác định

bởi các phương pháp và giá trị giới hạn cho phép trong bảng 1.6

Bảng 1.6 Các tiêu chuẩn phân tích đối với chất lỏng thủy lực HFC

Yêu cầu vật liệu làm kín đặc biệt -

Truyền nhiệt Tốt

2.2 Tính chất chống ăn mòn của chất lỏng HFC

Tính chất chống ăn mòn của chất lỏng thủy lực chống cháy HFC được khảo sát

nhờ các phương pháp khối lượng ASTM D665 và các phương pháp điện hóa

2.2.1 Mẫu chất lỏng thủy lực và dung dịch đo

2.2.1.1 Mẫu chất lỏng thủy lực

Các mẫu chất lỏng thủy lực được lựa chọn nghiên cứu cho trong bảng 2.1.1

Bảng 2.1.1 Các loại mẫu chất lỏng thủy lực để nghiên cứu

Ghi chú: (1) - Phụ gia chống ăn mòn kim loại A là muối Ammoni của axit

carboxylic có nồng độ trong chất lỏng HFC là 5% khối lượng

(2) - Phụ gia chống ăn mòn kim loại B là muối Ammoni của axit carboxylic có nồng độ trong chất lỏng HFC là 7% khối lượng

2.2.1.2 Chuẩn bị dung dịch đo

Dung dịch sử dụng trong các phép đo điện hoá được chuẩn bị như sau:

Mẫu chất lỏng thủy lực được chuẩn bị kỹ lưỡng theo quy trình pha chế chất

lỏng thủy lực chống cháy HFC Các mẫu dung dịch đo được kiểm tra kỹ tính thấy

đồng nhất và trong suốt Sau đó, các mẫu được để ổn định trong vòng 30phút được sử dụng làm dung dịch đo điện hoá, ngâm mẫu

2.2.2 Mẫu kim loại

2.2.2.1 Thành phần các mẫu kim loại

Thép CT3, hàm lượng cacbon thấp, có thành phần: 99.2351%Fe, 0.0675%C, 0.1172%Si, 0.4193%Mn

Gang là vật liệu dùng chế tạo thân máy, sơmi xilanh

Hợp kim đồng thau (brass), thành phần: 61.4348%Cu, 38.4139%Zn, 0.0426%Pb, 0.0192%Sn

2.2.2.2 Chế tạo điện cực

Điện cực làm việc được chế tạo từ ba kim loại thông dụng thép CT3, gang đúc

và đồng thau Sau khi cắt tạo hình, mài thô điều chỉnh kích thước và ba via, các mẫu được gắn tiếp xúc điện, kiểm tra độ tiếp xúc, sau đó được cố định trong nhựa epoxy và định hình diện tích bề mặt

Điện cực được mài thô, sau đó mài tinh bằng các loại giấy nhám 400, 800, 1200

và 1500, rồi rửa sạch và bảo quản trong môi trường an toàn không bị xâm thực

Bề mặt điện cực được kiểm tra và chụp ảnh bằng hiển vi điện tử quét (SEM) trước khi đo

2.2.2.3 Ảnh SEM bề mặt

Kết quả chụp ảnh SEM hình thái bề mặt điện cực sau mài bóng được giới thiệu trong hình 2.2.1 cho thấy: Bề mặt các điện cực đồng đều, độ mịn cao, không có vết xước, nứt, ăn mòn…

Mẫu thép độ phóng đại x200 Mẫu thép độ phóng đại x2000

Mẫu gang độ phóng đại x200 Mẫu gang độ phóng đại x2000

Mẫu đồng độ phóng đại x200 Mẫu đồng độ phóng đại x2000

Hình 2.2.1 Ảnh SEM bề mặt điện cực trước khi thử nghiệm

2.3 Phương pháp và thiết bị

2.3.1 Phân tích thành phần kim loại[2,3,4]

Mẫu kim loại được phân tích thành phần bằng phương pháp quang phổ phát xạ trên máy Metal-Lab 75-80J của Italy

