CC BY
146
УДК 621.892.004.8
С.С. Гусев, канд. техн. наук, ст. преподаватель В.Н. Боярский, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
регенерация отработанных моторных и гидравлических масел при эксплуатации автотранспортной и сельскохозяйственной техники
В сельскохозяйственном производстве используется большое количество нефтяных масел различного назначения, у которых в процессе эксплуатации ухудшаются физико-химические свойства, что делает невозможным дальнейшее применение этих масел по прямому назначению. Отработанные нефтяные масла являются одним из существенных источников загрязнения окружающей среды (почвы, водоемов и грунтовых вод). В связи с этим вопросы утилизации отработанных нефтяных масел имеют важное значение.
Наиболее эффективным способом вторичного использования отработанных нефтяных масел является их регенерация, т. е. восстановление первоначальных потребительских свойств масла, что делает возможным его применение по прямому назначению.
Регенерация отработанных масел может осуществляться на крупных заводах и на установках небольшой производительности, приближенных к местам потребления масел. Выработка регенерированных масел на крупных заводах затруднена из-за сложности организации сбора масел по сортам и маркам, что обеспечило бы получение качественной продукции. Поэтому целесообразно организовать переработку отработанных масел в местах их потребления с использованием эффективных малогабаритных регенерационных установок.
Регенерация отработанных масел в местах их потребления позволяет:
• упростить процесс сбора и исключить транспортирование отработанных масел на пункты переработки, что снизит потери масел и предотвратит загрязнение окружающей среды;
• обеспечить сбор масел по сортам и маркам, исключив пересортицу, что является непременным условием получения качественных продуктов.
Главная трудность при создании малогабаритных регенерационных установок состоит в выборе достаточно эффективного, экологически безопасного и экономически выгодного способа регенерации отработанных масел, а также его аппаратурное оформление.
В настоящее время разработан принципиально новый класс высокопористых полимерных ма-
76
териалов, имеющих пространственно-глобулярную структуру, — ПГС-полимеры. Эти материалы могут изготовляться на основе широкого ассортимента исходных мономеров, обладающих заданными функциональными свойствами. Для этой цели используют соединения типа стирола, винилпиридина, ме-тилметакрилата, акрилонитрила, бутадиена, а также фенолы, амины, меламины, эпоксиды и т. п.*. Особый интерес представляет возможность придания ПГС-полимерам заданных сорбционных, коалес-центных, ионообменных и других свойств путем синтеза материалов с активными функциональными группами, что делает перспективным применение таких материалов для разделения мелкодисперсных суспензий и коллоидных растворов, извлечения растворенных веществ, в частности для регенерации отработанных нефтяных масел.
Лабораторные исследования показали возможность использовать ПГС-полимеры для восстановления качества отработанных нефтяных масел путем удаления из них частиц механических загрязнений, микрокапель эмульсионной воды и загрязнений органического характера, представляющих собой углеводородные и гетероорганиче-ские соединения. На основании этих исследований был спроектирован и изготовлен макетный образец малогабаритной регенерационной установки (рис. 1).
В процессе стендовых испытаний осуществлялась регенерация отработанных нефтяных масел различного назначения, которые применялись в разных условиях эксплуатации техники:
• турбинного Тп-22с, использовавшегося в качестве рабочей жидкости для тяжелонагруженных гидравлических систем;
• моторного М8Г2, использовавшегося в качестве смазачного масла для высокофорсированных двигателей сельскохозяйственной техники;
• гидравлического МГЕ-10А, использовавшегося в качестве маловязкой рабочей жидкости для гидравлических систем сельскохозяйственных,
* Коваленко, В.П. Использование ПГС-полимеров для очистки жидкостей в сельскохозяйственном производстве / В.П. Коваленко, К.Я. Лесной, С.С. Гусев, И.Н. Леонов // Вестник МГАУ «Технический сервис в АПК». — М., 2003. — Вып. 1. — С. 10-16.
Образцовый манометр
~220 В
г бак
/
Проточный электронагреватель Рис. 1. Технологическая схема макетного образца регенерационной установки
подъемно-транспортных и других мобильных машин. Результаты испытаний представлены в таблице.
Как видно из таблицы, регенерация отработанных нефтяных масел на макетном образце регенерационной установки позволила восстановить кинематическую вязкость, снизить кислотное число до допустимых пределов, уменьшить механические загрязнения, удалить воду и коррозионно-активные вещества из масла.
Проведенные испытания показали достаточно высокую эффективность разработанной установки для регенерации отработанных масел.
Производительность макетного образца определялась при кинематической вязкости масла не выше 10,0 мм2/с, для чего масло Тп-22с нагревали проточным электронагревателем до температуры
85 °С, масло М8Г2 — до 90 °С, а масло МГЕ-10А — до 50 °С. Производительность макетного образца составила 0,94 л/мин.
