تفسیر عنصر Si در نتایج آنالیز روغن

با درود بیکران به تمامی مخاطبان محترم

موضوعی که در این پست بدان پرداخته می شود، یکی از اشتباهات رایج در آنالیز روغن بوده و در قالب سطح پیشرفته دوره آموزشی آنالیز روغن و با سرفصل «اشتباهات رایج در آنالیز روغن» بصورت مفصل توضیح داده می شود. اما، در اینجا، هدف آشنایی بیشتر مخاطبین با یکی از بزرگترین و رایجترین اشتباهات رایج در تفسیر گزارش آنالیز عناصر نمونه های روغن نو و کارکرده واصله از آزمایشگاه است. فراوانترین اشتباهات در تفسیر حضور عنصر سیلیسیم (Si) پیش می آید و اگر کارشناس آنالیز روغن از تجربه و دانش کافی برخوردار نباشد، می تواند در تفسیر حضور این عنصر دچار اشتباه شده و با همین لغزش، هزینه های هنگفتی را به مالک تجهیز تحمیل کند.

در دوره های سطح مقدماتی و گاه متوسط آنالیز روغن معمولا با این مثال روبرو هستیم که گزارش آزمون آنالیز عناصر یک نمونه روغن کارکرده بدست شما می رسد، در این گزارش، عنصر Si نسبت به ادوار قبل اصطلاحا Single Rise شده است. بنظر شما چرا سیلیس در روغن بالا رفته و منشا آن چیست؟

بسیاری از منوآل های تعمیر و نگهداری و در عین حال، منابع مطالعاتی در زمینه آنالیز روغن و پایش رفتار مقطعی (Condition Monitoring) در این زمینه نظر قاطعی دارند: آلودگی محیطی، ورود گرد و خاک به جریان روغن! و متعاقب آن توصیه به تعویض فیلتر های هوا و گاهی تعویض زودهنگام روغن!

خب! صد البته که راهنمایی و توصیه منوآل تعمیر و نگهداری و در عین حال، نظر منابع مطالعاتی و مراجع دانش پایش رفتار مقطعی ماشین آلات صنعتی رد خور ندارد! و تخطی از آنها به صلاح نیست! اما، باید توجه داشت که تجربه شخصی و پس از آن، مطالعات میدانی انجام گرفته توسط نویسنده این سطور نشاندهنده آن است که Single Rise شدن عنصر سیلیسیم همیشه به معنای آلودگی محیطی نبوده و گاه فیلتر های هوا تازه تعویض شده و وظیفه خود را به خوبی انجام می دهند، اما همچنان شاهد Si-Hi (سای-های: روند کلی افزایش سیلیس در نمونه های روغن) شدن نتایج آزمون های عنصری روغن هستیم. چیزی که قصد داریم در این پست اشاره کنیم، بخشی از مطالبی است که در سطح پیشرفته آنالیز روغن ارائه می شود. چراکه دوره پیشرفته آنالیز روغن بیشتر جای انتقال تجارب است و خیلی کمتر از قبل راجع به روش های استاندارد و آکادمیک در آن صحبت می شود.

عنصر سیلیسیم، از نظر فراوانی در کره زمین، پس از اکسیژن قرار می گیرد. بنابراین، یکی از عناصری است که همیشه در گزارش آزمون آنالیز عناصر یک روغن (چه کارکرده و چه نو) باید مشاهده شود، این عنصر است. وجود این عنصر (بسته به میزان حضور گزارش شده در نتایج آزمون برحسب ppm)، می تواند نشاندهنده تمایل جریان روغن به رفتار فرساینده بویژه در برابر قطعات ساخته شده از آلیاژ های نرمی مانند انواع آلیاژ های مس و آلومینیوم تعبیر شود. اما، از سوی دیگر، باید توجه داشت که سیلیس ماده اصلی تشکیل دهنده ادتیو های ضد کف (Anti-Foam) به شمار می رود که در ساختار بسیاری از روغن ها به فراوانی مورد استفاده روغنسازان قرار می گیرد. مصرف این ادتیو بویژه در روغن های بازیافتی و تصفیه شده بیشتر از قبل هم هست. نمودار شکل 1 مقایسه ای از میزان مصرف ادتیو های ضد کف در انواع مختلف روغن را برحسب ppm نشان می دهد.

شکل 1: میزان حضور سیلیسیم در انواع مختلف روغن نو

البته، نباید این نکته را از نظر دور داشت که مقدار حضور سیلیسیم در یک کلاس خاص از روغن (مانند روغن موتور مینرال) نیز از یک برند روغنساز تا برند دیگر می تواند متفاوت باشد که بدلیل اعمال روش های مختلف و متفاوت در شیرین سازی محصول، و در عین حال، فرآیند امتزاج ادتیو های فعال و غیرفعال، کاملا طبیعی و نرمال است.

بر این اساس، بسیاری از آزمایشگاه های آنالیز روغن، حد تجربی 20ppm را برای عنصر سیلیسیم بعنوان خط قرمز و محدوده هشدار در نظر گرفته اند که پایه ای آماری داشته و پس از این محدوده، ارائه هشدار به مالک تجهیز یا خریدار محموله روغن لازم و ضروری تلقی می شود.

