آنالیز روغن موتور

با درود و احترام

مقصود و منظور از این پست، ارائه اطلاعاتی در سطح مقدماتی و متوسط درباره آنالیز روغن های موتوری است. روغن های موتوری یا Motor Oils عنوانی عمومی برای روغن هایی است که بمنظور روانکاری و روغنرسانی به موتور های درونسوز مصرف می شوند. این موتور ها در صورتیکه حالت اینجین داشته باشند، یعنی نیروبخش و پیشران یک سیستم خودرویی و سیار باشند، Engine Oil نامیده می شوند. اما، اگر موتور مزبور صرفا یک مولد قدرت ثابت باشد، همان عنوان Motor Oil برای آن بکار می رود. البته، این تنها یک نامگذاری و طبقه بندی عام است و روی ترکیبات و مشخصات عملکردی روغن تاثیری ندارد.

یکی از مواردی که کارشناسان آنالیز روغن موتور های سنگین را دچار سردرگمی می کند، تفسیر نتایج آنالیز عناصر شیمیایی است که اصطلاحا با عنوان Elemental Analysis شناخته می شود. این آزمون به روش FTIR (مخفف Fourier Transform Infra-Red) انجام شده و یکی از بهترین و در دسترس ترین روش ها بمنظور آنالیز روغن موتور است. در کنار آن، روش هایی مانند ICP (Inductively Coupled Plasma) با توانایی کشف 30 عنصر به همراه AES (Atomic Emission Spectroscopy) بمنظور تعیین غلظت هر یک از این عناصر می توانند راهگشای کارشناس آنالیز روغن باشند. اما، تفسیر نتایج، بویژه در حالت تقارن و همپوشانی نتایج، کار دشواری است.

آزمایشگاه ها معمولا و بصورت روتین عناصر زیر به همراه مقدار حضور آنها در نمونه روغن را به همراه دیگر نتایج خواسته شده از آنها گزارش می دهند: آهن (Fe)، کروم (Cr)، قلع (Sn)، آلومینیوم (Al)، نیکل (Ni)، مس (Cu)، سرب (Pb)، کلسیم (Ca)، منیزیم (Mg)، بور (B)، روی (Zn)، فسفر (P)، باریم (Ba)، مولیبدن (Mo)، گوگرد (S)، سیلیس (Si)، سدیم (Na)، و پتاسیم (K). شکل 1 را ببینید.

شکل 1: نمونه ای تیپیک از یک گزارش آزمون آنالیز عناصر نمونه روغن

برخی از آزمایشگاه ها نیز باد توجه به امکانات خود، عناصری مانند نقره (Ag)، وانادیوم (V)، تنگستن (W)، یا حتی برخی عناصر سرامیکی مانند سریم (Ce) و بریلیوم (Be) را نیز کشف و اندازه گیری می کنند. البته، عناصر اخیر معمولا در ترکیب روغن های موتوری حضور نداشته یا حضور آنها غیرمحتمل است. اما، با توجه به امکانات اندازه گیری و آنالیز موجود در برخی آزمایشگاه ها، حضور این عناصر نیز بصورت روتین در گزارش آزمون مشتری ذکر می شود. شکل 2 حضور برخی از عناصر معمول و محتمل در آنالیز روغن های موتوری را نشان می دهد.

شکل 2: شماتیکی از عناصر معمول و محتمل در آنالیز روغن های موتوری به همراه منشا آنها

عناصر شیمیایی موجود در یک گزارش آنالیز روغن موتوری به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

الف) عناصر فرسایشی (Wear elements):

این دسته بندی به عناصر شیمیایی اشاره دارد که حضور آنها در یک گزارش نتیجه آزمون آنالیز روغن نشاندهنده شدت و ضعف فرسودگی (Erosion) و کارسودگی (Wear-out) قطعات مختلف موتور است. شرح این عناصر به همراه منشا احتمالی آنها در جدول 1 آمده است.

جدول 1: عناصر فرسایشی

بدین ترتیب، با ترکیب افزایش تک بعدی (Single Rise) یک یا چند عنصر از جدول 1 می توان به وضعیت موتور پی برد. جدول 2 را ببینید.

