准确和可靠的选择在职石油和燃料的分析

现代石油分析程序的基础指的是使用光学发射光谱学(OES)测量ppm (ppm)水平的污染物,穿金属、石油样品和添加剂。任何一个石油实验室可能需要衡量,multi-elemental分析被认为是一个在职的石油分析程序的核心。本文提供了概述旋转圆盘电极光学发射光谱学(RDE-OES),其应用,SpectrOil系列的产品,把最近的创新增加可靠性和性能与30 +年的实验室经验和军事应用。

早期的背景

二战后的某个时候,丹佛和格兰德河铁路,现在已经开始分析柴油机车机油通过考虑在职石油样品发出的谱线的兴奋时,一个强大的使用碳电极电弧。初始测试建立了事实由于磨损和污染监测元素提供早期预警的慢性设备故障。app亚博体育

元素光谱被认为是石油分析程序的支柱是广泛适用于一个封闭的循环润滑系统如出现在燃气涡轮机,汽油和柴油发动机,变速箱,压缩机,齿轮箱和液压系统。在实践中,一个石油样品偶尔从一个系统,然后检查。结果数据,分析和早些时候相比,容许极限,可以指定一个声音机械系统只显示正常磨损,它甚至可以指出可能严重的问题在初期阶段。这种先进的警告,可以采取措施纠正严重伤害或损害发生之前的情况。

光谱石油分析功能通过检测金属部件的相对运动产生的微粒在一个亲油系统。yabo214污染物也发现和严重退化的润滑剂,润滑剂或搞混,是被添加剂元素的浓度。多元化的分析,随着材料用于建筑的知识引擎,经常在遇险允许识别一个特定的组件。亚博网站下载表1表明,典型的金属元素可以通过光谱和检查它们的典型来源。

表1。典型的光谱元素分析的来源。

金属	发动机、变速箱、齿轮	液压油	冷却剂
铝 艾尔	活塞或往复式发动机曲轴箱、外壳、轴承表面,泵、止推垫圈	泵、止推垫圈、散热器坦克,	冷却剂肘部,管道、恒温器、隔离板
钡 英航	合成油添加剂合成液	添加剂	不适用
硼 B	冷却剂泄漏,添加剂	冷却剂泄漏,添加剂	pH缓冲,防腐抑制剂
钙 Ca	洗涤剂分散剂添加剂、水污染物、空气污染	洗涤剂分散剂添加剂、水污染物、空气污染	硬质水比例问题
铬 Cr	活塞,气缸套、排气阀门、冷却剂泄漏Cr腐蚀抑制剂	轴,不锈钢合金	腐蚀抑制剂
铜 铜	黄铜或青铜合金检测结合锌铜合金和锡青铜合金。轴承、衬套、止推板、油冷却器、油添加剂	衬套、止推板、油冷却器	散热器、油冷却器、加热器核心
铁 菲	最常见的磨损金属。气缸套、气门摇臂、轴承,曲轴,凸轮轴,手腕别针,住房	缸、齿轮、棒	衬垫、水泵、气缸体、气缸盖
铅 Pb	轴承合金、衬套、海豹、焊料、油脂、含铅汽油	衬套	焊接、油冷却器、加热器核心
镁 毫克	外壳在飞机和海洋系统、石油添加剂	添加剂,外壳	铸造合金
钼 莫	活塞环、添加剂、冷却剂污染	添加剂,冷却液污染	防空蚀抑制剂
镍 倪	从轴承合金,合金阀火车,涡轮叶片	不适用	不适用
磷 P	抗磨添加剂	抗磨添加剂	pH缓冲
钾 K	冷却剂泄漏,空气中的污染物	冷却剂泄漏,空气中的污染物	pH缓冲
硅 如果	空气中的粉尘、海豹、冷却剂泄漏,添加剂	空气中的粉尘、海豹、冷却剂泄漏,添加剂	沫和防腐抑制剂
银 Ag)	轴承笼子(镀银),活塞销衬套EMD柴油发动机,管道用银油冷却器的焊点	从润滑油冷却器银焊点	不适用
钠 Na	冷却剂泄漏、盐水和油脂在船用设备、添加剂app亚博体育	冷却剂泄漏、盐水和油脂在船用设备、添加剂app亚博体育	抑制剂
锡 Sn	轴承合金、活塞环、海豹、焊料	轴承合金	不适用
钛 “透明国际”	燃气轮机轴承中心穿、涡轮叶片、压缩机光盘	不适用	不适用
锌 锌	抗磨添加剂	抗磨添加剂	穿金属从黄铜组件