2.3.2 Phương pháp và thiết bị điện hoá[4,6,8,12]

2.3.2.1 Thiết bị

Các phép đo điện hoá được thực hiện trên hệ Autolab PGSTAT 30 sử dụng phần mềm GPES 4.9 và FRA 4.9, nhiệt độ phòng có điều hoà không khí, duy trì ở

250C

Điện cực so sánh dùng Calomem bão hoà, điện cực so sánh được nối với bình

đo bằng cầu thuỷ tinh chứa chất lỏng thủy lực HFC

Điện cực đối dùng lưới platin có diện tích lớn gấp nhiều lần so với điện cực làm việc

2.3.2.2 Đo thế mạch hở E 0

Như đã giới thiệu trong phần tổng quan, điện thế mạch hở có ý nghĩa quan trọng về mặt nhiệt động học Nếu biết được điện thế mạch hở, có thể xác định được chiều hướng xảy ra phản ứng điện cực, khả năng điện cực bị ăn mòn Để đo điện thế mạch hở của điện cực, bắt buộc phải có điện cực so sánh Hệ đo có thể là 2 hoặc hệ 3 điện cực tuỳ theo loại thiết bị có kết cấu mặc định từ trước

Theo sơ đồ đo của máy Autolab, hệ đo được thiết kế chung cho các phép đo điện hoá thông dụng, gồm 3 điện cực Máy tự động đọc điện thế của mẫu 2 lần /giây

và ghi lại trong đĩa cứng Sau 1800 giây có 3601 số liệu (kể cả số liệu tại thời điểm ban đầu 0 giây Đồ thị được vẽ theo chương trình origin, đường liền + ký hiệu Do số điểm nhiều nên các ký hiệu bị trùng lên nhau, do đó trên đồ thị chỉ thể hiện một số điểm có ký hiệu, cứ 200 điểm ẩn lại có 1 điểm được ký hiệu nhìn thấy được

2.3.2.3 Đo dòng ăn mòn i corr - phương pháp đo phân cực tuyến tính

Theo định luật Tafel, có thể xác định đuợc dòng ăn mòn bằng phân cực tuyến tính trong khoảng điện thế gần với điện thế ăn mòn (phần 1), với ∆E <20mV

Dòng ăn mòn được xác định bằng phương pháp điện trở phân cực với khoảng điện thế ∆E = ⎜E-Ecor⎥ = 10mV và tốc độ quét v = 0,5mV/s, thực hiện theo thời gian

1, 3, 5, 10 ngày ngâm mẫu

2.3.2.4 Phương pháp tổng trở điện hoá

Hệ phản ứng điện hoá được coi như tương đương với một mạch điện thông thường gồm điện trở, điện dung, và trong một số trường hợp có cả cuộn cảm ứng Khi

đó có thể xác định được trở kháng tổng thể của hệ điện hoá, tượng tự như đối với mạch điện thông thường, bằng cách áp lên hệ điện thế xoay chiều tần số f biên độ ∆V và đo dòng phản hồi ∆I (∆V và ∆I là những véc tơ có chiều và độ lớn xác định) Tổng trở điện hoá sẽ là

Z = Zr + j.Zi = ∆V/ ∆I

Các phép đo tổng trở điện hoá được thực hiện tại điện thế ăn mòn Eo với biên

độ ∆E=5mV, khoảng tần số 1M-10mHz

2.3.2.5 Phương pháp phân cực anôt

Các phương pháp điện hoá nêu trên (điện thế mạch hở, điện trở phân cực và tổng trở điện hoá) có ưu điểm là không phá huỷ mẫu, có thể theo dõi liên tục theo thời gian Tuy nhiên, không thể sử dụng khi nghiên cứu ăn mòn điểm Trong các nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp phân cực anôt để nghiên cứu quá trình hoà tan và thụ động anôt

Các mẫu được mài bóng, đo phân cực cv anôt, 2 chu kì, tốc độ quét 10mV/s, trong khoảng thế phân cực từ E0 đến 1V sau đó được quan sát bằng hiển vi điện tử quét (SEM)

2.3.3 Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét và thiết bị[3-7]

Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét cho ảnh với độ phóng đại lớn, có thể tới hàng chục nghìn lần, là phương pháp rất hữu hiệu để quan sát hình thái bề mặt điện cực trước và sau khi thử nghiệm, quan sát các sản phẩm ăn mòn hình thành trên bề mặt điện cực

Mẫu điện cực được chụp ảnh hiển vi điện tử quét trước và sau khi phân cực anốt để đánh giá ăn mòn cục bộ trên máy hiển vi điện tử quét Jeol 5300 – Nhật bản – Viện Kỹ thuật Nhiệt đới

III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

A NGHIÊN CỨU CHẤT LỎNG THỦY LỰC HFC

3.1 Thành phần chất lỏng thủy lực chống cháy

Thành phần chất lỏng thủy lực chống cháy HFC được xác định dựa trên cơ sở

lý thuyết và kết quả của các tiêu chuẩn thử nghiệm quy định Các tiêu chuẩn được

dùng để tiến hành nghiên cứu thành phần chất lỏng HFC bao gồm:

- Các phương pháp phân tích hóa lý

- Phương pháp thử nghiệm mài mòn bơm (ASTM D2882)

- Các phương pháp nghiên cứu tính ăn mòn của chất lỏng đối với các kim loại trong hệ thống

Xác định hợp chất Glycol sử dụng trong chất lỏng thủy lực chống cháy:

Các kết quả phân tích các chỉ tiêu hoá lý của các hợp chất Glycol được cho

Triethylene glycol

Tetraethylene glycol

Từ các số liệu này, có thể nhận thấy hợp chất Dietylen Glycol phù hợp nhất khi

dung trong chất lỏng thuỷ lực chống cháy vì có các chỉ tiêu hóa lý phù hợp Hơn nữa,

diethylene glycol lại sẵn có, giá rẻ, và đặc biệt là không độc hại như các hợp chất

glycol còn lại

Tính linh động ở nhiệt độ thấp:

Tác dụng hạ điểm đông của hỗn hợp nước-glycol được cho trong hình 3.1 Có thể nhận thấy điểm đông thấp nhất của hỗn hợp (-650F) thu được tại thành phần dung dịch có tỷ lệ theo thể tích glycol/nước là 67%/33%

Khả năng chịu mài mòn, mài mòn:

Tính chất chống mài mòn của hệ chất lỏng nước-glycol được quyết định bởi phụ gia chống mài mòn và hàm lượng nước, phụ gia ức chế ăn mòn

Kết quả phân tích độ mài mòn bơm thủy lực theo phép thử tính năng ASTM D2882 của các chất lỏng thủy lực glycol/nước có hàm lượng nước thay đổi được được cho trong bảng 3.2

Bảng 3.2 Kết quả phân tích độ mài mòn của HFC (ASTM D2882)

Hình 3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng nước tới độ mài mòn

Hình 3.2 cho thấy hàm lượng nước vượt quá 40 % dẫn đến sự giảm tính năng

mài mòn bơm Chiều dày màng lỏng giảm nhanh khi hàm lượng nước tăng, hệ quả là

làm tăng mài mòn bơm Mặt khác, hàm lượng nước cần phải lớn hơn 35 % cần thiết để

tạo nên sự an toàn cháy nổ Như vậy hàm lượng nước thích hợp trong hệ chất lỏng

thủy lực nước-glycol nằm trong khoảng 35– 40 %

Xác định chất làm đặc sử dụng trong hệ chất lỏng thủy lực nước-glycol

Chất làm đặc sử dụng nhằm cải thiện chiều dày màng bôi trơn và chỉ số độ nhớt

được khảo sát ở đây là các dẫn suất poly(alkylen glycol) (PAG) có chứa 75% etylen

oxit và 25 % propylen oxit Độ nhớt của chất lỏng thủy lực nước-glycol được làm đặc

bằng PAG được cho trong bảng 3.3

Bảng 3.3 Độ nhớt của chất lỏng thủy lực chống cháy dùng PAG

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0

100 200 300 400 500

Hình 3.3 Sự phụ thuộc của độ nhớt vào hàm lượng PAG và nhiệt độ

Từ đồ thị hình 3.3, có thể thấy độ nhớt động học tăng theo nồng độ chất làm đặc PAG, đồng thời giảm khi nhiệt độ tăng

