بهره گیری از آنالیز روغن در شناسایی مسائل تخریب سیال توسط وارنیش

استاندارد های سطح تمیزی روغن
آبان ۲۷, ۱۳۹۷
روانکار ها با پایه ی مصنوعی یا سینتتیک
آبان ۲۷, ۱۳۹۷

بهره گیری از آنالیز روغن در تخریب سیال (روش های آنالیز و بررسی)

بحث زیر، فهرست برخی از ابزار در دسترس، به طور خاص برای شناسایی مسائل تخریب سیال می باشد.

آزمون های اولیه برای تخریب سیالات

فرآیندهای غشایی رنگ سنجی (MPC) و یا تجزیه و تحلیل کمی اسپکتروفتومتری (QSAM)

فرآیندهای غشایی رنگ سنجی یک روش آزمایشگاهی است که  برای استخراج آلاینده نامحلول از یک نمونه روغن بر اساس تجزیه و تحلیل طیفی از مواد جدا شده، مورد استفاده قرار می گیرد. با QSASM، یک ارتباط مستقیم بین رنگ و شدت نامحلول با تخریب روغن ساخته شده است. این آزمون برای شناسایی آلاینده نرم طراحی شده است (آن دسته ای که به طور مستقیم با تخریب روغن مرتبط هستند)، و تحت تاثیر آلاینده های بزرگ تر و سخت تر که ارتباطی با تخریب روغن ندارند قرار نمی گیرد. این تست بسیار حساس و قابل اعتماد برای تشخیص تغییرات جزئی در سطوح نامحلول در نظر گرفته می شود. روش آزمون MPC در قالب پیش نویس به عنوان یک استاندارد ASTM جدید شناخته شده بود، که در حال حاضر این روش به عنوان روش استاندارد با مشخصه ی ASTM D-7843 مورد استفاده قرار می گیرد.

اصول کارکرد این آزمایش

هنگامی که نمونه توسط آزمایشگاه دریافت شد، آن را برای یک زمان مشخص در درجه حرارت کنترل شده ای نگاه می دارند. هنگامی که زمان مورد نیاز فرا رسید بخشی از روغن با یک حلال غیر قطبی مخلوط می شود و از داخل یک پچ ۰٫۴۵ میکرون میلی پور عبور داده می شود. مواد وارنیش طبیعتا قطبی هستند، و تقریبا در روغن / یا مخلوط، محلول نیستند. لذا مواد نامحلول توسط پچ میلی پور گرفته می شوند. وارنیش میل به جای گذاشتن رنگ بر روی پچ دارد و با اندازه گیری همین رنگ و شدت رنگ مواد رسوبی مشخصه ای درباره ی سطح وارنیش در سیستم بدست می آید.

اهمیت MPC

با نظارت بر سطح نامحلول در روغن روانکار، تصمیمات آگاهانه ای  می تواند راجع به تکنولوژی کاهش وارنیش و هزینه های متحمل از خاموشی گرفت. آزمون مکرر وقتی که روش کاهش وارنیش انتخاب و گزیده شد می تواند برای کمک به ارزیابی اثربخشی تکنولوژی در استفاده از آن، مورد استفاده قرار گیرد. آزمون MPC برای بررسی این شرایط، بخصوص شرایط پیش و پس از تصفیه، آزمون مناسبی است.

کاربردهای آزمون MPC

توربین های بخار، توربین گاز، سیستم های هیدرولیک، کمپرسور، سیستم های بلبرینگ .

جدول مقادیر و ویژگی  MPC

مقادیر MPC
اقدام
<15 طبیعی : نیازی به اقدام وفعالیتی نیست.
۱۶ الی  ۳۰ نظارت : نیازمند به انجام آزمون های مرتب است.
۳۱  الی  ۴۰ غیر عادی : امکان رسوب وارنیش و کارکرد نامناسب ، حذف وارنیش
>50 بحرانی : امکان کارکرد نامناسب، وجود رسوب ته نشین وارنیش ، حدف وارنیش

 

آنالیز تبدیل مادون قرمز فوریه  ASTM E-2412

(FTIR)

    طیف سنجی مادون قرمز روش مورد استفاده برای اندازه گیری مواد شیمیایی از اجزای مولکولی آلی است. آزمون FTIR می تواند برای نظارت بر تخلیه افزودنی، محصولات جانبی ناشی از تخریب آلی و حضور آلاینده های مختلف استفاده شود. این آزمون، یک آزمون اولیه خوب برای اندازه گیری تغییرات شیمیایی روغن پایه مایع است، علاوه بر شناسایی مکانیسم تخریب که ممکن است مسئول تخریب سیال باشد.

