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

Bộ Công thơng
Tổng Công ty HOá chất Việt nam
Công ty CP Phát triển phụ gia và sản phẩm dầu mỏ




B O CO TNG KT TI CP B
NGHIấN CU CễNG NGH SN XUT
CHT LNG THU LC CHNG CHY PHC V
CHO CC THIT B CễNG NGHIP




CH NHIM TI
(H tờn, ch ký)






H Ni, ngy 31thỏng 12 nm 2008
TH TRNG C QUAN CH TRè TI
(H tờn, ch ký, úng du)

7153
06/3/2009

Hà nội tháng 12 năm 2008

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





B ÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ
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)






Hµ néi – 2008
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
3.1. Thành phần chất lỏng thuỷ lực chống cháy 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


1
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 chố
ng 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 dạ
ng: 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 n
ước-
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 lự
c, 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 sả
n xuất chất lỏng thủy lực chống cháy HFC.
2
I. TỔNG QUAN
I.1. Một số khái niệm
I.1.1. Chất lỏng thủy lực
[
1,3,5,7
]

Dầu thuỷ lực hay còn gọi là chất lỏng thủy lực được sử dụng trong các hệ thống
thuỷ lực. Tác dụng của hệ thống này là truyền và làm điều hoà năng lượng hoặc lực
thông qua việc sử dụng dầu nằm trong hệ thống kín. Dầu này hoạt động trong điều

kiện động và có áp.Các thiết bị truyền động thuỷ lực được sử d
ụng cho nhiều mục đích
khác nhau ở đó cần khuyếch đại lực hoặc ở đó các cơ cấu điều khiển phải được đảm
bảo hoạt động chính xác và tin cậy. Các cải tiến liên quan với quá trình tự động hoá đã
mở rộng đáng kể phạm vi sử dụng của các thiết bị thủy lực.
Thiết bị thủy lực điể
n 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 đườ
ng 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.
3
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 d
ầu 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.
Ch
ấtlỏng thủylực quay lại quá tr
ình
Mô tơ
Đ
ầura


Thùng đựng
Đầu vào
Bơm
Chuyển hóa thủy Cơ năng chuyển hóa thành thủy
4
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 hợ
p. 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
Ký hiệu của chất
lỏng
Đặc tính của chất lỏng
HH
HL

HM
HR
HV
HG

HS
HFAE

HFAS

HFB

Dầu khoáng tinh chế không chứa các chất ức chế
Dầu khoáng tinh chế không chứa các chất ức chế gỉ và chống
oxy hoá
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
Dung dịch ch
ống cháy của polyme trong nước chứa tối thiểu
35% khối lượng nước
5
HFC

HFDR
HFDS
HFDT
Chất lỏng tổng hợp chống cháy trên cơ sở este của axit
photphoric
Chất lỏng tổng hợp chống cháy trên cơ sở các clohydrocacbon
Chất lỏng tổng hợp chống cháy trên cơ sở hỗn hợp của HFDR
và HFDS

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:
1- Các sản phẩm gốc dầu khoáng
2- Các dầu tổng hợp
3- Các sản phẩm tạo nh
ũ tương

4- Các chất lỏng gốc nước
I.1.3. Tính chất
[
1,2,3,4,5
]

Bảng 1.2 liệt kê các phương pháp thử nghiệm được sử dụng phổ biến nhất để
đánh giá các đặc điểm của các chất lỏng thuỷ lực.
Bên cạnh những tính chất điển hình đối với các chất bôi trơn lỏng 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 các ch
ất lỏng thuỷ lực là:
• 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;

6
Bảng 1.2. Các phương pháp thử nghiệm ASTM chủ yếu đối với chất lỏng thủy lực
Tính chất Phương pháp thử nghiệm
Trị số axit
Đặc tính tạo nhũ
Nhiệt độ chớp cháy
Đặc tính tạo bọt
Độ bền thuỷ phân
Khả năng bôi trơn
- Đánh giá mài mòn trên bơm thuỷ lực
- Đánh giá mài mòn trên máy bốn bi

Chống oxy hoá
Nhiệt độ đông đặc
Tính chất chống gỉ- chống ăn mòn
Tỷ trọng
Độ nhớt
Chỉ số độ nhớt
Hàm lượng nước
ASTM D-974
ASTM D-1401
ASTM D-92
ASTM D- 892
ASTM D- 2619

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 hợ
p của chất lỏng không Newton.
I.1.4. Lựa chọn
[

1,6,9
]