光谱学原理

光谱学方法检测,然后量化元素物质的存在。光谱分析认为,每个元素都有一个特殊的原子结构,当受到能量,每个元素释放特定的颜色或波长的光。如果这光分散的分散元素的帮助下,如棱镜,光谱线会结果。收集到的光线可以检查和每个元素包含在样品确认因为没有两个元素谱线的有相同的模式。此外,发射光的强度正比于样品中存在的元素的数量,允许该元素的浓度决定。

这些谱线的只有一个元素的原子结构。的氢原子,原子序数的频谱是客观的简单(图1)。另一方面,铁的光谱包含一个原子序数的26要复杂得多的发射谱线数量相对应的可见光谱可能发生的许多可能的电子转换(图2)。如果不止一个元素存在于样本,独特的不同波长的谱线为每一个元素将会出现。有必要单独的这些线为了识别并量化的元素出现在示例。一般来说,只有一个谱线在许多选择为了确定一个特定元素的浓度。这条线是为从谱线强度和自由选择其他元素的干扰。光学系统是必要的为了完成这个。

图1所示。发射光谱的氢。

图2。发射光谱的铁。

旋转圆盘电极光学发射光谱学(RDE-OES)

光谱仪,看大量的谱线从一个激动或加热样品被称为光学发射光谱仪。三个关键组件的所有光学发射光谱仪组成。

1. 激励源——介绍了能源的样本。
2. 光学系统——分离,然后解决由此产生的发射波长,激发其组件。
3. 读出系统标识和措施分为其组件的光波长的光学系统,然后提出了这些信息可用的方式给操作员。

放电是一种典型的现代光谱仪方法用于激励源。源设计传授能源产生的电弧或火花,样本。石油分析光谱仪,一个巨大的电势之间设置磁盘和棒电极与石油样品之间的差距。电荷存储在电容器放电在这种差距产生一个高温电弧,蒸发产生的一部分的样本,开发一个等离子体。

等离子体是一种热,高度电离气体的释放强烈的光。这个过程的结果所发出光线包括排放的所有元素出现在示例。现在可以单独这些排放到单独的波长,然后测量使用适当的光学系统设计。温度在5000 - 6000°C范围达到甚至难以激发元素释放足够的光线很容易检测到。

石油被引发,或“燃烧”,旋转圆盘电极碳和碳棒电极自早期的光谱石油分析。样品放置在一个示例帽,磁盘然后部分浸在油样本和磁盘旋转燃烧所得(图3)。这需要大约2或3毫升的样本,基于所使用的确切帽。

图3。RDE光谱仪样品站显示石油样品被“烧”。

一个新的磁盘和一个新磨杆需要每个样品为了消除样品结转。这种方法被称为旋转圆盘电极(RDE)光学发射光谱学(OES),或修炼两个,RDE-OES。另外,它被称为RDE-AES,代表旋转圆盘电极原子发射光谱。

等离子体的光光学系统分离,光谱仪,到离散波长组成。一个光学设备称为衍射光栅用于分离离散波长。衍射光栅是凹镜以极细纹表面,导致事件多色光波长分成组件,然后集中在光探测器的数组。

图4展示了一个关键组成部分石油分析光谱仪使用多色器光学,基于罗兰圆的概念。光激发过程,或者“燃烧”,离开了光纤电缆,穿过入口狭缝,在集中在由透镜衍射光栅。包含元素的入口狭缝引入了光油样品中,定义了谱线的形状由光栅衍射后焦曲线。这里的光栅是独立的,或者“衍射”,这光波长到它的组件。电子谱线可以拍照或量化的电荷耦合装置(ccd)或光电倍增管(pmt)。

图4。示意图的旋转圆盘电极光学发射光谱仪对石油的分析。

谱仪的读数系统通常是由一个工业控制级处理器和软件。时钟电路、放大器定期读取CCD芯片,或者照片光电倍增管,把它从模拟到数字(ADC)信号来测量光落在了一个像素。一个像素上的电荷积累转化为任意数量定义为“强度”单位。每个元素的总强度比较校准曲线存储在内存中,在最后的分析中,随后将他们转化为元素的浓度出现在示例(图5)。

