Азот в производстве смазочных материалов: защита масел и присадок от окисления

Базовые масла и присадки контактируют с воздухом на нескольких этапах производства: при хранении, перекачке, смешении и выдержке готового продукта перед фасовкой. Содержащийся в воздухе кислород вступает в реакцию с компонентами масла. Нагрев ускоряет этот процесс.

Чтобы ограничить контакт с кислородом, в емкостях создают защитную среду из азота. Газ вытесняет воздух из свободного пространства над жидкостью и препятствует его поступлению внутрь. Это снижает интенсивность окисления и помогает сохранить свойства смазочного материала.

При постоянном потреблении азот можно производить непосредственно на предприятии. Для этого используют адсорбционные генераторы, которые выделяют газ из атмосферного воздуха. Тесвел выпускает для таких задач генераторы серии TEC.N и комплектные азотные станции на их базе.

Как кислород влияет на масла и присадки

Окисление масла представляет собой цепную химическую реакцию. Кислород взаимодействует с углеводородами и образует первичные продукты окисления. Далее реакция развивается с образованием кислот, смолистых соединений и осадка.

Скорость окисления зависит от состава базового масла, присадок и условий производства. Ее повышают температура, длительный контакт с воздухом и присутствие некоторых металлов, которые могут действовать как катализаторы. Поэтому риск возрастает при нагреве продукта и длительном хранении в частично заполненной емкости.

Окисление может привести к следующим изменениям:

• росту кислотного числа;

• изменению вязкости;

• потемнению масла;

• образованию смол, осадка и лаковых отложений;

• преждевременному расходованию антиокислительных присадок;

• снижению стабильности продукта при хранении и последующей эксплуатации.

Азот не восстанавливает уже окисленное масло, он решает другую задачу: снижает содержание кислорода в емкости и замедляет дальнейшее окисление продукта.

Где применяют азот при производстве смазочных материалов

Азот используют на участках, где базовые масла, присадки или готовый продукт могут контактировать с воздухом.

Хранение базовых масел

Когда откачивается масло из резервуара, объем жидкости уменьшается, а пространство над ней (так называемое газовое пространство) освобождается. Если емкость не изолирована от атмосферы, этот объем заполняется обычным воздухом. А в воздухе есть два «врага» масла: кислород (запускает окисление - масло со временем теряет свойства, может появиться осадок или измениться цвет) и водяной пар (способствует гидролизу и развитию микроорганизмов).

Подача азота позволяет заместить этот объем инертным газом. Система поддерживает небольшое избыточное давление и препятствует проникновению наружного воздуха. Такая защита особенно актуальна при длительном хранении, частых операциях заполнения и откачки, а также при повышенной чувствительности продукта к окислению.

Хранение присадок

Некоторые компоненты и пакеты присадок чувствительны не только к кислороду, но и к влаге. Контакт с воздухом может повлиять на их стабильность, цвет и эффективность в составе готового продукта.

Необходимость инертирования определяют по свойствам конкретного вещества и рекомендациям его производителя. Единый режим подачи азота для всех присадок использовать нельзя.

Смешивание и нагрев компонентов

Для снижения вязкости и ускорения растворения компонентов смесь часто нагревают. Одновременно рост температуры повышает скорость химических реакций, в том числе с кислородом.

Чтобы минимизировать окисление, газовое пространство закрытого смесительного аппарата заполняют азотом - так создают инертную среду (азотную подушку) и снижают парциальное давление кислорода над продуктом. Например, в описаниях производства синтетических смазочных материалов встречается такой режим: смесь на основе полиальфаолефинов нагревают до 65 ± 5 °C в закрытом аппарате под азотной подушкой.

Буферное хранение готового продукта

После смешивания масло может находиться в накопительной емкости до фильтрации, фасовки и отгрузки. На этом этапе азот защищает готовый продукт от повторного контакта с воздухом.

Непрерывность защиты имеет значение для всей технологической цепочки. Если масло смешивали в инертной среде, а затем направили в открытую или негерметичную емкость, часть эффекта будет потеряна.

Продувка трубопроводов и емкостей

Азот применяют для вытеснения воздуха из трубопроводов и технологического оборудования перед запуском или сменой продукта. Газ также используют при подготовке емкостей с горюче-смазочными материалами к отдельным ремонтным операциям.

