防冻液中污染物检测方案(润滑油检测仪)

发动机油的主要污染物及其来源 乙二醇/防冻液污染 Spectro ScientificConfidence in knowing发动机油的污染监控斯派超科技(北京)有限公司China.sales@spectrosci.com010-67857242 目录 概述 二.防冻液污染 三.燃油稀释及烟食污染 四.固体颗粒(机杂)及油泥污染污染 污染物 主要来源 固体污染 可去除一过滤 固体颗粒(机械杂质) 零部件磨损产生的磨粒，外界灰尘污染等 纤维 主要是滤芯破损产生。外界污染或者换油维护过程 中产生的污染 漆状物、絮状物、油泥等 油液老化、氧化发生聚合反应的生成物 不可去除 烟炱 燃油雾化无完全、燃烧不充分产生微小碳颗粒 液体污染 燃油 燃油雾化无完全、燃烧不充份的燃油通过活塞环与 缸壁之间的间隙，窜入到机油箱中 乙二醇 防冻液污染 慧除 水分 冷凝水或溶解水，燃烧室中的水蒸气进入机油箱 owing 乙二醇污染是发动机油液监测最重要的内容之一，是发动机最常见的问题，能极大的改变润滑油的性能。 8.6% 据一家大型专业重载发动机商业实验室统计(10万台发动机)，一年内8.6%重型发动机出现乙二醇故障。 一项独立的针对长货运卡车的调查发现，1.1万台发动机中有1.5%存在严重的冷却液污染，另有16%存在一定程度的冷却液污染。 53% 据柴油发动机OEM厂家统计，53%严重发动机失效是由于防冻液泄漏引起的。 根据machinerylubrication.com网站投票显示， 62% 62%发动机维修工程师在发动机维护过程中受乙 二醇困扰 发动机冷却系统：包括水泵、冷却液、散热器、管路、温度调节器、机体与气缸套水腔、汽缸盖睡到、进排气冷却水腔等组成，保证发动机的燃烧室组件、润滑系统、进排气系统正常、可靠运行。 防冻液配方：乙二醇与水按50/50比列配置，有机金属和有机添加剂(磷酸盐、硼酸钠、钼酸盐、硅酸钠，奎二酸钾，硝酸钠) 常见故障：腐蚀、穴蚀、结垢、裂纹等故障 防冻液受地域和水质的影响 -日本不使用硅酸盐，而使用大量磷酸盐 -欧洲使用硅酸盐，苯甲酸盐，硼酸盐，硝酸盐和亚硝酸盐 -美国使用硅酸盐、磷酸盐和大量有机抑制剂 乙二醇/防冻液如何进入机油 发动机怠速运行是防冻液泄漏的高发时段 发动机在怠速运行时，防冻液系统的压力大于润滑系统的压力，汽缸盖的密封圈容易凹陷或移动，|防冻液缓慢进入发动机油中，并伴随温度升高。 m活塞壁生产过程中存在的、或者工作过程中差生的裂纹及微小孔洞(腐蚀、气蚀、磨损等) 活塞与气缸存在一定间隙，必然会出现活塞横向摆动，从而对缸套产生撞击，几种力综合作用，使缸套产生振动。当缸套局部发生强烈振动时，振动能量的一部分就通过固液相界面，以压力波的形式传播到缸套外部的冷却液液中。冷却液自身如含有微小杂质，杂质上依附着许多小气核。当压力波强度足够时，局部产生负压，形成气泡。气泡在溃灭中引起液体微射流，产生数百个大气压的压力和上千度的高温。这种局部能量能使气缸壁的氧化保护膜出现小洞和凹坑。 还包括： 密封圈破损、失效 Figure 1. Schematic of Cylinder Liner Cavitation Corrosion -吹头垫片破损失效 防冻液污染会同时遭受水和乙二醇的侵袭，因此危害更大。研究表明，乙二醇污染对设备异常磨损的影响力为水污染的10倍。 m不像水、固体颗粒，乙二醇污染可以在很短的时间内造成设备失效。 m乙二醇不溶于矿物油，再加上发动机的高温环境，因此乙二醇和防冻液的添加剂会形成各种混合物，造成各种失效： 表1-1某船队常用柴油机气缸套 轻12V180 重 12V180 重 12V180 最大转速 (r/min) 1850 1500 1500 功率(Kw) 120 1000 300 缸套厚度 (mm) 6 8 6 大修期 (h) 1000 2000 2400 穴蚀速度(mm/1000h) 2~4 3~5 3~5 缸套报废率(/1000h) 40~60% 80~100% 70~80% 乙二醇/防冻液危害 开形成酸性物质，造成腐蚀性磨损 乙二醇氧化后生成大量酸性物质，使滑油的总碱值迅速下降。