eng
Выпуск #2/2019
А. КЛЕПИКОВ
ВОДА КАК ОСНОВНОЙ КОМПОНЕНТ ЭМУЛЬСИИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
ВОДА КАК ОСНОВНОЙ КОМПОНЕНТ ЭМУЛЬСИИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
Просмотры: 1314
Водосмешиваемые смазочно-охлаждающие жидкости требуют более тщательного контроля по сравнению с масляными. Вызвано это тем, что в их составе может содержаться до 99% воды. Трудно переоценить влияние состояния какого-либо компонента на технологические и эксплуатационные характеристики всей смеси, если концентрация этого компонента может достигать 99%. Именно поэтому мы считаем вполне обоснованным написание отдельной статьи об этом удивительном веществе.
Данный материал, в отличие от множества вышедших статей, изданий и даже фильмов о воде, носит не такой обширный характер, а является довольно узконаправленным и прагматичным. Нас интересует, как вода влияет на рабочую жидкость, и, если это влияние негативно, как его снизить или по возможности устранить в условиях предприятия. Итак, чтобы быть уверенными в том, что СОЖ будет выполнять все заявленные функции в течение максимально возможного периода, необходимо понять, что и в каком количестве, кроме молекул Н2О, содержит в себе вода, поступающая в цех металлообработки. Причем обрести это понимание желательно еще до подбора соответствующего технологическому процессу концентрата продукта.
В условиях предприятия можно и нужно измерить следующие физико-химические характеристики воды:
Рассмотрим каждую из перечисленных характеристик несколько подробнее.
Общая жесткость воды
Общая жесткость воды отражает суммарное содержание растворенных в воде солей кальция, магния и, в гораздо меньшей степени, железа. Самый простой с точки зрения затрат способ измерения жесткости воды – индикаторные полоски со специальным покрытием, изменяющим цвет согласно количеству ионов перечисленных солей (рис. 1).
Точность измерения таким путем невелика и несколько субъективна, поскольку зависит от восприятия цвета наблюдателем и даже от освещенности в месте измерения. Однако, учитывая довольно широкий диапазон допустимых значений общей жесткости воды у продуктов Castrol, точности тест-полосок вполне достаточно для выбора «кандидата» на испытания или для принятия решения о корректирующих действиях в отношении этого параметра.
Для получения более точных результатов без привлечения специализированной лаборатории используются портативные электронные приборы с ионоселективным электродом. Такие приборы достаточно дороги, и целесообразность их применения в условиях предприятия сомнительна. Отметим, что в настоящее время предлагается множество вариантов относительно недорогих портативных приборов, так называемых солемеров и TDS-метров (TDS – Total Dissolved Solids – общее количество растворенных в воде веществ). Они непригодны для определения общей жесткости воды, поскольку «не отличают» соли жесткости от других солей и растворенных веществ.
Слишком жесткая вода способствует возникновению коррозии и снижает эффективность эмульгаторов, что может спровоцировать дестабилизацию (разделение на фазы) эмульсии, а также образование как трудноудаляемых твердых, так и мазеобразных отложений. Слишком мягкая вода может вызвать повышенное пенообразование при использовании СОЖ, содержащих минеральные масла.
Все водосмешиваемые СОЖ рассчитаны на определенный диапазон жесткости воды. Мы считаем необходимым указывать этот диапазон в техническом описании на каждый продукт. При этом единицы измерения общей жесткости воды в случае наших продуктов – ppm CaCO3 (ppm – parts per million – частиц на миллион; обозначение 1 ppm CaCO3 означает, что в воде содержатся соли жесткости в количестве, эквивалентном одной части карбоната кальция на миллион частей воды). В табл. 1 дано соответствие ppm CaCO3 принятым в РФ и других странах единицам измерения. Для качественной оценки общей жесткости воды можно воспользоваться табл. 2.
Снижение общей жесткости может достигаться добавлением определенных химических реагентов (например, соды), применением установок обратного осмоса или с помощью ионообменных колонн. Два последних способа кардинально снижают количество солей, что в дальнейшем может потребовать искусственного увеличения жесткости до приемлемой для конкретного продукта. Отметим, что последнее утверждение не касается синтетических СОЖ линейки Castrol Syntilo, которые не имеют склонности к пенообразованию даже в обессоленной воде и при высоких давлениях подачи. Наконец, существует самый простой с точки зрения организации процесса способ снижения жесткости воды – разбавить поступающую в цех воду дистиллированной или деминерализованной водой.