نمونه ای از دستگاه FTIR ساخت شرکت JAsco

نرخ رسوب آلترا سانتریفیوژ

   این یک روش برای جداسازی تمام مواد نامحلول در نمونه است. که توسط چرخش نمونه در ۲۰۰۰۰ دور در دقیقه در یک سانتریفیوژ به مدت ۳۰ دقیقه انجام می شود. مواد نامحلول از مایع به صورت سانتریفیوژی از هم جدا می شوند. و این روش اجازه ی استفاده از مقیاس نرخ رسوب را بصورت بصری می دهد. حداقل مقدار یک، نشان دهنده پایین ترین سطح مواد نامحلول است. حداکثر مقدار هشت نیز بیان گر مقدار بحرانی است. محدودیت های این آزمون شامل ناتوانی در افتراق بین محصولات جانبی ناشی از تخریب روغن و دیگر آلاینده های نامحلول (خاک) می باشد. متاسفانه، فرآیند سانتریفیوژ نیز ممکن است مواد افزودنی را (افزودنی VI، دیسپرس و سولفونات) حذف کند و حتی ممکن است در اجرا متحمل سختی کار باشد.

آزمون های ثانویه برای تخریب سیالات

ویسکوزیته ASTM D 445

ویسکوزیته می تواند به عنوان مقاومت یک مایع و یا نیمه جامد به جریان تعریف شده و مهمترین خاصیت روان کننده در نظر گرفته می شود. همچنین می تواند توسط اشکال مختلف تخریب سیال تحت تاثیر قرار گیرد. مطبوع و مناسب نگاه داشتن ویسکوزیته روغن تاثیر بسیاری در ضخامت فیلم روغن دارد. با این حال حساسیت به یک تغییر ویژه در ویسکوزیته که توسط عوامل تخریب سیال رخ می دهد، و تغییر در فاکتور های عملیاتی دیگر (افزایش در اسیدیته و مواد نا محلول و غیره) که ممکن است در آن نهفته باشد، این تست را برای تشخیص آن ها تست مناسبی می کند.

ولتامتری رفت و برگشت خطی (LSV) و یا تستRULER

(ASTM D 6971)

    این آزمون برای تشخیص سلامت اکسیداتیو یک روان کننده با اندازه گیری آنتی اکسیدان اولیه در مایع طراحی شده است.این آزمایش با استفاده از ابزاری به نام RULER انجام می شود و یک ابزار ضرور ی در نظارت بر شرایط سلامت روان کننده می باشد. سطح باقی مانده افزودنی، و در نتیجه عمر مفید  باقی مانده روان کننده، در مقایسه با سطح اصلی روغن و افزودنی تعیین می شوند. نتایج LSV را می توان به تخریب سیال ارتباط مستقیم داد.

تست اکسیداسیون چرخش مخازن تحت فشار (PVORT)

ASTM D-2272

    از مهمترین خواص روغن روانکار، پایداری در برابر اکسیداسیون و یا مقاومت در برابر آن است. آزمون RPVOT (قبلا RBOT) یک آزمون اکسیداسیون کنترل شده ،و سریع روانکار که برای اندازه گیری عملکرد باقی مانده مواد افزودنی آنتی اکسیدان استفاده می گردد. نتایج پس از تست با روغن روانکار جدید ارزیابی و مقایسه می شوند . این آزمون به عنوان یک آزمون اولیه ی  عامل تنزل روانکار مقدار محدودی دارد زیرا تخریب و تنزل سیال ممکن است در بخش جدا شده و ایزوله شده صورت گیرد، و سبب تشکیل مواد نا محلول در روانکار شود بدون این که در مقدار PVORT  تاثیر بگذارد. در واقع این مورد برای مشکلات حاصل از لجن و وارنیش خیلی هم غیر معمول نیست ، بر عکس بسیار رایج نیز هست .

عدد اسیدی ASTM D-974 & D- 644

     این ابزار ترکیبات اسیدی موجود در روان کننده را اندازه گیری می کند. بیشتر  ضدزنگ های مورد استفاده در روغن اسیدی هستند و به عدد اسید روغن جدید می افزایند. افزایش در روغن جدید نظارت می شود، که بازتاب کننده ی مقدار محصولات اکسید شده ی اسیدی است. افزایش عدد اسیدی نیز می تواند به  مخلوطی از آلودگی، محصولات و / یا تحولات شیمیایی نسبت داده شود. اگر چه این یک ابزار با ارزش است، اما زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که واکنش شیمیایی ما رخ داده باشد، و بصورت ذاتی به اسید های ضعیف ارگانیک (آلی) که توسط تخریب و یا تنزل سیال (روانکار) بوجود آمده اند حساس باشند.

دیگر ابزار(آزمون ) مفید آنالیز

مواد غیر قابل حل پنتان / تولوئن ASTM D-893

    این آزمون برای تعیین سطح و ترکیب آلاینده نامحلول در یک روان کننده استفاده می شود. سطح آلودگی از اندازه گیری موادی که می توان بصورت مکانیکی از سیال توسط یک سانتریفیوژ جدا کرد مشتق شده است. ترکیب و منشا مواد با شناسایی حلالیت آلاینده در پنتان و تولوئن به دست آمده است .