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 thu
ỷ 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
xuất thiết bị.
7
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 d
ụng 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 nướ

c 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.
I.2.1. Thành phần
[
4,6,8,10
]

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 40
0
C), 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 60
0
C.
Thành phần nguyên liệu và tính năng cơ bản của chất lỏng thuỷ lực HFC được
cho trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Chức năng cơ bản của các thành phần trong chất lỏng HFC
TT Thành phần Chức năng Tỷ lệ (% kh.l)
1
Chất làm đặc Bền trượt cắt và bôi trơn 15-20
2 Glycol:
- MEG
- DEG
- PG
Dung môi và hạ điểm đông 35-40
3
Phụ gia chống mài mòn,
chống ăn mòn

Cải thiện tính bôi trơn và
ngăn ngừa ăn mòn kim loại
5-10
4 Phụ gia chống tạo bọt Thoát khí, ngừa bọt Dưới 0,5
5
Nước cất Chống cháy, nổ 35-50
8

Chất làm đặc:
Đặc tính yêu cầu đối với các chất làm đặc cho chất lỏng thuỷ lực HFC được quy
định bao gồm:
• Ổn định trượt cắt cao;
• Bôi trơn thuỷ động tốt;
• Độc tính thấp;
• Chống cháy tốt;
• 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
Tính chất đặc trưng Chất làm đặc HV20 Chất làm đặc HV40
Độ nhớt động học, cSt
- ở 40
0
C
- ở 100
0

C

19.500
2.400

45.000
6.500
Tỷ trọng ở 20
0
C, g/cm
3
1,0908 1,0905
Nhiệt độ chớp cháy (COC),
0
C 240 240
Độ tan trong nước ở 20
0
C Tan hoàn toàn Tan hoàn toàn
Điểm sương (dung dịch nước 1%),
0
C 78 76

Dung môi:
9
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.
Phụ gia tính năng:
Để cải thiện tính bôi trơn và chống ăn mòn kim loại trong hệ thống thuỷ lực

cũng như
phòng chống xâm thực bơm thuỷ lực do bọt khí trong chất lỏng thuỷ lực gây
ra, các phụ gia tính năng được bổ sung như phụ gia chống mài mòn, phụ gia chống ăn
mòn kim loại, phụ gia chống oxy hoá, phụ gia chống tạo bọt …
Trên thực tế tổ hợp các phụ gia tính năng với tỷ lệ các thành phần tối ưu đã
được nghiên cứu và thử nghiệm được cung cấp dưới dạng phụ
gia đóng gói và được
chỉ định dùng cho các chất nền cụ thể.
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.
I.2.2. Ăn mòn kim loại trong chất lỏng thủy lực HFC
[
3,4,5,6
]

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 ứ
c 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.
10
II. THỰC NGHIỆM
2.1. Thành phần chất lỏng thủy lực HFC
Thành phần chất lỏng thủy lực chống cháy được xác định dựa vào các phép thử
tính năng cũng như các phương pháp phân tích hóa lý.
Thành phần của chất lỏng thủy lực nghiên cứu được xác định nhờ việc xác lập
mối tương quan giữa các tính chất hóa lý như trị số axit, tính mài mòn trên bơm thuỷ
lực, mài mòn trên máy bốn bi, chố
ng oxy hoá, nhiệt độ đông đặc, tính chất chống gỉ-
chống ăn mòn, độ nhớt, chỉ số độ nhớt của chất lỏng thủy lực thử nghiệm với các yếu
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:
• Khả năng chịu nén;
• Tính tương thích với các vật liệu làm kín;
• Khả
năng tách khí và chống tạo bọt;
• Khả năng qua lọc;
• Độ ổn định trượt;
2.1.1.2. Xác định các tiêu chuẩn, phương pháp phân tích kiểm tra và đánh giá chất
lượng sản phẩm

Tính chất hóa lý của chất lỏng thủy lực chống cháy được xác định bởi các
phương pháp phân tích hóa lý cho trong bảng 1.5.
11
Bảng 1.5. Các phương pháp phân tích hóa lý chất lỏng thủy lực HFC
TT Tính chất Phương pháp thử nghiệm
1
Độ nhớt ASTM D445
2
Chỉ số độ nhớt ASTM D2270
3
Tỷ trọng ASTM D1401
4
Nhiệt độ đông đặc ASTM D97
5
Chống oxy hoá ASTM D943
6
Hàm lượng nước ASTM D1744
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
8
Tính chống gỉ, chống ăn mòn ASTM D665

