Холодильные масла

Как и для чего определять остаточный ресурс холодильного масла?

Конструкция современных компрессоров для систем кондиционирования воздуха и холодильной промышленности варьируется от производителя к производителю. Тем не менее, все они имеют одну важную характеристику: они требуют высокоспециализированного типа смазочного масла, чтобы обеспечить длительную и бесперебойную работу оборудования.

Типы хладоновых масел

• Алкилбензолы (AB): эти холодильные масла обладают хорошей термической и химической стабильностью. Смешиваемость с хладагентом высокая. Алкилбензолы полностью растворимы с минеральными маслами и ПАО, что дает возможность производить смеси с целью улучшения смазочных свойств.
• Полиальфаолефин (PAO): эти холодильные масла обладают хорошей химической и термической стабильностью. ПАО также обладает отличными температурными характеристиками вязкости. Смешиваемость с хладагентом низкая, поэтому основное применение ПАО в холодильной технике там, где смешиваемость не критична. PAO может привести к усадке уплотнений, что может быть решено путем смешивания PAO с AB.
• Полиоловый эфир (POE): это холодильное масло является наиболее распространенным типом синтетической смазки, используемой с хладагентами HFC, такими как R134a.
• Полиалкиленгликоли (PAG): эти холодильные масла имеют высокий индекс вязкости и термическую стабильность. Тем не менее, PAG гигроскопичен, что означает, что он может притягивать воду. ПАГ растворим с аммиаком.
• Минеральное масло: Нафтеновые масла имеют низкую температуру застывания, что делает их более подходящими при более низких температурах.

Компания TRANSCOOL (поставщик оригинальных масел) в рамках импортозамещения разрабатывают и производят отечественные аналоги импортных холодильных масел

1. Термическая стабильность

Требования к холодильным маслам

Холодильные масла должны правильно функционировать в широком температурном диапазоне. Конечные температуры сжатия в холодильных компрессорах могут достигать пиковых температур до 180ºC. Поэтому охлаждающее масло должно быть термически стабильным.

2. Химическая стабильность

Охлаждающие масла должны быть химически стабильными, чтобы избежать реакции с хладагентом.

3. Растворимость хладагента/масла

Смеси хладагента и масла могут быть (частично) растворимыми или нерастворимыми. Полная растворимость облегчает смазку, но может привести к значительным падениям вязкости в компрессоре, что увеличивает трение и износ. 

Лабораторный анализ холодильного масла

Часто в процессе эксплуатации механизмы внезапно выходят из строя, казалось бы, без видимой причины. Однако анализ работавшего в механизме масла покажет существенные отклонения его характеристик от нормы, например, снижение щелочного числа и, как следствие, повышение кислотного.

Проведение лабораторного анализа холодильного масла позволяет выявить износ компрессора чиллера, определить возможную причину выхода оборудования из строя, а так же необходимость проведения процедуры по замене масла, либо определит соответствие фреонового масла диапазону нормы.

Для технических специалистов в сфере холодоснабжения, важную роль в лабораторном анализе холодильного масла будут играть следующие параметры:

• Кислотное число
• Щелочное число
• Массовая доля воды (влагосодержание)
• Определение вязкости (при 40°C и 100°C) и индекс вязкости
• Элементарный анализ

Кислотное и щелочное число холодильного масла

Параметры щелочного и кислотного числа имеют прямую взаимосвязь. В процессе эксплуатации кислотное число увеличивается, а щелочное число снижается. Остаточный ресурс масла определяется исходя из баланса между этими критериями.

Следствием окисления масла будет образование шлама, лакообразных отложений, коррозий. Безусловно, это способствует выходу техники из строя.

Антиокислительные присадки в масле противодействуют окислению, но рано или поздно они исчерпываются, свойства масла меняются, отражаясь в показателях кислотного и щелочного числа. Рост кислотного числа свидетельствует о загрязнении масла кислотами. Понижение щелочного числа показывает, что способность нейтрализовать кислоты у масла исчерпана и при дальнейшей эксплуатации этого масла будет происходить образование нагара и шлама, которые будут оседать и разъедать турбины, клапаны, поршневые кольца.