浓度通常用ppm (ppm)。这些信息可以被打印出来,或者显示在屏幕上。在完成分析并记录结果,系统准备接下来的分析。分析结果可能会存储在硬盘上,左在屏幕上或发送到外部的电脑。

图5。RDE-OES读出系统。

SpectrOil家族光谱仪:市场领先RDE光谱仪

RDE-OES光谱仪使用石油分析元素测量仍然是首选。已经超过5年的技术首先是通过铁路和军事,因为仪器的强度,稳定性和可靠性。研发继续方法,检测的关键改进限制,和长期稳定,由于新的电子硬件、软件和光学。在这些领域的最新创新集成到SpectrOil 100系列分光计,如图6所示。

这个系统有一个非常小的足迹,比以往任何时候都更容易使用,使其成为理想的解决方案为冷却剂,润滑剂和现场燃料实验室在发电、矿业和商业实验室。SpectrOil可用的特定于应用程序的配置见下表。

图6。100系列SpectrOil RDE光谱仪。

表2。SpectrOil 100系列模型和校准范围在ppm。

应用程序	110 e 基本的引擎	120 c			华氏120度 燃料
		标准的润滑剂	扩展选项	冷却剂的选择
Ag)	0 - 900	0 - 900
艾尔	0 - 900	0 - 900		0 - 50	0 - 500
作为			0 - 100
B	0 - 900	0 - 900		0 - 1000
英航		0 - 5000
Bi			0 - 100
Ca	0 - 3000	0 - 5000		0 - 50	0 - 500
Cd		0 - 900
Ce			0 - 100
有限公司			0 - 100
Cr	0 - 900	0 - 900			0 - 500
铜	0 - 900	0 - 900		0 - 50	0 - 500
菲	0 - 900	0 - 900		0 - 50	0 - 500
在			0 - 100
K		0 - 900		0 - 10000	0 - 500
李		0 - 900			0 - 500
毫克		0 - 5000		0 - 50	0 - 1500
锰		0 - 900			0 - 500
莫	0 - 900	0 - 900		0 - 500
Na	0 - 3000	0 - 5000		0 - 10000	0 - 100
倪	0 - 900	0 - 900			0 - 500
P	0 - 3000	0 - 5000		0 - 2500
Pb	0 - 900	0 - 900		0 - 50	0 - 500
年代
某人		0 - 100
如果	0 - 900	0 - 900		0 - 500	0 - 300
Sn	0 - 900	0 - 900
“透明国际”		0 - 900
V		0 - 900			0 - 500
W			0 - 100
锌	0 - 3000	0 - 5000		0 - 50	0 - 500
Zr			0 - 100

SpectrOil M是一个坚固的和便携式系统主要用于军事应用指定的国防部JOAP程序(图7)。SpectrOil 110 e的特定需求定制引擎监控,而SpectrOil 120 c实现ASTM D6595的要求,并为商业客户是默认选项。¹SpectrOil 120 f的燃料分析符合ASTM D6728的要求,和一个额外的L / D程序可用来满足特定的低钒和碱元素限制通用电气电力系统所需的燃气涡轮机,每GE - mtd - td - 002规范。这些系统也用于冷却分析和彻底冲洗水分析。²

图7。SpectrOil M系列元素分析仪。

先进的软件的稳定性和准确性

SpectrOil Version 8软件包括最新创新先进的信号处理和背景校正能力等主要性能改进。系统提供了一种智能技术测量峰值信号,导致较低的LOD 2 x的大部分元素(表3)。活跃警报允许用户知道什么时候结果会受到影响,因为仪器漂移。新综合标准化是一个更高效的工作流程,测量实际样品时节省时间。最后,更好的自我监控工具意味着增强的长期稳定性,因此需要标准化少随着时间的推移,结果是稳定(图8)。

图8。测量0.2 ppm的钒基础油标准超过70天的发电领域的实验室。

表3。典型的2σLOD (ppm)的SpectrOil校准CS-24商业石油分析程序。8版本软件和最新的光学技术提供特殊信号噪声和系统性能。

元素	典型的LOD
李	≤0.01
Ag)
铜
K
Na	0.05
Cr
B
“透明国际”
英航	0.01
锌
Ca
锰
倪
如果
艾尔
菲
Cd
毫克
V	0.2
莫
Sn
Pb	0.3
某人	1
P

