Розділ 10

МАЗУТИ ТА МАСТИЛА

10.1. Мазут. Основні властивості, марки і застосування.

10.2. Класифікація й основні характеристики мастил.

Ключові слова: мазут, мастило, класифікація, в’язкість, температура застигання, присадки, маркування.

10.1. Мазут. Основні властивості, марки і застосування

Мазут є найбільш розповсюдженим видом котельно-пічного палива. Його одержують як у процесі прямої перегонки нафти, так і при крекінгу нафтопродуктів – це залишки після відгону з нафти бензину, гасу, фракцій дизельного палива. Використовується на залізничному транспорті, у хімічній промисловості як сировина й в інших галузях народного господарства, а також для забезпечення населення, дрібних комунально-побутових і сільськогосподарських підприємств.

Найважливішими характеристиками мазуту є теплота згорання, в’язкість, температура застигання, густина, температура спалаху, зольність, вміст сірки й інших домішок. Основним показником якості мазуту при його маркуванні є в’язкість, що визначає умови заповнення і зливу з ємностей, транспортування по трубопроводах, подавання в топковий простір печей й т. ін.

В’язкість мазуту залежить від температури, густини, смолистості.

Температура застигання мазуту залежить від хімічного складу сировини і способів одержання нафтопродукту. Прямогонні мазути з парафінової нафти мають температуру застигання вище 25 ºС, а крекінг-мазути – від 25 ºС до 34 ºС. При розрахунках обсягів ємностей для зберігання та транспортування палива, визначенні умов відстоювання води та осадження механічних домішок з мазуту користуються показником густини мазуту. Чим менша густина мазуту, тим легше і швидше відокремлюються від нього вода і механічні домішки. Густина мазуту коливається в межах 0,94…1,02 г/см³ і підвищується зі збільшенням в’язкості.

Температура спалаху товарних мазутів 80…90 ºС. Максимальна температура розігріву палива при подачі трубопроводами, заливанні повинна бути не менше, ніж на 10 ºС нижче температури спалаху. Зольність мазуту залежить від якості підготовки та переробки сировини і визначається вмістом солей, неорганічних домішок, присадок, а також продуктів корозії нафтової апаратури.

Вміст сірки в котельному паливі залежить від хімічного складу нафти і складає: для високосірчастих мазутів – до 3,5 %; для сірчастих – до 2,0 % і для малосірчастих – до 0,6 %. Спалювання сірчистої нафти призводить до утворення кислотних оксидів, що викликають підвищену корозію деталей котлів і апаратів і забруднюють навколишнє середовище. Особливу корозійну активність мають сірководень і елементарна сірка. Тому малосірчасті мазути застосовуються насамперед в технологічних нагрівальних установках: мартенівських печах, нагрівачах ливарних, прокатних та інших підприємств металургійної промисловості.

Маркування: нафтопереробною промисловістю виробляється кілька марок мазутів, які використовуються як паливо: флотські Ф-5 і Ф-12, топкові 40 і 100. Цифри, що входять у марки (5, 12, 40, 100), вказують на максимальну в’язкість за температури 50 ºС в одиницях умовної в’язкості. Мазути Ф-5 і Ф-12 (легке паливо) застосовуються в суднових котельних установках, 40 (середнє паливо) і 100 (важке паливо) – як масове паливо у всіх котельних і нагрівальних установках загального призначення. Мазути марок 40 і 100 за вмістом сірки поділяються на малосірчасті, сірчасті та високосірчасті. Паливо для мартенівських печей поставляється марок МП – малосірчасте та МПС – сірчасте. Газотурбінне паливо виробляється двох марок: ТГ – звичайне і ТГВК – вищої категорії якості, а паливо пічне побутове випускається марки ТПБ.

10.2. Класифікація й основні характеристики мастил

Мастильні матеріали – це речовини, які використовуються для змазування і охолодження деталей машин і механізмів, що призводить до зменшення сили тертя і вилучення зношених частинок. Крім того, мастильні матеріали захищають метал від корозії, виконують функцію робочої рідини, яка охолоджує різні частини при їх взаємодії.

Основна частина мастильних матеріалів мінерального походження отримується у результаті переробки нафти. Органічні мастила (рослинні та тваринні), хоч і мають хороші властивості щодо змазування, чутливі до дії підвищеної температури, тому застосовуються, головним чином, як добавки до мінеральних мастил.