   در این آزمون  به دو روش در استاندارد ASTM اشاره شده است ؛ یک روش با انعقاد اضافه شده به حلال پایه، و یکی بدون آن. بخش اول این روش نیازمند به یک نمونه روان کننده نماینده مخلوط با پنتان و سانتریفوژ در RPM تعریف شده برای یک دوره زمانی مشخص می باشد . میزان مواد ته نشین شده در انتهای لوله نشان دهنده نامحلولی های روغن ، ماده صمغی است که ممکن است از مایع و / یا افزودنی تخریب شده (آلاینده نرم) سرچشمه بگیرد . این مواد به عنوان نامحلول پنتان  اندازه گیری و شناسایی می شوند. در بخش دوم  روش، پس از تعیین نامحلول پنتان، رسوب باقی مانده با یک راه حل مبتنی بر تولوئن مخلوط، دوباره سانترفیوژ می گردد و سیال آهسته خالی می شود.

رسوب باقی مانده از مواد مرتبط با منابع خارجی آلودگی ، آثار مخرب اصطکاک و یا تشکیل مواد غلیظ کربونیزه تولید شده توسط درجه حرارت بالا (آلاینده سخت)را می دهند. تغییرات این روش آزمون، شامل فیلتراسیون غشایی با رزین تولوئن می شود.

دلتای MPC

    مکانیسم های فیزیکی و شیمیایی متعددی ممکن است باعث شود که یک روغن تخریب گردد و وقتی که از سیستم سیر کوله یا  سیستم گردش روغن جدا می شود ،تولید مواد نامحلول می کند. این شرایط به نام تخریب خودکار شناخته می شوند. یکی از شرایط تخریب خودکار زمانی است که روان کننده شامل یک سیستم تخلیه کننده ی  افزودنی آنتی اکسیدان و تعداد زیادی از رادیکال های آزاد باشد.

    رادیکال های آزاد گونه ای از واکنش دهنده های شیمیایی هستند که از تخریب روغن بوجود آمده اند. آنتی اکسیدان ها انتشار رادیکال های آزاد را متوقف می کنند که اگر مانع انتشار رادیکال های آزاد نشود سبب تشکیل محصولانی جانبی و نا محلول می گرددکه به شکل گیری وارنیش می انجامد. تخریب خودکار می تواند ایجاد آلاینده های نامحلول در بخش کم و یا بدون جریان در یک مدار روان کننده را سبب شود، که مجددا به به تشکیل وارنیش می انجامد. اغلب، خطوطی که به شیر های غیر فعال و بسته منتهی می شوند به تخریب خودکار حساس هستند و زمانی که شیر ها باز می گردند وارنیش به شیر می چسبد.

     تخلیه الکترواستاتیک و microdieseling دو مکانیسم تخریب به عنوان عامل  تخریب خودکار  به دلیل توانایی خود در  ایجاد تعداد زیادی از رادیکال های آزاد در یک منطقه ایزوله شناخته می شوند. چرخه تخریب خودکار پس از نمونه گیری از مخزن معمولا در حدود ۷۲ ساعت بعد به نقطه نهایی می رسد. تخریب خودکار با مقایسه ی یک  MPC در دسترس و یا تست QASAM با نتیجه ی استخراجی از آزمایشگاه می تواند مشخص گردد. این آزمون دلتا MPC یا Qasam نامیده می شود زیرا تغییرات در ارزش آزمون در طول زمان مشاهده شده است.

High-pressure Differential Scanning Calorimetry (HPDSC) ASTM D6186

    HPDSC یک ابزار است که برای اندازه گیری زمان القاء اکسایش روغن های روان کننده تحت اکسیژن در ۵۰۰ پوند بر اینچ مربع و دمای بالا (۱۳۰ درجه سانتی گراد و ۲۱۰ درجه سانتی گراد) استفاده می شود. بسیاری از محققان بر این باورند این ابزار مربوط به RPVOT یا RULER در توانایی آن برای تست امید به زندگی اکسیداسیون روان کننده  است. از آنجا که اندازه نمونه کوچک است، اثرات محلول با حجم بالا به حداقل می رسد و قادر خواهیم بود که تبادلات طبیعی نمونه را با اکسیژن اتمسفر خود مشاهده کنیم.