Влагосодержание холодильного масла

Надлежащая практика охлаждения диктует, что уровень влажности в холодильной системе должен тщательно контролироваться. Разработаны эффективные меры по контролю влажности с использованием смазочных материалов POE, которые широко используются в холодильных машинах (чиллерах).

Превышение максимальных значений содержания воды в масле приводит к изменению его вязкости, кислотности, и смазывающих свойств. Эксплуатация холодильных систем с превышением масимально допустимых значений содержания воды в масле ЗАПРЕЩЕНА!

Полиолестры (POE) представляют собой семейство синтетических смазочных материалов, производимых путем взаимодействия спирта с органической кислотой.

Производственный процесс, включает в себя реакцию смеси органических кислот с одним или несколькими спиртами с получением желаемого полиолестера. Реакцию проводят при повышенной температуре и постоянно удаляют воду. Реакция доводится до завершения практически без кислот или спиртов.

Существует много типов и степеней сложных эфиров, и поэтому важно понимать, что все сложные эфиры не одинаковы. Несколько важных свойств сложных эфиров влияют на их производительность в качестве смазочных материалов.

К ним относятся смазывающая способность, смешиваемость, вязкость, растворимость и содержание влаги.

К сожалению, мы сталкивались с ситуациями, когда заказчиком, либо подрядчиком было приобретен и залит в компрессор чиллера фальсификат холодильного масла. Естественно, что его характеристики не соответствуют рекомендациям производителей, что было однозначно подтверждено лабораторными исследованиями проб.

Сомнительная экономия от покупки подделки многократно перекрылась как ценой работ по промывке системы, так и стоимостью вновь приобретенного оригинального масла.

Гигроскопичность и влажность холодильного масла

Хладагенты HFC и масла POE имеют полярную молекулярную структуру, которая притягивает полярную молекулу воды. Поэтому, растворимость воды в ГФУ и ГХФУ (гидрофторуглеродов) во много раз выше, чем в заменяемых ими ХФУ (хлорфторуглеродов).

POE также гигроскопичны и могут собирать больше влаги из окружающей среды и удерживать ее намного крепче, чем ранее используемые минеральные масла. Скорость, с которой POE улавливают влагу, зависит от температуры, относительной влажности, времени воздействия и относительной площади поверхности. (См. рисунок 1.)

Влага может поступать в холодильную систему несколькими путями:

• Неправильное вакуумирование системы
• Системные утечки
• Компоненты системы; при повышенных температурах вода может выщелачиваться из эластомерных или пластиковых компонентов системы и реабсорбироваться при охлаждении системы
• Неправильное обращение с хладагентом
• Неправильное обращение со смазочными материалами POE
• Насыщенный или неисправный  фильтр-осушитель
  
  

Химические лаборатории при анализе масла используют специализированные тесты для проверки наличия влаги в смазочных маслах и гидравлических жидкостях. Тест Карла Фишера обычно используется для количественной оценки содержания влаги. Для некоторых «герметически закрытых» холодильных компрессоров центробежного типа (York, Trane, Carrier и т. Д.) Тест Карла Фишера является лучшим рутинным испытанием на наличие влаги в холодильном масле.

В герметично закрытых установках двигатель охлаждается парами хладагента, которые протекают непосредственно через корпус двигателя. Хладагенты ХФУ часто подвергаются воздействию воды и высоких температур, которые способствуют образованию соляной и плавиковой кислот. Это негативно влияет на обмотки двигателя. Утечки хладагента через лабиринтные уплотнения рабочего колеса неизбежны и по мере попадания хладагента в масло, с ним также транспортируются кислоты и избыток влаги.