از دیگر سو، آنالیز نمونه ای از محموله روغن نو وارد شده به یک مجتمع صنعتی یا تعمیرگاه نیز خود معیاری برای بسیاری از کارشناسان تعمیر و نگهداری تجهیزات و ماشین آلات صنعتی محسوب شده و برای بسیاری از کارشناسان آنالیز روغن، به نوعی، پایه کار برای پیش بینی رفتار ماشین فرض می شود.

تشخیص و تعیین منبع ورود سیلیس به نمونه روغن باید با دقت و وسواس صورت گیرد. چراکه منابع این عنصر متنوع بوده و باید بمنظور تشخیص صحیح منبع از تکنیک های مقایسه ای استفاده کرد. بدین ترتیب که کارشناس آنالیز روغن نباید تنها Single Rise شدن سیلیس را معیار قرار دهد. البته، تکیه بر Single Rise شدن هر عنصر می تواند نقطه اتکای خوبی برای هشدار و توجه بیشتر به نتایج آنالیز های بعدی تلقی شود. اما دلیل کافی برای تصمیم گیری نیست. جدول 1 منابع بالقوه با توجه به افزایش سطح برخی از عناصر را نشان می دهد و می تواند بعنوان راهنما مورد استفاده کارشناسان آنالیز روغن قرار گیرد.

جدول 1: راهنمایی برای تشخیص منابع آلودگی جریان روغن با توجه به مقایسه ای از آنالیز عناصر

اما، نویسنده، براساس تجارب و مطالعات خود، معیار های ارائه شده در جدول 1 را کافی نمی داند. چراکه آنالیز عناصر شیمیایی هیچگاه کفایت لازم بمنظور تصمیم گیری درباره وضعیت یک روغن را ندارد! این آزمون گرچه لازم است، اما بهیچوجه کافی نیست! یکی از روش هایی که توسط نویسنده این سطور آزمایش شده است، تقسیم ویسکوزیته سینماتیک در دمای 40 درجه سلسیوس بر مقدار سیلسیم گزارش شده است. این شاخص که بصورت Vis/Si بیان می شود، در صورت افزایش غیر خطی (توانی یا چند جمله ای درجه دوم) می تواند نگران کننده باشد. راهکار دیگری که در زمینه مقایسه چند معیاره (بویژه در مورد فرسایندگی بابیت ها) مناسب است، مقایسه همزمان سه شاخص عنصر سیلیسیم، آنتیموان (یا سرب)، و عدد اسیدیته کل (در مورد برخی روغن ها، عدد قلیاییت کل) است که باید بصورت تجمعی و روی یک نمودار دیده و تفسیر شوند. شکل 2 را ببینید.

شکل 2: نمونه ای از یک نمودار تجمعی مقایسه ای چند معیاره

در نمودار شکل 2، تفسیر اولیه حاکی از رفتار فرساینده روغن است.

البته، در کنار معیار های اندازه گیری آنالیز روغن، می توان بر داده های میدانی (اعم از مصرف روغن، افزایش سرریز، افزایش مصرف سوخت، و...) نیز تکیه کرده و آنها با به نتایج آنالیز برخی از عناصر نشان داده شده در جدول 1 مرتبط کرد. نمودار شکل 3 را ببینید.

شکل 3: مثالی از یک نمودار تجمعی نتایج آنالیز عناصر و داده های میدانی

یکی دیگر از معیار های تصمیم گیری برای ورود گرد و خاک به جریان روغن، نسبت مستقیم سیلیسیم به آلومینیوم است. همانطور که می دانیم، بیشتر خاک از سیلیکا یا SiO2 تشکیل شده است. اما، آلومینا یا Al2O3 نیز یکی دیگر از اجزای تشکیل دهنده خاک است که در تمامی مکان های کره زمین ترکیب دوم پس از سیلیکا در تشکیل خاک است. بنابراین، می توان با تقسیم سیلیس بر آلومینیوم به شاخصی برای آلودگی جریان روغن به گرد و غبار بدست آورد. میزان این شاخص، بصورت تجربی، اگر بیش از 3 باشد، نشاندهنده آلودگی جریان روغن به گرد و غبار است. اما، نکته ای که نباید از یاد برد، ترکیب شیمیایی خاک است. مطابق مطالعات صورت گرفته توسط نویسنده، در برخی از مناطق میهن عزیزمان ایران، خاک با ترکیبات نمکی حاوی سدیم، کلسیم، و پتاسیم همراه است. بنابراین، حاصل تقسیم سیلیسیم بر حاصل جمع آلومینیوم، سدیم، کلسیم، و پتاسیم یعنی Si/(Al+xNa+yCa+zK) می تواند بعنوان شاخص دیگری مد نظر قرار گیرد. حروف x، y، و z ضرایب تصحیحی هستند که توسط نویسنده در حال تحقیق بوده و بزودی طی مقاله ای در نشریه Tribology in Industry، چاپ صربستان، مقدار هر یک از آنها پیشنهاد داده خواهد شد.

اما، تا قبل از آن، می توان از نمودار مقایسه ای تجمعی پنج معیاره ای که روند افزایشی/کاهشی هر یک از عناصر Si، Al، Na، Ca، و K را نشان می دهند (مانند نمودار شکل 2) بعنوان ابزاری برای تصمیم گیری استفاده کرد. استفاده از این نمودار، بویژه برای تجهیزاتی که در مناطق دریایی/کوهستانی/صحرایی قرار داشته باشند (مانند عسلویه و بند دیر) کاربرد بیشتری داشته و توسط نویسنده امتحان شده است.