Недоліками мастильних матеріалів (мінеральних і органічних) є те, що вони застигають при охолодженні до температури нижче -20 °С, випарюються і окислюються при нагріванні до температури вище 150…200 °С. Синтетичні мастильні матеріали, які виробляються на основі спиртів, естерів і кремнійорганічних з'єднань, мають високі експлуатаційні властивості (у тому числі і термостійкість), однак мають поки обмежене застосування, тому що вони дорожче нафтових мастил.

Мастила підрозділяються на:

- моторні, призначені для використання в карбюраторних, дизельних і авіаційних двигунах внутрішнього згорання;

- індустріальні, які застосовуються для змащення промислового устаткування, приладів, гідравлічних передач, металорізальних верстатів, сепараторів, контрольно-вимірювального обладнання й інших машин і механізмів;

- трансмісійні – для змащення агрегатів усіх видів трансмісій;

- турбінні;

- компресорні й ін.

Для поліпшення експлуатаційних властивостей у мастила вводять присадки – складні органічні або металоорганічні з'єднання. Кількість присадок залежить від призначення й умов експлуатації мастильних матеріалів і коливається від сотих часток до десятків відсотків.

Присадки поділяються на індивідуальні (при додаванні в мастило поліпшують лише якусь одну його властивість) і багатофункціональні (комплексні). За здатністю поліпшувати ті або інші властивості мастил застосовуються присадки в'язкі, депресорні, антиокисні, противозносні, антикорозійні, мийні та комплексні.

В'язкі присадки (до 3 %) підвищують в'язкість та поліпшують в'язкісно-температурні властивості мастил; депресорні (до 0,5…1,0 %) – знижують температуру застигання мастил за рахунок утворення на поверхні продукту високозастигаючої захисної вуглеводної плівки; антиокисні (до 1 %) – підвищують хімічну стабільність мастил завдяки затримці періоду утворення продуктів окислювання.

Антикорозійні присадки (десяті частки відсотка і вище) підрозділяються на дві основні групи: перша група (сірчасті та фосфорні з'єднання) утворює на поверхні металу захисні плівки, друга – нейтралізує агресивні продукти згорання палива й окислювання мастила.

Протизношувальні присадки (до 1,5…2,0 %) зменшують знос металу в результаті підвищення поверхневої пластичності, мийні (3…15 %) – зменшують інтенсивність нагаро- і шлакоутворення на деталях циліндропоршневої групи.

Комплексні (багатофункціональні) присадки, що поліпшують декілька властивостей мастил, являють собою суміші присадок різного призначення або специфічні органічні сполуки.

Основні показники експлуатаційних властивостей мастил – в'язкість, температура застигання та спалаху, ступінь окислювання, корозійна стійкість, противозносність, мийні та противопінні властивості.

Найважливішою характеристикою мастил є в'язкість, яка впливає на ефективність охолодження, легкість запуску і т.ін., тому значення в'язкості вказується в марках багатьох мастил. В'язкість залежить від температури, причому для різних видів мастил в'язкість нормується за різних температур і визначається за часом витікання випробуваного мастила в обсязі кульової ємкості через капіляр віскозиметра. З підвищенням температури в'язкість мастил знижується, однак інтенсивність зміни в'язкості від температури різна для різних видів мастил.

У стандартах на мастила в'язкісно-температурні показники оцінюють індексом в'язкості, яким називають відносну величину, що показує інтенсивність зміни в'язкості залежно від температури (порівняно з еталонним мастилом). Індекс в'язкості розраховують за формулами або знаходять за спеціальною номограмою. Для підвищення індексу в'язкості в малов'язкі мастила вводять в'язкісні присадки. Найбільше поширення одержали такі високов'язкісні полімери, як поліізобутилен, поліметакрилат і ін.

Температура застигання мастил – це температура, за якої мастило в процесі досліду застигає настільки, що при нахилі пробірки з продуктом під кутом 45° залишається рухомим протягом 1 хв. Наприклад, температура застигання моторних мастил від -20 ºС до -30 ºС, а малов'язких (трансформаторне, приладове й ін.) – від -50 ºС до -60 ºС. Для зниження температури застигання мастил застосовують різні депресорні присадки, основними з яких є продукти конденсації нафталіну, розчин алкилфенолята кальцію в мастилі, поліметакрилат та ін.

Температура спалаху мастила характеризує межі його кипіння і пожежну безпеку. Властивості мастил змінюються не тільки під дією температури, але й у присутності кисню. Здатність мастил протистояти реакціям взаємодії з киснем називається хімічною стабільністю.