Такой способ, как правило, применяется для индивидуальных систем подачи. Для централизованных систем емкостью в размере десятков тонн целесообразнее, на наш взгляд, организовать водоподготовку. В пользу этой рекомендации также выступает эффект накопления солей в системе вследствие долива жидкости в качестве компенсации расхода на выпаривание воды или уноса СОЖ со стружкой. На практике мы наблюдали ситуации, когда при начальной общей жесткости воды порядка 250 ppm CaCO3, через шесть месяцев работы количество накопившихся солей жесткости составляло 1270 ppm CaCO3.
Повысить общую жесткость воды несколько проще. Необходимо добавить в воду специальные реагенты, например, кальциевую соль уксусной кислоты (ацетат кальция). Причем, в большинстве случаев достаточно всего 0,1% этого вещества от объема системы.
Водородный показатель рН
Водородный показатель рН – это мера активности ионов водорода в жидкости, которая количественно выражает ее кислотность. Определяется рН количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН–. Если в жидкости пониженное содержание свободных ионов водорода (H+) по сравнению с ионами гидроксида (ОН–), то она будет иметь щелочную реакцию (рН > 7). А при повышенном содержании ионов Н+ реакция будет кислой (рН < 7). У условно питьевой водопроводной воды этот показатель обычно около семи единиц, то есть реакция нейтральная. Для измерения рН имеются относительно недорогие портативные электронные приборы, один из которых показан на рис. 2.
Менее точный, но более доступный способ – применение тест-полосок, однако мы рекомендуем все же использовать электронный прибор. Ведь, помимо измерения «начального» рН, вам потребуется регулярно контролировать этот параметр на протяжении всего периода эксплуатации СОЖ, а для этих целей точности полосок недостаточно.
Желательно, чтобы значение водородного показателя используемой воды находилось в диапазоне от 6,5 до 7,5. Если оно отклоняется от этого диапазона в сторону увеличения кислотности, щелочной буфер СОЖ частично потеряет свою активность еще до начала работы продукта. В результате СОЖ будет иметь меньший запас веществ, нейтрализующих кислые продукты жизнедеятельности бактерий, и химическая коррозия не заставит себя долго ждать. Напротив, если вода имеет щелочную реакцию, велика вероятность появления раздражения на коже операторов станка. Поэтому, если рН значительно отклоняется от оптимального диапазона, необходимо нейтрализовать воду или пересмотреть источник водозабора. Иногда самым простым решением является разбавление дистиллированной водой.
Электропроводность
Электропроводность показывает общее количество всех электролитов в жидкости, в том числе солей жесткости. Электролиты проводят электрический ток, поэтому следствием их высокого содержания в жидкости может стать электрохимическая коррозия. Кроме того, на эмульгаторы негативно влияют не только соли жесткости, но и другие соли, ионы которых могут реагировать с некоторыми типами эмульгаторов, «выключая» их из работы. В конечном итоге, это может привести к разделению эмульсии на водную и масляную фазы, а значит, к необходимости ее замены. Для целей контроля качества воды для приготовления СОЖ и мониторинга состояния самой СОЖ вполне подходят недорогие портативные приборы, один из которых показан на рис. 3. Поскольку и жесткость, и электропроводность в сущности показывают содержание ионов солей, методы коррекции этих характеристик совпадают. Отметим только, что повышение электропроводности в нашем случае приводит только к негативным результатам.
Количество бактерий и грибков
Количество бактерий и грибков измеряется путем посева на специальных питательных средах на основе агара, нанесенных на удобные для использования приспособления, так называемые дип-слайды (рис. 4). Определение этого параметра особенно важно, если для приготовления рабочей эмульсии предполагается забор воды из природных источников, а не из водопроводной сети. Количество бактерий и грибков в смазочно-охлаждающей жидкости напрямую влияет на срок ее эксплуатации, поэтому измерение начальных значений нельзя игнорировать. Если число бактерий и/или грибков превышает норму, необходимо провести обработку воды бактерицидом и/или фунгицидом. В любом случае забор воды для приготовления СОЖ лучше производить из водопроводной сети.
В табл. 3 приведены ориентировочные предельные значения рассмотренных параметров качества воды, используемой для приготовления эмульсии или раствора смазочно-охлаждающей жидкости. Основываясь на опыте, можно с абсолютной уверенностью сказать, что каждый участок металлообработки требует индивидуального подхода в отношении выбора СОЖ, ее приготовления, мониторинга и сервиса. Именно поэтому мы всегда готовы помочь заказчикам на каждом этапе эксплуатации наших продуктов. Рекомендации вы можете получить в техническом отделе.
Обратите внимание, что каждый из рассмотренных параметров равнозначен по важности и, в большей или меньшей степени, влияет на остальные, изменяясь в процессе работы уже готового продукта.
Кроме того, все эти параметры контролируются и в работающей эмульсии, о чем мы поговорим в одной из следующих статей.
