Очистка масла промышленного (индустриального)

30% от общего количества масел, вырабатываемых из нефти и используемых для смазывания различных рабочих механизмов промышленного оборудования (станков, редукторов, лебедок и т.д.) - это индустриальные масла. Выделяют 3 группы промышленных (индустриальных) масел:

Легкие масла
Используются для текстильных машин, сепараторов и металлорежущих станков, то есть для малонагруженных механизмов с достаточно большим числом оборотов вращения;

• Средние масла (по-другому машинные или веретенные)
  Используются для смазки механизмов, редукторов, станков и вентиляторов;
• Тяжелые масла
  Используемые для смазки высоконагруженных механизмов, к которым относится оборудование и передачи прокатного, прессового и кузнечного станов.

Индустриальные масла (общего применения) идут на смазку узлов и компонентов оборудования. Для гидравлических систем станков, прессов или автоматических линий используются дистиллятные масла. Также может применяться их смесь с остаточным маслом, получаемым из сернистых и малосернистых нефтей в результате селективной очистки или из малосернистых нефтей после кислотно-щелочной очистки. Промышленные масла подвергаются загрязнению механическими примесями в процессе эксплуатации оборудования, при ненадлежащем хранении и неправильной транспортировке. Особенно сильно масло загрязняется при некачественной промывке маслосистемы после завершения монтажа или ремонта, а также при заправке или сливе маслосистемы в случае отсутствия маслозаправочных станций.

Наиболее распространенным видом загрязнения индустриального масла считаются: механические примеси, образующиеся в результате трения смазываемых рабочих поверхностей, сконденсированная влага, различные металлические частички, а также частички пластмасс и резин от уплотнений. По мере эксплуатации оборудования в маслах накапливаются продукты окисления (на углеводородной основе) в растворенном или коллоидном виде, которые приводят к изменению физико-химических показателей индустриального масла. Поэтому для продления срока работы самих масел, смазываемых ими компонентов и механизмов оборудования необходимо удалять продукты загрязнений из масел, то есть очищать их с помощью фильтрующих устройств и линий всевозможного конструктивного исполнения и оформления.

В случае сильного изменения основных характеристик масла, таких как вязкость, температура вспышки, плотность, кислотное число и цвет, масла лучше подвергнуть регенерации, заключающейся в удалении из них продуктов «старения» с помощью углубленной очистки. Углубленная очистка является в свою очередь одним из самых доступных способов очистки индустриальных масел и заключается в термическом удалении влаги, извлечении с помощью сорбентов загрязнений, последующем отстаивании масла, его фильтровании или центрифугировании. После углубленной очистки индустриальное масло должно соответствовать всем требованиям, предъявляемым к промышленным маслам общего назначения.

Коммерческая стоимость индустриальных масел и так довольно велика, к тому же часто приходится за утилизацию отработанных промышленных масел платить больше средств, чем за покупку новых. Нормы законодательных документов по охране окружающей среды становятся с каждым годом все более жесткими, из-за чего оказывается невыгодным использование отработанных масел или масел с коротким сроком действия. Это объясняет желание предприятий поддерживать свои масла как можно дольше в рабочем состоянии.

В общем случае проведение процессов очистки и регенерации промышленного масла призвано обеспечить следующие преимущества:

• снизить расходы и себестоимость готового продукта;
• понизить износ оборудования и продлить срок работы масла;
• увеличить производительность оборудования в целом;
• сохранить смазочные характеристики масел на требуемом уровне;
• понизить нагрузку на окружающую среду;
• сократить количество замен масла.

Огромное количество масляных систем, находящихся сегодня в эксплуатации на промышленных предприятиях, чаще всего применяют промышленные масла общего назначения. С целью защиты этих систем от возникновения повреждений они оборудуются при комплектации стационарными фильтрами, обойтись без которых просто невозможно, ведь 80% всех неисправностей в работе масляного оборудования случаются вследствие загрязнений. Загрязнения эти могут появляться уже вместе с маслом при его поступлении или при заправке им системы, так и скапливаться в процессе эксплуатации системы. В последнем случае масло загрязняется нерастворимыми веществами, например, песком, пылью или резиной. Эти примеси снижают надежность в эксплуатации и снижают срок службы масляных систем.