Хімічна стабільність мастил з підвищенням температури значно знижується. За температури 60…70 ºС в мастилі утворюються кислі та нейтральні з'єднання і воно починає темніти. При подальшому збільшенні температури підсилюються процеси окислювання, накопичуються нерозчинні асфальтові речовини й вуглеводні речовини, а за температури близько 300 ºС поряд з окислювальними процесами відбувається термічне руйнування вуглеводів мастил. Для посилення хімічної стабільності мастил до них додають антиокисні присадки (інгібітори окислювання): феноли, аміни, диалкілдитиофосфати цинку і барію й ін.

Корозійна стійкість деталей машин багато в чому залежить від якості та хімічного складу мастил. Найбільш шкідливого корозійного впливу завдають органічні та мінеральні кислоти, що знаходяться в мастилі, вода і сірчасті з'єднання, тому їхній вміст повинен бути обмеженим.

Кислотність мастил, що характеризується кількістю міліграмів їдкого калію, для різних мастил коливається від 0,005 до 0,30 мг в 1 г мастила. Для нейтралізації продуктів неповного згорання палива і запобігання їхнього корозійного впливу на деталі двигуна моторні мастила повинні містити визначений лужний запас (лужне число) – звичайно від 2 до 10 мг.

Для зниження корозії підшипників і деталей циліндропоршневої групи в мастила додають антифрикційні присадки: сірчані та фосфатні з'єднання, алкідфеноляти лужних металів та ін.

Протизношувальні властивості мастил залежать від в'язкості, хімічного складу і чистоти. Перед застосуванням мастила варто очищати від механічних домішок відстоюванням або фільтрацією. Ефективними зносостійкими присадками є екстракти олій, ефіри й ін.

Мийні властивості характеризують здатність мастил створювати необхідну чистоту деталей, підтримуючи продукти окислювання в зваженому стані. Мийні властивості залежать від хімічного складу, способу одержання та очищення мастила і можуть бути поліпшені введенням у мастило мийних присадок: сульфанатів кальцію, барію та ін.

Противопінні присадки поліпшують експлуатаційні властивості мастил і підвищують їхню здатність виділяти повітря і гази без появи піни.

Асортимент мастильних матеріалів та їх позначення

Моторні мастила призначені для експлуатації карбюраторних і дизельних двигунів, мають єдину систему позначень і випускаються в'язкістю 6-20 мм/с (з інтервалом через 2 мм/с) за температури 100 °С. За експлуатаційними показниками вони поділяються на шість груп (А, Б, В, Г, Д і Е), у кожну з яких входять мастила з однаковою в'язкістю, що відрізняються кількістю й ефективністю введених присадок.

При маркуванні моторних мастил спочатку ставлять букву М (моторне мастило), потім цифри, що показують значення кінематичної в'язкості при 100 ºС, і букву, що характеризує рівень експлуатаційних властивостей мастил з індексами 1 або 2. Індекс 1 показує, що мастило призначене для карбюраторних двигунів, а 2 – для дизельних. У групу А входять мастила, що містять невелику кількість присадок. Вони випускаються марок М-6А, М-8А, М-10А й використовуються в малофорсорованих карбюраторних двигунах. Мастила групи Б, В й Г випускаються для карбюраторних і дизельних двигунів, а групи В й Г - крім того, зимові та літні. Разом з тим, можуть випускатися й універсальні мастила цих груп без вказівки цифрового індексу. Мастила групи Б застосовуються для малофорсованих карбюраторних і дизельних двигунів, містять до 5 % багатофункціональної присадки і випускаються марки М-6Б1, М-8Б1, М-8Б2, М-10Б2, М-12Б2 і ін. Найбільш масовими є мастила групи В, призначені для експлуатації середньофорсованих карбюраторних і дизельних двигунів, і групи Г – для високофорсованих карбюраторних і дизельних двигунів. Перші містять до 8 %, а другі до 11 % багатофункціональної присадки. Моторні мастила групи В у межах єдиної в'язкості є взаємозамінними. Промисловість випускає мастила марок М-6В1, М-8В1, М-8В2, М-10В1, М-10В2, М-12В2 і ін. Мастила групи Д містять до 18 % різних присадок і застосовуються у високофорсованих дизелях, що працюють на сірчаному паливі, а групи Е – до 22 % присадок і використовуються в тихохідних дизелях, що працюють на високосірчаному (до 3, 5 % сірки) паливі. Промисловість випускає мастила марок М-8Д, М-10Д, М-12Д та ін., а також М-12Е, М-14Е, М-16Е та ін. Мастила для авіаційних двигунів внутрішнього згорання випускаються чотирьох марок: МС-14, МС-20 (нафтові мастила селективного очищення в'язкістю 14 і 20 мм/с), МК-22 і МС-20с (мастила кислотного і фенольного очищення в'язкістю 22 і 20 мм/с).