Продувка перед огневыми работами относится к задачам промышленной безопасности. Ее параметры нельзя определять по режиму обычного защитного хранения: они зависят от типа оборудования, свойств веществ. Порядок работ, допустимый состав газовой среды и способы контроля закрепляют в проектной и эксплуатационной документации предприятия.

Как работает азотная подушка

Азотная подушка представляет собой контролируемую газовую среду над поверхностью жидкости. Важно уточнить: это не отдельный плотный слой, который «лежит» на масле. Азот смешивается с остаточным газом внутри емкости, снижает долю кислорода и препятствует поступлению воздуха извне.

В закрытом резервуаре поддерживают небольшое избыточное давление. Когда масло откачивают или содержимое емкости охлаждается, давление снижается. Клапан открывает подачу азота и он замещает освободившийся объем.

При заполнении резервуара или нагреве продукта объем газовой фазы уменьшается, а давление растет. Избыток газа отводится через рассчитанную дыхательную или предохранительную систему. Она должна защищать емкость как от избыточного давления, так и от вакуума.

Типовая система азотной подушки включает:

• источник азота и ресивер;

• редуктор или регулирующий клапан;

• датчики давления;

• распределительный коллектор;

• дыхательную и предохранительную арматуру;

• анализатор остаточного кислорода, если он требуется по технологии;

• систему безопасного отвода газа.

Способ управления зависит от задачи. Постоянная продувка проще, но расходует больше газа. Регулирование по давлению подает азот по мере необходимости. Контроль по концентрации кислорода обеспечивает более точное поддержание состава среды, но требует дополнительного измерительного оборудования.

Почему для этой задачи подходят генераторы азота TEC.N

Генераторы азота серии TEC.N от компании Тесвел работают по технологии короткоцикловой адсорбции, или PSA. Подготовленный сжатый воздух поступает в колонну с угольным молекулярным ситом. Адсорбент удерживает кислород и пропускает азот.

Установка включает пару колонн, которые работают попеременно. Пока в одной происходит разделение воздуха, во второй восстанавливается адсорбент. Чередование циклов обеспечивает непрерывную подачу газа. Серия TEC.N позволяет получать азот с концентрацией до 99,9995% и подбирать производительность под фактическое потребление предприятия.

Для производителя масел и присадок собственная генерация дает несколько преимуществ:

• азот производится на месте потребления;

• предприятию не требуется регулярно заказывать и менять баллоны;

• снижается зависимость от графика поставок технических газов;

• параметры чистоты газа подбирают под конкретный технологический процесс;

• станция работает автоматически;

• одну систему можно подключить к нескольким емкостям и смесителям.

Экономический эффект зависит от объема и графика потребления. При небольшом или эпизодическом расходе заказной технический газ может оказаться рациональнее собственного генератора.

Какая чистота азота необходима

Для защиты масел не всегда нужен азот максимальной чистоты. Основным технологическим параметром служит допустимое содержание остаточного кислорода в емкости. Оно зависит от состава продукта, температуры, продолжительности хранения и требований промышленной безопасности.

Чем выше требуемая концентрация азота, тем больше сжатого воздуха необходимо для производства одного кубометра газа. Одновременно снижается производительность генератора. Например, установка TEC.N-8 производит 6,15 нм³/ч азота при концентрации 99% и 1,34 нм³/ч при концентрации 99,999%. Разница превышает 4,5 раза.

Если для технологической задачи достаточно азота концентрацией 99%, требование 99,999% приведет к увеличению размера станции, мощности компрессора и энергозатрат. Поэтому параметры выбирают в следующем порядке:

1. Определяют допустимое содержание кислорода в емкости.

2. Учитывают температуру и продолжительность контакта продукта с газовой средой.

3. Определяют необходимую концентрацию азота.

4. Рассчитывают расход газа во всех рабочих режимах.

5. Подбирают генератор, компрессор и объем ресивера.

Максимальная паспортная чистота сама по себе не делает решение эффективнее. Оборудование должно обеспечивать параметры, необходимые конкретному процессу.

Как рассчитать расход азота

Объем резервуаров важен для расчета первичной продувки, но его недостаточно для выбора генератора. Основной рабочий расход часто определяется скоростью откачки продукта и количеством одновременно работающих емкостей.