Phụ gia chống ăn mòn kim loại

Chất lỏng thủy lực nước-glycol có chứa nước nên cần có phụ gia chống ăn mòn Chất ức chế ăn mòn được sử dụng trong hệ chất lỏng này là hệ phụ gia chứa các hợp chất amin Nồng độ amin trong hỗn hợp chất lỏng được biểu hiện bởi độ kiềm dư của chất lỏng thủy lực

Kết quả phân tích ảnh hưởng của hàm lượng amin lên chỉ số mài mòn bơm thủy lực (ASTM D2882) được cho trong bảng 3.4 và được biểu diễn bằng đồ thị trong hình 3.4

Bảng 3.4 Kết quả phân tích chỉ số mài mòn theo độ kiềm dư

Tốc độ mài mòn tương đối 12000 1000 1500 6000

Hình 3.4 Ảnh hưởng của độ kiềm dư lên độ mài mòn

Từ đồ thị biểu diễn trong hình 3.4, có thể nhận thấy khi độ kiềm dư nhỏ hơn 50

hoặc lớn hơn 200 của chất lỏng thủy lực chống cháy, khả năng mài mòn bơm tăng

mạnh Khoảng giá trị kiềm dư thích hợp nhất là 100-160, tốc độ mài mòn nhỏ

Từ các kết quả phân tích hóa lý và tính năng cơ bản (ASTM D2882) của chất

lỏng thủy lực chống cháy ở trên, có thể sơ bộ rút ra thành phần chính của chất lỏng

thủy lực chống cháy như sau:

Thành phần Tỷ lệ (% kh.l)

DietylenGlycol 35-50 Nước cất 35-40

Phụ gia chống tạo bọt Dưới 0,5

3.2 Xác định tính chất hóa lý của chất lỏng thủy lực chống cháy

Chất lỏng thủy lực chống cháy với các thành phần cơ bản được xác định qua các kết quả nghiên cứu trên được tiến hành khảo sát các tính chất hoá lý sau:

• Chống cháy nổ;

• Độ nhớt động học;

• Khả năng chống oxi hóa và chống tạo cặn;

• Tính chống mài mòn, chịu mài mòn;

• Tính chống rỉ và chống ăn mòn;

• Tính chống tạo bọt;

• Khả năng tương thích với các vật liệu gioăng, phớt;

• Ảnh hưởng tới các vật liệu sơn phủ

So sánh tương quan chất lượng chất lỏng thủy lực chống cháy nước-glycol với các chất lỏng thủy lực khác được cho trong bảng 3.5 So sánh chi tiết hơn chất lỏng thủy lực nước-glycol với dầu thủy lực gốc khoáng được cho trong bảng 3.6 Sự phụ thuộc các tính chất này vào nhiệt độ và áp suất được cho trong bảng 3.7 và 3.8

Bảng 3.5 Tính chất vật lý của các chất lỏng thủy lực khác nhau

Tính chất Dầu khoáng có

PG chống mài mòn

glycol

Nước-Nhũ nước/dầu

Este photphat

Chống tạo bọt Rất tốt Tốt Rất tốt Tốt

Sơn chịu dầu Có Không Có Không

Khí hòa tan ở 200C/1030mbar,

Tỷ trọng (lbs/ft 3 )

Nhiệt dung riêng (BTU/lb)

Độ dẫn nhiệt (BTU/ft.F)

Áp suất hơi (psia)

Bảng 3.8 Sự phụ thuộc tính chất vật lý của chất lỏng thủy lực nươc-glycol vào áp suất