在正常运行的情况下，乙二醇氧化生成有机酸，像乙醇酸、草酸、甲酸、碳酸和其他类型有机酸； 这些酸性物质在润滑油中会损坏轴承和其他摩擦表面； -破坏滑动轴承的铅/锡的保护层； -加速不锈钢和铁表面生锈； -青铜和黄铜失去光泽 -研究发现，即使很少的防冻液渗漏到发动机/压缩机中，，七也会严重腐蚀不锈钢和铜表面 温度每升高8℃，反应速率加倍。 乙二醇/防冻液危害 液压卡紧 防冻液会腐蚀气缸壁，造成气缸壁穿孔，在发动机怠速运行的时候，防冻液就通过这些小孔进入气缸中的燃烧室，发动机启动的时候，因为防冻液没有收缩性会引起液压卡紧，防冻液无处可去，轴承、活塞环或者连杆都有可能发生失效，严重会出现拉缸、保证等故障。 Figure 2. Cylinder Wall CavitationErosionReprinted Courtesy of Caterpillar Inc. 乙二醇/防冻液危害 开形成油球(oil balls)，造成疲劳磨损和润滑油失效 防冻液和油中添加剂形成小圆球叫油球(oil balls )，虽然很小，只有5-40um，但是却会引起大问题。乙二醇会与清净添加剂中的硫酸钙起反应，生成硬质磨粒，对设备造成严重的二次磨损 这些球会腐蚀机械表面，经常发生在缸套内壁，切削和凿敲内壁，，E能产生各种形式表面疲劳失效。 会产生大量可过滤固体，康明斯发动机试验表面，2%的防冻液泄漏会产生77克可溶固体。 Though very small， oil ballscan cause big problems. ■降低润滑油分散性能，，阻塞滤芯 极少量(最高0.4%)的乙二醇污染变化使润滑油迅速老化，产生烟食、油泥的老化产物，并会影响润滑油的流动性及阻塞滤芯。 据Fleetguard报告“75%滤芯堵塞是由于曲轴箱中防冻液或者水分引起的”这个过程中如果还存在烟食污染，就会产生连锁反应：失去抗磨特性，在阀盖表面、环形槽、活塞头形成油泥和沉淀，如果系统没有经过冲洗换油，油和滤芯换掉几分钟后，滤芯又会被堵塞。 -乙二醇、冷却液添加剂和润滑油添加剂反应生成酸和沉淀； -生成的不溶物堵塞过滤器； -水和酸协同作用，破坏烟炱的分散性，生成更多油泥和不溶物，进一步堵塞过滤器； -即使将油和过滤器换掉，仍然有15%的旧油保留(在油盘或者在发动机表面)，新油(含有清洁剂和分散剂)将留下的烟臭和油泥带到过滤器，继续阻塞过滤器(即使防冻液泄漏已经停止) 润滑油氧化，，粘度升高 -因为防冻液粘度比机油大，防冻液泄漏导致润滑油整体粘度增高。 -乙二醇和它的反应产物会加速基础油氧化。 -乙二醇会与润滑油的添加剂其反应，使润滑油迅速老化。 -三者协同作用，粘度显著增高，重载荷发动机油尤为明显。高粘度会降低润滑油的流动性，导致润滑油不能为摩擦表面提供足够润滑。 -卡特彼勒报告中说：在液压系统和传动系统，防冻液污染经常表现为氧化升高 It is reported to be the No. 1 cause of premature filter failure in a dieselengine and overall poor lubrication 乙二醇/冷却液污染的检测方法 检测方法 检测内容 优势Vs 劣势 红外光谱分析 (IR) 红外吸收光谱分析法 应用最为广泛，辅以专用检测算法，结果 准确，检测速度快 元素分析 冷去液中添加元素检测 简单、快速，但是是间接方法，润滑油中 的添加元素和磨损元素会干扰结果 气相色谱法 气象色谱分析原理 检测精确，检测过程相对复杂，只能在实验室进行。 斑片分析法 将1-2滴油滴在特定滤纸上，一定温度湿度下干燥后，观察油斑的颜色与直径。 Wavenumbers (CM') Figure 6. Infrared Spectrum ShowingGlycol at 1070-1030 (cm') TIME Figure 7. Gas Chromatogram forDetermining Water and Glycol in Used Oil 红外法一斯派超Q1000发动机油检测内容 单位 范围 烟食，Soot %wt 0-5 水份，Water ppm 100-50，000 总碱值，TBN mgKOH/g 0-50 氧化，Oxidation abs/mm2 n/a 硝化，Nitration abs/mm2 n/a 硫化，Sulfation abs/mm2 n/a 抗磨添加剂 AW Additive % 3-150 冷却液，Glycol %vol 0.2-10 18/17/14 元素分析一斯派超Q100油料光谱仪 m 斯派超科技根据多年的油料光谱仪研发、生产和客户需求，开发出多个Q100检测程序，润滑油、燃料油、防冻液、工业废水。 