После повышения перепада давления на регенерационном элементе до предельно допустимого значения — 0,15 МПа и последующей его проти-воточной продувки сжатым воздухом производительность макетного образца составила 0,918 л/мин, т. е. снижение производительности в начальный момент нового цикла работы после продувки составило менее 4 %. Среднее время регенерации элемента из ПГС-полимера составило 0,25 ч, а средняя трудоемкость этой операции — 0,25 чел.-ч.
При повторной регенерации элемента пропускная способность восстановилась до того же уровня, что и после первой регенерации, но ресурс работы после каждого цикла регенерации снижался.
Эффективность регенерации отработанных нефтяных масел в процессе стендовых испытаний макетного образца регенерационной установки
Масло
Тп-22с М8Г2 МГЕ-10А
качества отрабо- танное регене- рирован- ное свежее ГОСТ 32-74 отрабо- танное регене- рирован- ное свежее ГОСТ 32-74 отрабо- танное регене- рирован- ное свежее ГОСТ 32-74
Кинематическая 2 О 2
вязкость, мм2/с 25,05 22,3 при 50 °С 5,5 8,2 8,0 при 100 °С 7,3 11,0 10 при 50 °С
Кислотное число,
мгКОН/г 0,03 0,02 0,02 - - - 1,3 0,7 0,4...0,7
Содержание меха-
нических загрязнений, % (масс.) 0,08 Отс. Отс. 0,05 0,003 0,015 0,007 0,002 0,003
Содержание воды, % (масс.) Следы Отс. Отс. 0,35 Следы Следы Следы Отс. Отс.
Коррозионная стойкость, г/м2 0,5 Отс. Отс. 25 20 20 Не выд. Выд. Выд.
На рис. 2 показана зависимость удельной пропускной способности ПГС-полимера, определяемой
из соотношения qуд =
Ум
S т
дм3/(м2с), от удельного объема регенерированного масла, определяемого отношением
V
V = масла Ууд - У
, дм3/м3,
где Км — объем регенерированного
масла, м3; 5э — площадь элемента, м2; т — продолжительность цикла регенерации, с; Уэ — объем элемента, м3.
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 Удельный объем регенерированного масла, ^м/Кэ, дм3/м3
Рис. 2. Изменение удельной пропускной способности ПГС-полимера после регенерации
Как видно из рис. 2, ресурс работы ПГС-полимера после первой регенерации снижается в 3 раза, а после второй регенерации — еще на 20 %, поэтому использовать ПГС-полимер более трех циклов нецелесообразно.
Стендовые испытания макетного образца регенерационной установки показали, что в процессе регенерации отработанных нефтяных масел такие показатели их качества, как кинематическая вязкость, кислотное число, содержание механических загрязнений и эмульсионной воды, коррозионная активность, восстанавливаются до значений, регламентируемых нормативной документацией на эти масла при их изготовлении и поставке потребителям.
Проведенный технико-экономический анализ показал, что применять передвижные регенерационные установки, осуществляющие восстановление качества отработанных масел непосредственно на маслопотребляющих предприятиях более целесообразно, чем на региональной маслорегенерационной станции или на локальных регенерационных установках на маслопотребляющих предприятиях.
На базе макетного образца, прошедшего стендовые испытания, разработана малогабаритная регенерационная установка для восстановления качества отработанных нефтяных масел. Регенерационная установка включает следующие составные части:
• систему подготовки отработанного масла к регенерации;
• систему регенерации отработанного и сбора регенерированного масла;
• систему регенерации элементов из ПГС-поли-мера;
• контрольно-измерительные приборы и запор-но-регулирующую аппаратуру.
Система подготовки отработанного масла к регенерации состоит из расходного блока, электрона-сосного агрегата, проточного электронагревателя, фильтра предварительной очистки и трубопроводных коммуникаций.
Система регенерации элементов из ПГС-поли-меров состоит из воздушного компрессора и сливного бака. Воздушный компрессор с электродвигателем служит для противоточной продувки элементов из ПГС-полимеров после их забивки, которая фиксируется по перепаду давления в блоке регенерации.
Комплект контрольно-измерительных приборов включает в себя манометры для измерения перепада давления масла на блоке регенерации и давления воздуха при противоточной продувке элементов из ПГС-полимеров, термометры типа ТПК (ГОСТ 9871-85) для измерения температуры регенерируемого масла, образцовый мерник и секундомер для контроля производительности регенерационной установки.
Запорно-регулирующая арматура состоит из прямоточных вентилей, установленных на трубопроводных коммуникациях устройства и предназначенных для операций, предусмотренных технологическим регламентом, а также для регулирования подачи насоса при помощи перепускной линии. Составные части установки монтируют на жесткой раме, перемещаемой в кузове автомобиля или автоприцепа, а при работе устанавливают в закрытом помещении или под навесом.
При потребности в увеличении производительность установки возможно ее модульное исполнение, при котором два или несколько блоков регенерации включаются параллельно. Насос НШ-10-3В обеспечивает подачу отработанного масла в блоки регенерации модульной регенерационной установки при увеличении числа этих блоков до пяти, а число фильтров предварительной очистки при необходимости может быть увеличено.