Для чиллерных систем, в которых используются нафтеновые минеральные масла, окисление и коррозионный износ легко катализируются небольшим количеством воды и кислот. Это может быть, когда вода поступает в масло со стороны хладагента и в среду компрессора одновременно, или кислоты, переносимые хладагентом, объединяются с кислотами, образующимися при деградации масла. Различные комбинации фильтров борются с этим процессом, но важно понимать, что отслеживать этот процесс нужно постоянно.

Поскольку многие OEM-производители рекомендуют использовать это высокоэффективное, но чувствительное к загрязнению масло для своих герметично закрытых центробежных компрессоров, часто встречаются рекомендации по очень низкому уровню воды (от 75 до 125 частей на миллион в отработанных маслах). Этот уровень влажности не обнаруживается с помощью теста на треск, что делает тестирование Карла Фишера обязательным. Важно отметить, что остаточный хладагент, всегда присутствующий в образцах из этого типа системы, имеет очень низкую температуру кипения и будет маскировать реакцию воды при использовании теста на треск.

Индекс вязкости холодильного масла

Изменяя толщину масла, используемого в конкретной машине, можно изменить баланс потока масла по отношению к эффективному давлению. Как правило, более крупные подшипники требуют более вязкого масла для уменьшения чрезмерного потока через относительно большие области зазора в конце подшипников, тогда как меньшие подшипники требуют более тонких жидкостей для поддержания приемлемой скорости охлаждения. Удобно, что большинство смазочных материалов значительно перекрывают друг друга.

Общими уровнями вязкости являются ISO 32; ISO 46 и ISO 68, где указанной вязкостью является вязкость при 40 °C.  Полиоэфирные масла имеют более высокие показатели вязкости (более стабильные), и поэтому обычно используются более тонкие масла в системах на основе R134a, где использование более тонкого масла незначительно повышает эффективность систем за счет снижения поглощения смазочной энергии.

Масло будет иметь тенденцию загустевать при низкой температуре, поэтому необходимо уделять должное внимание тому, чтобы смазка, выбранная для конкретного применения, не густела слишком сильно в холодных областях системы, иначе изменится ее текучесть, что повлияет на возврат ее обратно в компрессор. Низкая температура, при которой масло сгущается до точки, где текучесть прекратится, называется floc Point. Индекс вязкости относится к скорости изменения вязкости с колебаниями температуры. Это также называется стабильностью и является важным фактором для машин, которые имеют широкие перепады температур, прилегающие к их вращающимся подшипникам. В частности, все винтовые компрессоры имеют вращающиеся подшипники на самых горячих участках, смазываемые тем же маслом, что и в холодных частях компрессора.

Элементный состав масла (наличие посторонних примесей в холодильном масле)

Анализ элементарного состава очень важен в контроле качества масел, а также степени износа самого масла и деталей холодильного компрессора. При износе деталей компрессора в масло попадает железо, медь, алюминий, хром, олово, серебро, кремний и др.

Посторонние материалы, твердые вещества, жидкости или газы могут быть введены при добавлении смазки в компрессор или при заправке контура хладагентом. Хладагенты являются отличными обезжиривателями и, поэтому любое загрязнение в хладагенте в конечном итоге мигрирует в компрессорное масло.

Поэтому, важно!

• Использовать масло, указанное в руководстве по обслуживанию. Приобретать его у проверенных поставщиков (по причине значительного количества фальсификата на рынке).
• Использовать масляный насос и качественные шланги для замены масла.
• Заправлять контур хладагента фреоном от официальных поставщиков.
• Если необходимо открыть контур хладагента или смазки, нужно убедиться, что он защищен от загрязнения и чист при повторном уплотнении.

Кроме свойств холодильного масла, на износ движущихся частей в компрессоре влияют посторонние частицы. Периодическое обслуживание, замена масла и фильтра дают возможность удалить загрязняющие вещества до того момента, когда они смогут привести к повреждениям.