对于发动机用户，可以通过润滑油程序，检测润滑油中防冻液中添加剂元素的增长情况，查看防冻液的泄漏问题。 也可可过防冻液程序，检测防冻液的质量，，1以及防冻液腐蚀、结垢情况。 Spectroil X 警戒值太高，不能避免防冻液造成的污染 机油对乙二醇是零容忍，但是考虑到背景噪声等情况： -乙二醇含量超过200ppm要写在报告中； -高于400ppm需要注意； -高于1000ppm属于紧急情况； 假阳性：润滑油中可能存在干扰因素，使结果产生假阳性，随着时间推移，这种干扰物质会消失，症状表现为乙二醇含量先为阳性，然后为阴性； 假阳性：：可能润滑油中存在的化学物质干扰检测，，上比如IR结果为阳性，，但是相应的防冻液添加剂元素没有发生变化； 假阴性：：乙二醇有可能发生反应，因此检测不到乙二醇，出现假阴性，，同理，也可以参考添加剂元素含量变化。 简单的换油和滤芯不能消减防冻液污染造成的损害，低于5%防冻液污染可以用下面的方法去除： -排干设备所有油路中的润滑油； -更换新的滤芯 ISO VG 32 R&O 矿物油和丁基溶纤剂50/50混合； -使用缓和溶剂冲洗，温度不低于21℃，外接泵冲洗1小时； -排干整个系统，擦干曲轴箱，替换过滤器， -重复清洗过程，溶剂换为ISO VG 32 R&O 矿物油和丁基溶纤剂60/40混合； -检测所有的主轴承、滑动轴承和其他发动机表面； -移走外界泵，系统充满正确油样，换掉过滤器； -仔细监控发动机，防止异常行为出现。 腐蚀：汽车冷却系统多使用铝制合金、铸铁等金属材质，发动机冷去也在高温、含氧和一定压力下循环使用，，会对汽车冷却管道产生腐蚀，毁坏橡胶件，蚀穿金属板而渗漏，直接关系汽车冷却系统的使用寿命。 锈蚀：锈蚀是由于冷却系统内的氧化造成的，热量和湿气会加速锈蚀。锈蚀产生的残余物会阻塞冷却系统，加速磨损和降低热传导的效率。 结垢和沉淀：冷却液中的水含有的杂质，如金属离子、无机盐等会出现结垢和沉淀，阻塞冷却水管道，，降低冷却系统的导热，严重甚至会发生爆炸。 斯派超科技公司的全套解决方案 固体颗粒 纤维 漆状物、絮状物等 燃油稀释 烟食 乙二醇 水分 实验室用仪器 Q100 元素分析 通过检测冷却液中的添加剂 Q200 颗粒自动成像分析污染程度及污染物来源 Q300 粘度下降 便携式 现场检 测仪器 Q1000 通过监测润滑油的老化程度预防油泥产生 斯派超科技专利技术红外光谱定 量分析 Q3050 粘度下降 Q6000 燃油嗅探 SootMeter 红外光谱 Q5800 元素分析 滤膜铁谱 通过监测润滑油的老化程度预防油泥产生 粘度下降 斯派超科技专利技术红外光谱定量分析 长期以来，业内对发动机油的监测内容局限于磨损监测，仍属于被动预防和预知性维护的范畴。 从检测形式上讲，仍以通过到中心实验室及第三方实验室送检为主，周期比较长。 大部分重型柴油机的润滑油寿命仅为200-500小时，油液现场监测才是最佳解决方案。 m从设备维护管理的理念发展来看，主动预防理念被广泛提倡和应用。针对发动机油而言，主动预防是指通过监控油液的污染程度和老化程度，设定油液的污染度控制目标和老化控制目标，最大限度提高设备的可靠性。 发动机油的污染无来源与其他润滑设备相比更加复杂。而且，污染物(特别是上述液体污染物)的存在会使设备的磨损趋势成指数趋势上升。 上述污染物及污染形势并不是独立存在的，而是相互影响、共生的。 重型发动机的维护、维修成本变得越来越高，提高发动机的可靠性，降低发动机的故障率和维护、维修成本是个大发动机生产制造商和终端用户迫切需要解决的问题。 当然，发动机油的污染度控制目标要和设备的磨损监测结合使用。 010-67857242北京市经济技术开发区荣华南路19号500室 C Spectro Scientific CCONFIDENTIAL Spectro ScientificConfidence in knowingO Spectro ScientificC CONFIDENTIAL