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

Tính chất Giá trị cho phép
Nhiệt độ tự kích nổ,
0
C > 500
Khả năng phân huỷ sinh học Trung bình
Đặc tính bôi trơn Tốt
Nhiệt độ làm việc -20 – +65
Chống ăn mòn Đạt
Yêu cầu vật liệu làm kín đặc biệt -
Tương thích với vật liệu làm kín Đạt
Tấn công kim loại Không
12
Truyền nhiệt Tốt
pH 7,5 – 11,5
Hàm lượng nước, % Min.35
Đặc tính kiểm tra pH, Độ nhớt, Kiềm dư

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 c
ứu cho trong bảng 2.1.1.
Bảng 2.1.1. Các loại mẫu chất lỏng thủy lực để nghiên cứu
STT MẫuTên gọi Ghi chú
1 M1.0
Chất lỏng HFC không phụ gia
chống ăn mòn
Đối chứng

2 M1.1
Chất lỏng HFC với phu gia chống
ăn mòn A
(1)
Mẫu thử
nghiệm
3
Chất lỏng thủy lực chống
cháy HFC
M1.2
Chất lỏng HFC với phụ gia chống
ăn mòn B
(2)
Mẫu thử
nghiệm
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 kiể
m tra kỹ tính thấy
13
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 đượ
c 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 mặ
t 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…
14

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
15
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
25
0
C.
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
16
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-E
cor
⎥ = 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 củ
a 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 hiệ
n 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 phươ
ng 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 E
0
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
]

17
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 tr
ước 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.
2.3.4. Các bước tiến hành
Các mẫu được nhúng trong chất lỏng thủy lực HFC và đo điện thế mạch hở E
0

trong thời gian 30 phút, sau đó đo dòng ăn mòn i
corr
và tổng trở điện hoá.
Tiếp theo, các thông số trên được đo theo thời gian ngâm mẫu: 1, 3, 5 và 10
ngày. Sau 15 ngày ngâm, mẫu được lấy ra và chụp ảnh bề mặt.
Đối với các mẫu phá huỷ, được chụp ảnh bề mặt ngay sau khi đo, rửa và sấy
khô.
18
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 tỷ lệ các thành phần chất lỏng thuỷ lực chống cháy.
Các thành phần chính trong chất lỏng thuỷ lực chống cháy bao gồm:
− Glycol;
− Nước;
− Chất làm đặc.

Xác định hợp chất Glycol sử dụng trong chất lỏng thủ
y lực chống cháy:
Các kết quả phân tích các chỉ tiêu hoá lý của các hợp chất Glycol được cho
trong bảng ….
Bảng 3.1. Các chỉ tiêu hóa lý của các hợp chất glycol
Tính chất Ethylene
glycol
Diethylene
glycol
Triethylene
glycol
Tetraethylene
glycol
Phân tử lượng 62,07 106,12 150,17 194,23
Tỷ trọng, 20/20°C 1,1155 1,1185 1,1255 1,1247
Nhiệt độ sôi, °C 197,6 245,8 288 Phân hủy
Độ nhớt ở 20°C, mPas 20,9 36 49 61,9
Ẩn nhiệt hóa hơi, kj/mol.C 52,24 52,26 61,04 62,63
Nhiệt độ chớp cháy,
0
C 116 138 172 191
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.
Xác định tỷ lệ thành phần dietylen glycol/nước theo các tính chất hoá lý của
hỗn hợp:
19
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 (-65
0
F) 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 c
ủa HFC (ASTM D2882)
Hàm lượng nước, %
30 35 40 44.4
Tốc độ mài mòn, mg/h
0 0.05 0.25 1
20

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 l
ỏng
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
Độ nhớt động học, cSt
% PAG trong hỗn hợp 55%
Glycol/45%nước
-18
0
C 37,8
0
C 54,4
0
C 100
0
C
0 25,0 2,6 1,74 0,79
5 86,9 7,0 4,53 1,93
10 223,0 16,5 10,06 3,66
20 1007,0 60,0 35,30 13,90
30 3730,0 170,0 98,90 34,90
40 - - 236,20 79,10
50 - - 498,70 158,80
21
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
0
100
200
300
400
500

Ðô nhõt, cSt
% PAG
37.8oC
54.4oC
100oC

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 hưở
ng 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
Độ kiềm dư, ml
50 100 150 200
Tốc độ mài mòn tương đối
12000 1000 1500 6000