При подготовке водорастворимых СОЖ необходимо соблюдать требования по концентрации и качеству применяемой воды. Далее рассмотрим какие параметры воды необходимо контролировать, как они влияют на конечный состав и как разводить СОЖ водой.
Качество воды зависит от источника. Вода может содержать растворенные минералы, растворенные газы, органические вещества, микроорганизмы или их сочетания, которые ухудшают работу смазочно-охлаждающих жидкостей. Содержание растворенных минералов в поверхностной воде озера или реки зависит, в частности, от близости к минеральным залежам и от соседства с сельхозугодьями, где применялись удобрения. Обычно озерная вода имеет более стабильное качество, тогда как качество речной воды заметно меняется с погодными условиями. Подземная вода скважины, фильтруясь через минеральные породы, как правило, содержит больше растворенных минералов, чем озерная или речная. Вместе с тем поверхностная вода чаще содержит большее число микроорганизмов бактерии и грибы и требует обработки.
Некоторые предприятия используют скважинную воду и при этом анализируют ее химический состав. Большинство же пользуется водой из водопровода, где проводятся регулярные анализы. Чтобы оценить влияние воды на смесь СОЖ, в большинстве случаев достаточно измерить:
· Общую жесткость в пересчете на карбонат кальция CaCO3;
· pH;
· Щелочность P и M в пересчете на CaCO3;
· Хлориды;
· Сульфаты;
· Фосфаты;
· Общая жесткость.
Наибольшее влияние на смесь СОЖ оказывает общая жесткость. Жесткость обусловлена растворенными минералами, обычно ионами кальция и магния, выражается в ppm и приводится к эквиваленту CaCO3. Оптимальная жесткость воды для приготовления смеси СОЖ находится в диапазоне 80-125 ppm. Термин мягкая вода используют при общей жесткости менее 100 ppm, термин жесткая вода при значениях свыше 200 ppm. Для оперативной оценки доступны наборы и индикаторные полоски различных производителей.
Мягкая вода
При общей жесткости менее 50 ppm смесь СОЖ склонна к пенообразованию, особенно в условиях интенсивной турбулентности потока. Пена приводит к переполнению резервуаров, станков и обратных лотков, мешает работе отстойников поскольку удерживает мелкую стружку во взвеси, закрывает зону обработки и снижает охлаждающую способность водных СОЖ. Эмульгируемые масла и полусинтетические продукты обычно пенятся сильнее в мягкой воде, чем синтетические. После нескольких дней работы в присутствии стружки, грязи и постороннего масла пена, как правило, уменьшается. Если требуется устранить ее немедленно, проверьте физические причины избыточной пены: резкие повороты и перепады в трассах, высоконапорные форсунки, неисправные насосы. Если механические причины исключены, применяют пеногасители. О природе пенообразования мы уже рассказывали в одной из статей.
Жесткая вода
Жесткая вода в сочетании с некоторыми водосмешиваемыми СОЖ вызывает образование нерастворимых мыл. Растворенные минералы реагируют с анионными эмульгаторами концентрата СОЖ, образуя нерастворимые соединения в виде «накипи» и пленки на смеси. Такая пленка покрывает стенки резервуаров, забивает трубопроводы и фильтры, оставляет липкие отложения на оборудовании и может вызывать заедание измерительных приборов. Поскольку эмульгируемые масла обычно наименее устойчивы к жесткой воде, негативный эффект выражен сильнее именно для них. В тяжелых случаях наблюдается расслоение свежей смеси с подъемом масляного слоя наверх.
Полусинтетические и синтетические СОЖ могут визуально не демонстрировать влияние жесткости. Некоторые формулируются с хорошей устойчивостью к жесткой воде. Однако растворенные минералы могут вступать в реакции и с другими ингредиентами, отличными от эмульгаторов. В результате компоненты смеси изменяются или связываются, и продукт не достигает паспортной эффективности. Содержание растворенных минералов в рабочей смеси растет по мере эксплуатации. За 30 дней концентрация может увеличиться в 3 5 раз из-за эффекта «котла» в резервуаре: вода испаряется, оставляя растворенные соли, а ежедневная подпитка обычно 3-10% приносит новые порции солей, которые накапливаются. Поэтому даже при исходно низкой минерализации растворенные соли быстро накапливаются и вызывают проблемы.
Уровень pH
Величина pH указывает, является ли среда кислой, нейтральной или щелочной. Значение 7 соответствует нейтральной среде, от 0 до 7 кислой, свыше 7 до 14 щелочной основной. Буферная способность СОЖ существенно выше, чем у водопроводной воды, поэтому корректировка pH самой воды, как правило, не требуется.
Щелочные показатели
Различают два вида щелочности в воде: P и M. Щелочность P отражает содержание карбонат-ионов и выражается в ppm в пересчете на CaCO3. Ее иногда называют постоянной щелочностью, она не изменяется при кипячении в отличие от щелочности M. Щелочность M учитывает как карбонат-ион, так и бикарбонат-ион 3 и также выражается в ppm в пересчете на CaCO3. Ее называют общей и временной, поскольку при кипячении она снижается до уровня P-щелочности.