Восстановление промышленных масел представляет собой довольно трудоемкий процесс, основой которого является подбор специальных средств и оборудования в виде всевозможных станций и установок, которые эффективно выполняют свои функции, подбирая методы очистки оптимальным образом. Независимо от того, какое оборудование предусматривается использовать для очистки промышленных масел, будь оно стендом, мобильной или стационарной установкой, центробежным сепаратором или отдельно размещенным фильтром, все эти системы очистки обычно имеют в своем составе ряд обязательных компонентов. В оснащение типичной установки обычно входят: фильтры (обычно грубой очистки), которые производят удаление твёрдых частиц и снабжены в случае необходимости электрическим подогревателем, а также насосы питательного типа для откачки отработанного и подачи в систему чистого масла. Любая установка очистки промышленных масел при необходимости может оснащаться специальной системой сигнализации, срабатывающей в случае каких-либо сбоев или аварий. Как правило, такие установки должны дополнительно обеспечиваться системой контроля водяного затвора.

Если процесс очистки загрязненного масла и процесс его восстановления проводится специализированным предприятием или на участке сбора масла и очистки, то схема выполнения технологического процесса включает несколько этапов:

• сбор и хранение загрязнённых отработанных масел;
• подогрев масел и введение коагулянта;
• процесс осаждения загрязнений;
• стадия тонкой очистки масла на основе центрифугирования;
• складирование, хранение восстановленного масла и его отгрузка Заказчику.

Станции очистки промышленных масел, в зависимости от метода очистки, могут быть дооснащены блоком сушки и дегазации масла, вакуумным эжектором, вакуумным насосом, соответственно, пультом управления, аппаратами КИП и автоматики. Конструктивное исполнение определяет назначение станций, они могут изготавливаться стационарными и передвижными (на базе автоприцепа или контейнера).

Методы очистки или регенерации индустриальных масел можно классифицировать следующим образом:

1. Физические методы

Они направлены на удаление твердых частиц, микрокапель воды и, по возможности, смолистых и коксообразных образований. Масла подвергаются обработке в силовом поле при использовании центробежных и гравитационных сил. Реже используются магнитное, электрическое и вибрационное воздействие, а также процедуры фильтрования, водная промывка, процессы выпаривания и вакуумной дистилляции. При выпаривании удаляется легкокипящая примесь. Теплообменные процессы разного рода, а также массообменные процессы также представляют собой физические методы. Они направлены на извлечение из отработанного масла воды, продуктов окисления углеводородов и легкокипящих примесей.

1.1. Отстаивание

Это наиболее простой способ очистки масел. Он заключается в естественном оседании механических частиц в жидкой среде, происходящем под воздействием гравитационных усилий, а также в расслоении жидких фаз, обладающих разной плотностью. В зависимости от уровня загрязнения масла и отведенного на очистку времени, осаждение применяется или в качестве самостоятельного процесса, или в качестве предварительного этапа перед фильтрацией или центрифугированием. К недостаткам данного метода принято относить долгую продолжительность процесса осаждения частиц, необходимую для полной очистки масла, а также удаление только крупных частиц размером 50-100 μм.

1.2. Фильтрация

Она относится к наиболее эффективным методам удаления механических загрязнений из масла. Фильтрация направлена на извлечение механических примесей и частиц смолистых соединений, что осуществляется путем пропускания загрязненного масла через пористые перегородки фильтров (сетчатые или пористые). Фильтрационным материалом могут служить сетки (металлические и пластмассовые), различные ткани, войлок, бумага, композиционные материалы, а также керамика. В процессе фильтрации используются одноразовые или многоразовые фильтры. Очистка может быть реализована ступенчато, при этом выделяется ступень грубой очистки, на которой из масла удаляются наиболее крупные включения, и ступень тонкой очистки, где происходит окончательная доочистка. Недостатком данного метода считается необходимость постоянной закупки фильтрующих элементов, их регенерации и последующей утилизации (в случае одноразовых фильтров утилизация требуется уже после одноразового исчерпания ресурса фильтра).