При расчете учитывают:

• объем и количество резервуаров;

• первоначальное вытеснение воздуха до заданного содержания кислорода;

• максимальную производительность заполнения и опорожнения;

• изменение объема газовой фазы при нагреве и охлаждении;

• потери через арматуру и соединения;

• количество одновременно работающих потребителей;

• расход на продувку трубопроводов и оборудования;

• требуемые давление и концентрацию азота;

• продолжительность и график работы производства;

• резерв на пиковое потребление и расширение участка.

Если максимальная скорость откачки масла составляет 20 м³/ч, система должна компенсировать освобождающийся объем с учетом рабочего давления, запаса и других одновременных потребителей.

Что входит в состав азотной станции

Состав станции зависит от инфраструктуры предприятия. Если на площадке уже есть подготовленный сжатый воздух с достаточными давлением и расходом, часть оборудования можно не дублировать. При этом необходимо проверить качество воздуха и фактический резерв компрессорной системы.

В состав станции обычно входят:

• винтовой воздушный компрессор;

• осушитель сжатого воздуха;

• магистральные фильтры;

• ресивер сжатого воздуха;

• адсорбционный генератор азота серии TEC.N;

• ресивер готового азота;

• система контроля концентрации газа;

• редукторы и распределительный коллектор;

• шкаф управления.

Осушитель удаляет влагу. Фильтры задерживают твердые частицы и остаточное масло. Качество подготовки воздуха влияет на стабильность работы генератора и срок службы адсорбента.

Собственный генератор или поставной азот

Выбор зависит от расхода, режима работы и требований к надежности снабжения.

Критерий	Баллонный или жидкий азот	Генератор TEC.N
Первоначальные затраты	Ниже	Выше
Текущие расходы	Закупка, доставка, аренда тары	Электроэнергия и обслуживание
Зависимость от поставщика	Сохраняется	Снижается
Запас газа	Ограничен объемом хранения	Производится по мере потребления
Изменение расхода	Требует корректировки поставок	Ограничено производительностью станции
Контроль параметров	По документам поставщика	На производственной площадке
Рациональный режим	Небольшое или нерегулярное потребление	Постоянное и прогнозируемое потребление

Сравнивать необходимо полную стоимость снабжения газом. В нее входят цена азота, доставка, хранение, аренда оборудования, электроэнергия, обслуживание и возможные простои. Универсального срока окупаемости нет. Его рассчитывают по фактическому потреблению и тарифам конкретного предприятия.

Для критичных процессов рациональным решением будет предусмотреть резервный источник азота. Он обеспечит подачу газа при техническом обслуживании станции или отключении электроэнергии.

Генераторы азота TEC.N для производства масел и присадок

Тесвел производит адсорбционные генераторы азота серии TEC.N. Оборудование предназначено для получения газообразного азота из атмосферного воздуха непосредственно на производственной площадке заказчика. Установки обеспечивают концентрацию азота до 99,9995%.

Генератор TEC.N можно подключить к существующей системе подготовленного сжатого воздуха или поставить в составе комплектной станции. В решение могут входить компрессор, осушитель, магистральные фильтры, воздушный и азотный ресиверы, система контроля концентрации газа и распределительное оборудование.

Станцию можно разместить в производственном помещении или выполнить в блочно-модульном исполнении. Конкретную компоновку определяют по условиям площадки и требованиям к резервированию.

Тесвел выполняет проектирование, изготовление, монтаж и пусконаладку станции. После запуска специалисты обучают персонал работе с оборудованием и обеспечивают сервисное обслуживание.

Для предварительного расчета направьте перечень емкостей, их объем, максимальную скорость заполнения и опорожнения, требования к содержанию кислорода и график работы производства.

Ответы на частые вопросы

Азот полностью исключает окисление масла?

Нет. Азот снижает содержание кислорода в емкости и замедляет окисление. Результат зависит от концентрации газа, герметичности системы, температуры и продолжительности хранения.

Какая чистота азота нужна для хранения масел?

Единого значения нет. Параметр определяют по допустимому содержанию кислорода, свойствам продукта и условиям хранения. Максимальная для серии TEC.N концентрация 99,9995% требуется не для каждой задачи.

Можно ли подключить один генератор к нескольким емкостям?

Да. Для этого рассчитывают суммарный и пиковый расход. Распределительная система должна поддерживать требуемые давление и состав газовой среды в каждой емкости.