Наилучшие результаты для СОЖ обычно достигаются при pH 8.8-9.5. Для эффективного отмыва защиты от коррозии требуется определенная щелочность. Слишком высокие pH и общая щелочность могут приводить к питтингу и окрашиванию цветных металлов, а также к раздражению кожи. На данный момент не существует удовлетворительной обработки избыточно щелочной воды, поэтому критичен корректный выбор продукта.
Хлориды
Повышенное содержание ионов хлорида при приготовлении смеси СОЖ усложняет предотвращение коррозии и окрашивания. Иногда помогает повышение рабочей концентрации СОЖ. В иных случаях избыточные хлориды необходимо удалять из воды предварительной деминерализацией.
Сульфаты
Ионы сульфата также ухудшают коррозионную стойкость, хотя обычно меньше, чем хлориды. Кроме того, они могут стимулировать бактериальный рост. Если содержание превышает 100 ppm, повышение рабочей концентрации смеси может улучшить защиту от коррозии.
Фосфаты
Ионы фосфата повышают общую щелочность и стимулируют рост бактерий. При наличии фосфатов в воде их следует удалять деминерализацией.
Подготовка воды
Для обработки жесткой воды обычно применяют два процесса: смягчение и деминерализацию.
Смягчение воды
При смягчении вода проходит через цеолитовый ионообменник, который заменяет кальций и магний катионы, ответственные за жесткость на натрий. В итоге вода, богатая Ca и Mg, становится богатой Na. Суммарное количество растворенных веществ не уменьшается, однако ионы натрия не образуют с ПАВ нерастворимые «жесткие» мыла. При этом агрессивные анионы не удаляются и продолжают накапливаться в рабочей смеси, повышая риск коррозии и солевых отложений. Поэтому применение смягченной воды не рекомендуется для водосмешиваемых СОЖ.
Деминерализация
Для деминерализации используют деионизаторы или установки обратного осмоса. Деионизаторы удаляют растворенные минералы частично или полностью в зависимости от типа и числа смоляных слоев. Для СОЖ нет необходимости получать особо чистую воду. Жесткость 80-125 ppm является подходящей. Обычно деионизатор с двумя слоями смолы дает достаточное качество, тогда как смешанный слой применяется для получения особо чистой воды и стоит дороже. Обратный осмос удаляет растворенные соли, пропуская воду под давлением через полупроницаемую мембрану; как правило, удаляется 90-95%растворенных веществ.
Выбор метода водоподготовки
При выборе метода учитывают химию воды по результатам анализа, требуемые объемы, целевые показатели качества и экономику капитальные и эксплуатационные затраты. Смягчение устраняет образование «накипи» в некоторых смесях СОЖ, но повышает вероятность коррозии. Деионизаторы обычно дешевле по капитальным затратам, чем обратный осмос, но дороже в эксплуатации. Они обеспечивают более высокое качество воды, однако смолы необходимо регулярно регенерировать. При редкой регенерации качество воды ухудшается, а слои смолы становятся благоприятной средой для бактериального роста. Установки обратного осмоса не требуют регенерации, но нуждаются в периодической замене мембран, сроки зависят от качества подаваемой воды. Предварительная механическая и химическая обработка перед деионизацией или обратным осмосом обычно продлевает срок службы смол или мембран. При любом методе деминерализации возможно вспенивание при первичном заполнении системы СОЖ. Чтобы его избежать, первичную заправку можно выполнить не обработанной водой за исключением случаев чрезмерной минерализации, а последующие подпитки готовить уже на деминерализованной воде. Со временем в контур попадут примеси стружка, абразив, пыль, но их вклад невелик по сравнению с ежедневным использованием необработанной воды для подпитки.
Концентрация и пропорции СОЖ
Водосмешиваемые смазочно-охлаждающие жидкости обычно работают в диапазоне концентраций 3-8 %, хотя для тяжелых режимов нередко применяют 10% и выше. Концентрация является важнейшим параметром контроля. Это не абсолютная величина, а оценка концентрации неизвестной смеси по сравнению со значением, полученным для эталонной контрольной смеси. Любой метод имеет присущие ему погрешности, влияющие факторы и помехи, что необходимо учитывать при интерпретации данных. Для ряда продуктов могут существовать несколько способов измерения концентрации, основанных на разных компонентах состава. Один метод оценивает щелочность, другой анионные компоненты, третий неионогенные. Первоначально результаты могут совпадать, но по мере старения рабочей смеси и поступления загрязнений значения начинают расходиться. В отдельных случаях для восстановления характеристик требуется пакет присадок для ребалансировки продукта. Для других продуктов такие изменения рассматриваются как нормальная часть процесса старения.
«Likkor» разрабатывает СОЖ так, чтобы при соблюдении требуемого рабочего диапазона в смеси поддерживались необходимые уровни функциональных компонентов смазки, ингибиторов коррозии, биоцидов и др. Для достижения заданной эффективности жидкость должна поддерживаться в этом диапазоне. Методы контроля и конкретные концентрации под ваши задачи определят специалисты компании.