1.3. Центробежная очистка масла

Этот метод очистки масла основан на применении центрифуг и считается наиболее высокопроизводительным и эффективным, направленным на удаление механических примесей. Данный процесс позволяет совместить очистку от примесей с удалением воды. Центробежная очистка заключается в разделении различных фракций, входящих в состав неоднородных смесей. Происходит это под воздействием центробежных сил. Минусом может считаться трудоемкость процесса очистки самой центрифуги от механических примесей. Скорость удаления воды при использовании центробежной очистки относительно высокая, однако степень очистки достигается низкая, что часто требует проведения дополнительной очистки иными методами. А также центрифуга относится к сложным в эксплуатации устройствам, требующим ручных настроек, а, следовательно, постоянного присутствия оператора.

2. Физико-химические методы

К методам этой группы можно отнести следующие процессы: адсорбцию, коагуляцию, ионообмен и селективное растворение частиц загрязнений, содержащихся в масле. Метод химической очистки индустриальных масел основан на процессе очистки кислотами. Имеет место способ очистки индустриального масла при помощи концентрированной серной кислоты (из расчета 10 мас. % на сырье). Процесс сопровождается интенсивным перемешиванием, далее следует промывка водой. Являясь сильным окислителем, серная кислота осмоляет не только загрязнения. Она способна осмолить и углеводородную основу масла. Данный способ имеет следующие минусы: образованная устойчивая эмульсия не способствует быстрому разделению фаз; образованное большое количество кислого и экологически опасного гудрона трудно утилизируется.

Общие минусы используемых способов очистки отработанных промышленных масел состоят в выборе очень агрессивных реагентов и сложных, многокомпонентных составов. Процесс очистки становится многостадийным и часто требует создания высокотемпературных режимов.

2.1. Адсорбционная очистка масла

При очистке промышленного масла данным методом достигается снижение кислотности и удаление воды. Основной принцип заключается в поглощении адсорбентами, представляющими собой твердые материалы с высокой пористостью, различных загрязняющих компонентов масла, включая воду. Характер и размеры пор адсорбента во многом определяют его применимость для удаления из масла определенных загрязнителей. Метод считается простым, однако, имеет низкую производительность, а также требует утилизации адсорбентов, наносящим вред окружающей среде.

2.2. Термовакуумная сушка

Этот метод используется для извлечения воды из масел. Метод основан на разделении фракций масла и воды, происходящем из-за разности температур кипения. Отработанное масло пропускается через емкость с низким давлением, при котором вода начинает испаряться уже при комнатной температуре. Интенсификация процесса может быть достигнута путем распыления масла в вакуумной среде, создаваемой посредством вакуумных насосов. Термовакуумная сушка позволяет удалять из масла:

• 100% свободной влаги и 90% растворенной влаги;
• 100% свободного и 80% растворенного воздуха.

В процессе тонкого рассеивания масло быстро отдает свою воду. Пары газов и воды вместе с воздухом уходят из установки, а масло (осушенное и дегазированное) выпадает в осадок на дне вакуумной ёмкости. Высокая степень очистки, простая конструкция, высокая надежность эксплуатации оборудования и режимы очистки без сложных настроек при возможности интеграции автоматизированных схем процесса очистки дополняют положительные характеристики данного метода. Однако скорость удаления воды данным методом считается относительно невысокой. Важным моментом при термовакуумной сушке является условие предотвращения попадания воздуха в установку из внешней среды, что может привести к ряду негативных последствий:

• разрыв масляной пленки;
• окисление рабочей жидкости;
• образование пены;
• повышение степени кавитационного износа компонентов оборудования.

3. Химические методы

Данная группа методов основывается на химической обработке загрязненного масла кислотами или щелочами. Также щелочная обработка может использоваться в качестве дополнительной стадии очистки, в том числе направленной на нейтрализацию остатков кислоты после кислотной обработки. Основным реагентом при кислотной обработке выступает серная кислота. Основная идея метода заключается в химическом воздействии на загрязняющие компоненты масла, вследствие которого они переходят в легко отделяемые формы (растворение в воде, выпадение в осадок и т.д.). В связи с этим химическую обработку часто дополняют другие методы очистки, призванные удалить из масел химически измененные загрязнители. Это может быть адсорбция, фильтрация, сепарация и другие методы.