کروماتوگرافی گازی (GC / MS)

    یک روش جداسازی است که در لایت اند(یک اصطلاح تریبولوژی- Light end) روان کننده مورد استفاده قرار می گیرد. می توان آن را برای جدا سازی  بخشهایی از پایه ی روغن روان کننده، و همچنین بسیاری از مواد افزودنی کوچکتر مورد استفاده قرار داد.  با استفاده از این روش، پالایشگاه،  فرایند تولید خود روغن پایه  را کنترل می کند. هنگامی که به یک آشکارساز طیف سنج جرمی مرتبط باشد، GC / MS نیز می تواند اجزای جدا شده را  شناسایی کند. آشکارساز طیف سنج جرمی می تواند قدرت شناسایی ترکیبات از  هم جدا شده را افزایش دهد. هنگام استفاده از دستگاه GC / MS، غلظت مواد افزودنی، مانند آنتی اکسیدان ها، می تواند به مقدار کم ۱۰ PPM  انداره گیری شود.

آنالیز حرارتی (TGA)

ASTM D-637 & ASTM D-5967

    ترموگرویمتیک یک ابزار آنالیز است که از دست دادن وزن نمونه را هنگامی که در یک محیط کنترل شده گرم می شود، اندازه می گیرد. این آنالیز این امکانم را فراهم می کند تا ترکیبات متفاوت حاضر را با مشاهده ی دمای تبخیر آن ها و یا تجزیه ی ترکیباتشان مورد مطالعه قرار بدهیم. مقدار مواد آلی (روغن، پلیمر)، کربن سیاه و خاکستر در نمونه را می توان مشخص کرد.

    تعداد بسیاری از  روش های تحلیل و آزمون روانکار موجود است که به توضیح آن ها نخواهیم پرداخت اما بعضی از آن ها یقینا در یافتن وجود لجن و وارنیش نقش خود را ایفاء می کنند لذا تعدادی از آن ها را نام خواهیم برد، این آزمون ها به قرار زیر هستند:

آزمون رنگ ASTM D- 1500

    هنگامی که سیال به سرعت تغییر رنگ می دهد، این خود ممکن است نشان دهنده ی سرعت گرفتن تخریب روغن، و یا مخلوطی از روغن مورد استفاده و آلاینده ها با سایر مواد باشد. رنگ یک ویژگی مهم برای نظارت در بازه ی زمانی است. تیره شدن روغن اغلب توسط کروموفورها در فرایند تخریب ایجاد می شود. علاوه بر این، افزودنی های خاص پس از تخلیه ، رنگ مجزا تولید می کنند.  این مهم است که توجه داشته باشید ، برخی از مایعات ممکن است مورد تغییر رنگ قرار نگرفته و بتوانند به سطوح خطرناک تخریب برسند، و بالعکس.

تعداد ذرات (Particle count)

 ISO  ۱۱۱۷۱& ISO 11500 & NAS 1638

    این یک آزمون طراحی شده برای شمارش تعداد ذراتی بیشتر از یک میکرون در واحد حجم سیال است.  نتایج مواد آلاینده نامحلول موجود در در محدود ه ی میکرون را نشان می دهد و برای ارزیابی سطح پاکی سیال و راندمان فیلتراسیون مورد استفاده قرار می گیرد.  سطح پاکیزگی نیز توسط سیستم طبقه بندیISO 4406  فراهم شده تا ذرات بزرگتر از ۴ میکرون، ۶ میکرومتر و ۱۴ میکرون در هر میلی لیتر از سیال  را طبقه بندی کند.

آزمون باتلر

    چند قطره روغن بر روی کاغذ باتلر (که در تجهیزات آزمایشگاهی مهیا است) و یا حتی پشت یک کارت تجاری بریزیدو برای مدت یک ساعت منتطر بمانیدتا کاغذ فرصت خیس شدن را پیدا کند. اگر لکه ای تیره یا قهوه ای رنگ در مرکز پس از عبور روغن باقی ماند، باقی مانده می تواند کربن و یا نامحلولی های اکسیدی باشند. لکه ی به جا مانده همواره موجب نگرانی است. توجه داشته باشید، روغن های دیگر و یا مشکلات مربوط به دستگاه همچنین می توانند باعث لکه ی باتلر شوند با این حال باید در نظر گرفت که با نبود لکه ی باتلر می توان گفت که مقدار وارنیش کمترین مقدار است. آزمون باتلر به عنوان یک آزمون برای تست وارنیش مورد استفاده قرار می گیرد هر چند که این آزمون ضریب اطمینان کمی دارد.

    تمام آزمون ها، آنالیز ها، و ابزار هایی که بیان شدند همه برای سلامت روغن مورد استفاده قرار می گیرند که در میان تمام این آزمون ها از آزمون هایی که در زیر نام برده می شود به عنوان آزمون های رایج و مطرح شناسایی وارنیش و لجن استفاده می شود.

        Blotter Test 

        Color

       Ultracentrifuge Sediment Rating

        Pentane Insolubles

       Membrane Patch Colorimetry 

       Particle Count 

     (RULER® (% Phenolic & Amines%