Распространенные причины загрязнения

• Стружка от сломанных герконовых клапанов
• Грязь от процесса литья, используемая для корпуса компрессора, головок и других чугунных компонентов
• Влага из атмосферы
• Кислота из химических веществ в атмосфере
• Воздух — кислород (окислитель) и азот (неконденсируемый)

Высокая температура может быть вызвана

• Высокие температуры нагнетания
• Высокая степень сжатия
• Поврежденные язычки на пластине клапана
• Утечки всасывания
• Снижение уровня смазки
• Зазоры, которые меньше рекомендованных производителем допусков

Другим источником шлама является влага в масле. Влага может быть из трех источников: загрязненное масло или загрязнение во время обработки, утечки всасывания, приводящие к появлению воздуха, или утечки охлаждающего контура в петлю хладагента или картер компрессора.

Чтобы ограничить образование осадка

• Всегда использовать чистое масло и аккуратно его заливать
• Регулярно мониторить утечки всасывания
• Периодически делать лабораторные анализы масло на наличие влаги

Кислотообразование является существенной причиной порчи холодильного масла. Кислоты, которые могут образовываться при утечке хладагента: соляная кислота или фтористоводородная кислота (в зависимости от состава хладагента). Утечки всасывания вводят воздух в систему, и при высокой температуре кислород реагирует с хладагентом с образованием кислоты. Кислота разъедает медные трубопроводы системы хладагента, вызывая коррозию и способствует образованию частиц солей меди.

Частицы меди оседая на поверхности подшипников шатунов, также образуют шлам в масляных каналах коленчатого вала. Шлам ограничивает поток масла, в то время как медное покрытие на поверхностях подшипников уменьшает зазоры, при этом рабочие температуры повышаются. Как только этот цикл начинается, то ускоряющийся распад масла из-за высокой температуры только увеличивается.

Предотвратить это можно, постоянно контролируя утечки хладагента.

Как отмечалось выше, влага имеет три основных источника и может быть предотвращена:

• Осторожным заполнением картера компрессора
• Не допущением  утечек всасывания
• Поддержания герметичного холодильного контура

Слишком высокая рабочая температура может привести к разрушению масла, а также образованию шлама.

Профилактика такая же, как указано выше: поддерживать правильные зазоры и всегда работать в пределах заявленных производителем параметров.

 Всегда важно выявить первопричины повышенного износа деталей и избежать отказа оборудования.

Для анализа холодильного масла такие показатели как КЧ и ЩЧ, вязкость, содержание влаги и посторонних частиц входят в обязательный список испытаний, необходимый для принятия важных решений при обслуживании машин по их фактическому состоянию.

Важно отметить, что холодильные масла не универсальны, поэтому при их выборе нужно обратить пристальное внимание на условия эксплуатации обслуживаемого оборудования. Практически всегда изготовители чиллеров указывают в рекомендациях смазочную жидкость, позволяющую обеспечить оптимальную работу холодильной системы.

Причины сделать анализ масла (скрининг) в работающей системе

• Изменился цвет масла в смотровом окошке компрессора
• Много пены в смотровом окошке компрессора
• Наступил срок очередного сервиса оборудования по регламенту производителя
• Упали показатели эффективности компрессора

Лабораторный анализ масла позволяет

• Оценить работоспособность масла
• Оценить состояние компрессорной части
• Избежать дорогостоящих ремонтов
• Спланировать сервисное обслуживание

Лабораторный анализ масла в работающих холодильных системах на выходе дает

• Рекомендации по эксплуатации оборудования
• Допустимый срок работы масла в системе

Стоит помнить, что плановый лабораторный анализ смазочных материалов выявляет проблемы до того, как они будут стоить вам денег. А полученный от лаборатории отчет дает возможность оценить уровень рисков, в том числе критических.

• Пусконаладка моноблочных чиллеров с воздушным охлаждением конденсатора в Тамани
• Холодильные масла
• СУДОВЫЕ ЧИЛЛЕРЫ: Проект~Поставка~Монтаж
• ВиброДиагностика | ВиброКонтроль
• Тепловизионное обследование
• Вентиляция — виды, особенности, устройство
• Системы кондиционирования воздуха: от бытовых до промышленных
• Обследование вентиляции нефтехимической лаборатории