Промислові мастила підрозділяються на мастила загального і спеціального призначення і випускаються без присадок і з присадками. Основним експлуатаційним показником мастила є в'язкість, що входить у марку. За рівнем в'язкості промислові мастила умовно поділяються на легкі (в'язкість до 10 мм/с при 50 °С), середні (від 10 до 58 мм/с при 50 °С) і важкі (від І9 до 28 мм/с за температури 100 °С).

Промислові мастила загального призначення І-5А й І-8А (без присадок) застосовуються для змащення високошвидкісних механізмів текстильних машин, шпиндельних вузлів металорізальних верстатів, вузлів тертя механізмів, швейних машин, контрольно-вимірювальних приладів і для технологічних потреб (рідин для загартування сталі, охолодження інструмента і т.ін.); мастило вазелінове приладове (МВП) - для контрольно-вимірювальної апаратури; мастило сепараторне Л (легке) і В (важке ) - для змащення підшипників сепараторів, центрифуг і іншого устаткування. Мастила промислові селективного очищення з антиокисною, протизносною і протипінною присадками ІГП-4 (гідравлічне), ІГП-6 та ІГП-8 застосовуються для змащення високошвидкісних вузлів верстатів і машин вітчизняного і закордонного виробництва, можуть використовуватися також замість олій І-5А й І-8А.

Промислові мастила І-12А, I- 20А, І-40А та І-50А застосовуються як робочі рідини гідравлічних систем, що не пред'являють особливих вимог до експлуатаційних властивостей олій, а також для змащення мало- і середньо- навантажених зубцюватих і черв'ячних передач, а мастила ІГП-18, ІГП-30, ІГП-38, ІГП-40, ІГП-72 і інш. - для гідравлічних систем металорізальних верстатів, автоматичних ліній, різних пресів і т.д. і для змащення коробок передач, середньо- і важко навантажених зубчатих передач, редукторів і т.д. Мастила циліндрові 11, 24 і 38 використовуються для змащення важко навантажених механізмів, що працюють при підвищеній температурі, поршневих парових машин різного призначення.

Трансмісійні мастила призначені для змащення редукторів, коробок швидкостей, коробок передач рульового керування й ін. Умови тертя в зубчатих передачах більш напружені (високі питомі навантаження і температури) порівняно з іншими механізмами, тому трансмісійні мастила повинні мати високі та стабільні протизношувальні та інші властивості, а також необхідну в'язкість за температури 100 ºС. Із трансмісійних мастил без присадок, призначених для промислового устаткування (редуктори, зубчаті передачі різних механізмів), застосовують нігрол, а частіше - мастило трансмісійне ТС-14, 5, що може бути використане також для тракторів і автомобілів. Однак умовам тертя зубчатих передач найкраще відповідають мастила з протизношувальними і противозадирними присадками, такі, як мастило трансмісійне тракторне ТАп - 15ФО з протизношувальною присадкою (екстракт фенольного очищення), мастило трансмісійне ТАп-15В с противозадирною присадкою й мастило ТСп-15К з багатофункціональною присадкою, які використовуються при експлуатації автомобілів. Для роботи машин і механізмів в умовах низької температури застосовуються трансмісійні мастила ТСп-10 і ТСп-1ОЕФО.

Турбінні мастила застосовуються для змащення підшипників парових і газових турбін, турбонасосів, турбокомпресорів, генераторів електричного струму й іншого енергетичного устаткування. Найбільш розповсюдженими турбінними мастилами є Тп-22, Тп-30 і Тп-46. Турбінні мастила містять комплексну присадку і мають високі експлуатаційні властивості.

Компресорні мастила (К-12, К-19, КС-19 і ін.) призначені для змащення деталей компресорів (циліндр, клапан і ін.) і герметизації камер стиску і використовуються в умовах високих температур і тисків. Компресорні мастила повинні мати високу термоокислюючу і корозійну стійкість, хороші в’язкісно-температурні показники.

Питання для самоконтролю

1. Що таке котельно-пічне паливо?

2. Що таке мастильні матеріали?

3. Визначте основні властивості мастил?

4. Класифікація мастильних матеріалів?

5. Охарактеризуйте асортимент, призначення та маркування мастильних матеріалів.

6. Визначте шляхи раціонального використання нафтопродуктів.

7. Як класифікують мастила?

8. Які основні показники експлуатаційних властивостей мастил?

9. Які присадки додають до мастил?

10. Яке призначення компресорних мастил?