SpectrOil光谱仪提供非常准确和稳定的元素分析测量油和燃料,使该方法可靠性实验室经理和专业人士的首选需要快速结果没有样品制备、玻璃器皿、气体,或高级培训。SpectrOil分析器是一个适合地点时间敏感的样品生产和不稳定的样卷(主要是五个样品,偶尔100)是常见的。注意点是f1比赛团队依赖这种技术援助他们的汽车,在时间可靠性、灵敏度和sub-ppm磨损的变化意味着胜利和回家的差异(图9)。

图9。麦克拉伦和美孚1使用SpectrOil 100系列在全球F1电路(Ref:麦克拉伦)。

实验室与稳定卷可以获得样品处理的低成本与高稳定性和准确性;也可以保证自动样品处理。RDE光谱仪一直很难自动化,因为需要重新进货的每个分析后的石墨电极。实际解决RDE光谱仪自动化是SpectrOil M / R D2R2,它使用一个集成的autosampler磁盘和两个石墨电极,如图10所示。

换样器的机械手臂自动添加的每个48石油样本序列,的速度每小时80样品,没有样品稀释的必要性。

图10。机器人在SpectrOil M / R光谱仪。

整个自动化系统挂载到光谱仪样品站和实现的所有功能按顺序添加和删除石油样品和切换石墨电极。是独立的,自主的光谱仪的操作软件。虽然操作是自动的,也有能力手动通过每个机器人的操作序列。新的信号处理和光学硬件使这个解决方案很有吸引力的商业实验室和独家支持实验室提供稳定的卷。

案例研究:铁路现场实验室

铁路和发电公司与老EMD高马力柴油电动发动机依赖光谱石油分析来检测异常轴承磨损处于初始阶段。这些舰队标准化低锌”机车油”回避衬套和轴承的过早磨损。商业石油实验室安装SpectrOil在铁路领域实验室交换码来支持日常维护操作。总结报告的前三SpectrOil石油分析Ag(银)检测到2 ppm。

这个级别是一个警报,促使展开调查。在这种类型的发动机,错误的油含有锌基添加剂包可以引起严重的磨损问题。几个组件,如活塞销轴承、银涂层,当存在锌腐蚀和磨损。的初始阶段造成的腐蚀锌添加剂所示的增加铜、铁和银穿金属。SpectrOil分析其他元素,磷,镁,锌有助于提供线索的根源穿机车是超过了错误的机油。

一个建议,以分析、排水和冲洗系统,以及检测正确完成石油需求。这个错误不会被任何其他表现出早期状态监测方法,如振动分析,超声波,温度记录和性能监控。无油分析,磨损问题可能导致轴承故障和关键改革,花费超过150000美元。核能发电设施,利用大型柴油发动机紧急备用电力寻求SpectrOil的磨损检测水平低也可以提供。

表4。光谱结果在ppm的EMD中速柴油机车。SpectrOil 110 E系统是理想的铁路领域实验室。

	菲	铜	Ag)	毫克	P	锌
30-Sep	19	10	0	0	0	3
23-Dec	21	10	0	0	9	3
23-Mar	27	13	2	107年	75年	90年

总之,最新的创新光学发射光谱学、SpectrOil产品线中所示,今天提供最高质量元素的分析性能。新的光学和分析功能,结合的经过验证的可靠性和稳定性SpectrOil技术使它成为完美的解决方案元素分析在使用石油和燃料的分析。

引用

1。ASTM D6595穿金属和污染物的测定标准方法使用润滑油或液压流体的旋转圆盘电极原子发射光谱法。

2。ASTM 6728标准试验方法测定污染物在燃气轮机和柴油通过旋转圆盘电极原子发射光谱法。

3所示。莱茵河,真实再现萨巴,C.S.考夫曼,右眼”金属探测功能转盘发射光谱仪,“润滑工程,42卷,# 12,755页

4所示。卢卡斯,M。层面,石油醚金属颗粒大小的影响,“穿金属的分析使用转盘原子发射技术,”国际研讨会上提出了石油分析,埃尔丁,德国,1978年7月。

5。安德森,D.P. &卢卡斯,M。”,柴油发动机冷却液的分析。新申请建立仪器”,发表于1998年技术展示,JOAP国际状态监测会议,移动,4月20 - 24,1998。

6。卢卡斯,m &安德森,聚合度、机器和润滑油状态监测延长设备寿命和预见性维护发电厂、学报Power-Gen国际,雅加达,印度尼西亚,1996。app亚博体育

这些信息已经采购,审核并改编自公司斯派克所提供的材料科学。亚博网站下载

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