На этом наша статья завершается. В следующем номере мы постараемся доступно рассказать о подготовке системы к замене водосмешиваемой смазочно-охлаждающей жидкости и о приготовлении рабочей эмульсии.
КЛЕПИКОВ Александр – технический консультант по маслам для промышленных предприятий компании Castrol Россия
Данный материал, в отличие от множества вышедших статей, изданий и даже фильмов о воде, носит не такой обширный характер, а является довольно узконаправленным и прагматичным. Нас интересует, как вода влияет на рабочую жидкость, и, если это влияние негативно, как его снизить или по возможности устранить в условиях предприятия. Итак, чтобы быть уверенными в том, что СОЖ будет выполнять все заявленные функции в течение максимально возможного периода, необходимо понять, что и в каком количестве, кроме молекул Н2О, содержит в себе вода, поступающая в цех металлообработки. Причем обрести это понимание желательно еще до подбора соответствующего технологическому процессу концентрата продукта.
В условиях предприятия можно и нужно измерить следующие физико-химические характеристики воды:
- общую жесткость;
- водородный показатель рН;
- электропроводность;
- общее количество бактерий и грибков.
Рассмотрим каждую из перечисленных характеристик несколько подробнее.
Общая жесткость воды
Общая жесткость воды отражает суммарное содержание растворенных в воде солей кальция, магния и, в гораздо меньшей степени, железа. Самый простой с точки зрения затрат способ измерения жесткости воды – индикаторные полоски со специальным покрытием, изменяющим цвет согласно количеству ионов перечисленных солей (рис. 1).
Точность измерения таким путем невелика и несколько субъективна, поскольку зависит от восприятия цвета наблюдателем и даже от освещенности в месте измерения. Однако, учитывая довольно широкий диапазон допустимых значений общей жесткости воды у продуктов Castrol, точности тест-полосок вполне достаточно для выбора «кандидата» на испытания или для принятия решения о корректирующих действиях в отношении этого параметра.
Для получения более точных результатов без привлечения специализированной лаборатории используются портативные электронные приборы с ионоселективным электродом. Такие приборы достаточно дороги, и целесообразность их применения в условиях предприятия сомнительна. Отметим, что в настоящее время предлагается множество вариантов относительно недорогих портативных приборов, так называемых солемеров и TDS-метров (TDS – Total Dissolved Solids – общее количество растворенных в воде веществ). Они непригодны для определения общей жесткости воды, поскольку «не отличают» соли жесткости от других солей и растворенных веществ.
Слишком жесткая вода способствует возникновению коррозии и снижает эффективность эмульгаторов, что может спровоцировать дестабилизацию (разделение на фазы) эмульсии, а также образование как трудноудаляемых твердых, так и мазеобразных отложений. Слишком мягкая вода может вызвать повышенное пенообразование при использовании СОЖ, содержащих минеральные масла.
Все водосмешиваемые СОЖ рассчитаны на определенный диапазон жесткости воды. Мы считаем необходимым указывать этот диапазон в техническом описании на каждый продукт. При этом единицы измерения общей жесткости воды в случае наших продуктов – ppm CaCO3 (ppm – parts per million – частиц на миллион; обозначение 1 ppm CaCO3 означает, что в воде содержатся соли жесткости в количестве, эквивалентном одной части карбоната кальция на миллион частей воды). В табл. 1 дано соответствие ppm CaCO3 принятым в РФ и других странах единицам измерения. Для качественной оценки общей жесткости воды можно воспользоваться табл. 2.
Снижение общей жесткости может достигаться добавлением определенных химических реагентов (например, соды), применением установок обратного осмоса или с помощью ионообменных колонн. Два последних способа кардинально снижают количество солей, что в дальнейшем может потребовать искусственного увеличения жесткости до приемлемой для конкретного продукта. Отметим, что последнее утверждение не касается синтетических СОЖ линейки Castrol Syntilo, которые не имеют склонности к пенообразованию даже в обессоленной воде и при высоких давлениях подачи. Наконец, существует самый простой с точки зрения организации процесса способ снижения жесткости воды – разбавить поступающую в цех воду дистиллированной или деминерализованной водой.
Такой способ, как правило, применяется для индивидуальных систем подачи. Для централизованных систем емкостью в размере десятков тонн целесообразнее, на наш взгляд, организовать водоподготовку. В пользу этой рекомендации также выступает эффект накопления солей в системе вследствие долива жидкости в качестве компенсации расхода на выпаривание воды или уноса СОЖ со стружкой. На практике мы наблюдали ситуации, когда при начальной общей жесткости воды порядка 250 ppm CaCO3, через шесть месяцев работы количество накопившихся солей жесткости составляло 1270 ppm CaCO3.