Từ các kết quả phân tích các tính chất vật lý của chất lỏng thuỷ lực chống cháy

nghiên cứu so sánh với các chất lỏng thuỷ lực khác, có thể nhận thấy

Nghiên cứu các tính chất đặc trưng của chất lỏng thuỷ lực chống cháy HFC

3.2.1 Áp suất hơi

Kết quả đo áp suất hơi của chất lỏng thuỷ lực HFC ở các nhiệt độ chất lỏng

khác nhau được cho trong bảng 3.9

Bảng 3.9 Áp suất hơi của chất lỏng thủy lực chống chay HFC

Kết quả đo áp suất hơi ở các nhiệt độ khác nhau được biểu diễn bằng đồ thi trong hình 3.5 Từ đồ thị này, có thể thấy khi nhiệt độ chất lỏng tăng trên 65 0C, áp suất hơi của chất lỏng thủy lực nươc-glycol tăng nhanh Do đó, để hạn chế sự mất nước do bay hơi, cần duy trì nhiệt độ làm việc của chất lỏng thủy lực nước-glycol không vượt quá 65 0C

3.2.2 Độ nhớt

Độ nhớt của chất lỏng thủy lực không chỉ là thông số quan trọng đối với hoạt động của hệ thống thủy lực, mà còn ảnh hưởng tới cả tính bôi trơn Do đó, cần tạo ra được chất lỏng thủy lực có độ nhớt biến đổi rất ít theo nhiệt độ làm việc

Hình 3.6 biểu diễn các chất lỏng thủy lực nươc-glycol biểu thị sự thay đổi không đáng kể về độ nhớt theo nhiệt độ so với dầu thủy lực gốc khoáng và các loại dầu thủy lực khác

Hình 3.7 biểu thị sự biến đổi độ nhớt theo nhiệt độ của các chất lỏng thủy lực nươc-glycol có cấp độ nhớt khác nhau

Hình 3.8 Sự phụ thuộc của độ nhớt vào hàm lượng nước

Độ nhớt của chất lỏng thủy lực nước-glycol phụ thuộc vào hàm lượng nước được cho trong hình 3.8 Rõ ràng nếu lượng nước quá nhiều, độ nhớt của chất lỏng thủy lực giảm dẫn tới hậu quả không chỉ đáp ứng thủy lực kém mà tính bôi trơn cũng giảm do không đủ chiều dày màng tại điểm tiếp xúc mài mòn (hình 3.2 và 3.3) Sự mất mát nước do bay hơi dẫn đến độ nhớt quá cao và nguy cơ cháy nổ khi hàm lượng nước nhỏ hơn 30-35 %

3.2.3 Độ ổn định độ nhớt

Chất làm đặc PAG dùng cho chất lỏng thủy lực nước-glycol tạo nên thuộc tính chất lỏng Nuiton là tính chất không chịu mất mát độ nhớt đáng kể do trượt cắt trong sử dụng; do đó, độ nhớt của chất lỏng không phụ thuộc vào tốc độ trượt cắt

Thuộc tính chất lỏng Niuton của chất lỏng thủy lực nươc-glycol trong môi trường trượt cắt thường gặp trong bơm thủy lực được xác định khi sử dụng nhớt kế mao quản trượt cắt cao Kết quả thu được như trong hình 3.9 cho thấy chất lỏng thủy lực với chất làm đặc PAG không chịu bất kỳ thuộc tính làm mỏng do trượt cắt nào dẫn đến rò rỉ và mất hiệu quả bơm tương ứng

Phân hủy trượt cắt cơ học

Tốc độ trượt cắt là tỷ số giữa vận tốc chất lỏng và khe hở Tốc độ trượt cắt cao

có thể bắt gặp ở rất nhiều vị trí trong bơm thủy lực, như các van giảm áp và các bộ phận ổ đỡ trục cuốn Các trường trượt cắt rất cao, 106 s-1, được ước tính trong bơm thủy lực

Chất lỏng thủy lực có thể không chỉ phải chịu mất mát độ nhớt khi chịu tốc độ trượt cắt cao do thuộc tính phi Niuton, mà phân tử chất làm đặc còn bị phân hủy dẫn đến sự mất độ nhớt vĩnh viễn như trong hình 3.10

Kết quả đo độ bền trượt cắt của chất lỏng thủy lực gốc nước-glycol được làm