Повысить общую жесткость воды несколько проще. Необходимо добавить в воду специальные реагенты, например, кальциевую соль уксусной кислоты (ацетат кальция). Причем, в большинстве случаев достаточно всего 0,1% этого вещества от объема системы.
Водородный показатель рН
Водородный показатель рН – это мера активности ионов водорода в жидкости, которая количественно выражает ее кислотность. Определяется рН количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН–. Если в жидкости пониженное содержание свободных ионов водорода (H+) по сравнению с ионами гидроксида (ОН–), то она будет иметь щелочную реакцию (рН > 7). А при повышенном содержании ионов Н+ реакция будет кислой (рН < 7). У условно питьевой водопроводной воды этот показатель обычно около семи единиц, то есть реакция нейтральная. Для измерения рН имеются относительно недорогие портативные электронные приборы, один из которых показан на рис. 2.
Менее точный, но более доступный способ – применение тест-полосок, однако мы рекомендуем все же использовать электронный прибор. Ведь, помимо измерения «начального» рН, вам потребуется регулярно контролировать этот параметр на протяжении всего периода эксплуатации СОЖ, а для этих целей точности полосок недостаточно.
Желательно, чтобы значение водородного показателя используемой воды находилось в диапазоне от 6,5 до 7,5. Если оно отклоняется от этого диапазона в сторону увеличения кислотности, щелочной буфер СОЖ частично потеряет свою активность еще до начала работы продукта. В результате СОЖ будет иметь меньший запас веществ, нейтрализующих кислые продукты жизнедеятельности бактерий, и химическая коррозия не заставит себя долго ждать. Напротив, если вода имеет щелочную реакцию, велика вероятность появления раздражения на коже операторов станка. Поэтому, если рН значительно отклоняется от оптимального диапазона, необходимо нейтрализовать воду или пересмотреть источник водозабора. Иногда самым простым решением является разбавление дистиллированной водой.
Электропроводность
Электропроводность показывает общее количество всех электролитов в жидкости, в том числе солей жесткости. Электролиты проводят электрический ток, поэтому следствием их высокого содержания в жидкости может стать электрохимическая коррозия. Кроме того, на эмульгаторы негативно влияют не только соли жесткости, но и другие соли, ионы которых могут реагировать с некоторыми типами эмульгаторов, «выключая» их из работы. В конечном итоге, это может привести к разделению эмульсии на водную и масляную фазы, а значит, к необходимости ее замены. Для целей контроля качества воды для приготовления СОЖ и мониторинга состояния самой СОЖ вполне подходят недорогие портативные приборы, один из которых показан на рис. 3. Поскольку и жесткость, и электропроводность в сущности показывают содержание ионов солей, методы коррекции этих характеристик совпадают. Отметим только, что повышение электропроводности в нашем случае приводит только к негативным результатам.
Количество бактерий и грибков
Количество бактерий и грибков измеряется путем посева на специальных питательных средах на основе агара, нанесенных на удобные для использования приспособления, так называемые дип-слайды (рис. 4). Определение этого параметра особенно важно, если для приготовления рабочей эмульсии предполагается забор воды из природных источников, а не из водопроводной сети. Количество бактерий и грибков в смазочно-охлаждающей жидкости напрямую влияет на срок ее эксплуатации, поэтому измерение начальных значений нельзя игнорировать. Если число бактерий и/или грибков превышает норму, необходимо провести обработку воды бактерицидом и/или фунгицидом. В любом случае забор воды для приготовления СОЖ лучше производить из водопроводной сети.
В табл. 3 приведены ориентировочные предельные значения рассмотренных параметров качества воды, используемой для приготовления эмульсии или раствора смазочно-охлаждающей жидкости. Основываясь на опыте, можно с абсолютной уверенностью сказать, что каждый участок металлообработки требует индивидуального подхода в отношении выбора СОЖ, ее приготовления, мониторинга и сервиса. Именно поэтому мы всегда готовы помочь заказчикам на каждом этапе эксплуатации наших продуктов. Рекомендации вы можете получить в техническом отделе.
Обратите внимание, что каждый из рассмотренных параметров равнозначен по важности и, в большей или меньшей степени, влияет на остальные, изменяясь в процессе работы уже готового продукта.
Кроме того, все эти параметры контролируются и в работающей эмульсии, о чем мы поговорим в одной из следующих статей.
На этом наша статья завершается. В следующем номере мы постараемся доступно рассказать о подготовке системы к замене водосмешиваемой смазочно-охлаждающей жидкости и о приготовлении рабочей эмульсии.
КЛЕПИКОВ Александр – технический консультант по маслам для промышленных предприятий компании Castrol Россия
Отзывы читателей