جدول 2: ترکیب افزایش یک یا چند عنصر فرسایشی و منشا احتمالی آن

ب) آلاینده ها (Contaminants):

این بخش از گزارش آنالیز عناصر آزمایشگاه به عناصر شیمیایی اختصاص دارد که بخشی از آلیاژ های تشکیل دهنده یک موتور درونسوز محسوب نمی شوند یا حداقل (با توجه به پیشرفت های امروزین در استفاده از متریال های نوین) احتمال مصرف آنها در موتور کم است. وجود این عناصر در گزارش آزمایشگاه نشاندهنده ورود آلاینده های محیطی یا شیمیایی به جریان روغن موتور است. جدول 3 را ببینید.

جدول 3: عناصر آلاینده

ج) ادتیو ها (Additives):

عناصری که در این بخش جای می گیرند، به ادتیو هایی اختصاص دارند که در ساختار روغن های مختلف موتوری مورد استفاده قرار می گیرند. در جدول 4 که به معرفی این عناصر اختصاص دارد، سعی در اشاره به عناصری شده است که بیشتر روغنسازان برای سنتز محصولات متنوع خود در رسته روغن های موتوری مورد استفاده قرار می دهند. جدول 4 منشا احتمالی حضور این عناصر را نشان داده است.

جدول 4: عناصر ادتیو ها

در کنار آنالیز عناصر شیمیایی موجود در یک نمونه روغن، کارشناس آنالیز روغن هرگز نمی تواند و نباید به آنالیز عناصر شیمیایی بسنده کند. یکی از ابزار های مناسب بمنظور کمک به کسب یک تصویر بهتر و واضح تر از وضعیت و سلامت روغن، نظارت بر ویسکوزیته سینماتیک روغن و تعداد ذرات فرسایشی مشاهده شده در آن است. نمودار های شکل 3 در این زمینه راهنمای خوبی هستند.

شکل 3: راهنمایی برای وضعیت های مختلف ویسکوزیته سینماتیک روغن موتور در برابر تعداد ذرات جامد شمارش شده

از سوی دیگر، همانطور که قبلا در همین وبلاگ اشاره شد، عدد اسیدی یا AN (Acid Number) نیز می تواند بعنوان یکی از شاخص های کارآمد در آنالیز روغن مطرح شود. این شاخص در روغن های موتوری بهتر است همراه با وضعیت ادتیو ZDDP مورد مطالعه قرار گیرد. در مورد ZDDP قبلا در همین وبلاگ پستی درج شده است. به نمودار شکل 4 نگاه کنید.

شکل 4: راهنمایی برای تصمیم گیری درباره وضعیت سلامت روغن براساس دو شاخص عدد اسیدی و حضور ادتیو ZDDP

بطورکلی، در روغن های موتوری نو، هر 0.1 از عدد اسیدی (AN) برابر با حضور 600ppm ادتیو ZDDP است. جدول 5 محدوده ادتیو های مورد استفاده در روغن های موتوری را نشان می دهد.

جدول 5: راهنمایی برای مقدار مجاز از ادتیو های روغن موتور

در کنار این روش، اما، بیشتر آزمایشگاه ها و همچنین کارشناسان آنالیز روغن، عدد قلیایی (BN) را شاخص اصلی سنجش وضعیت سلامت روغن های موتوری می دانند. در صورت مواجهه با گزارشاتی که عدد AN را در خود نداشتند، می توان از برهان خلف نیز استفاده کرد. نمودار شکل 5 راهنمایی عمومی را در این مورد ارائه می دهد.

شکل 5: راهنمایی در مورد تغییرات عدد قلیایی (BN) روغن های موتوری

بطورکلی، برای موتور های دیزلی، عدد BN معمولا از 9~10 شروع شده و با کاهش تدریجی به 5~5.5 می رسد. منطقه هشدار زمانی شروع می شود که عدد BN به 3~3.5 رسیده و عدد AN نیز باندازه 1~1.5 افزایش داشته باشد.

نقش سدیم و پتاسیم در آنالیز روغن موتور

با درود فراوان به محضر مبارک تمامی مخاطبین محترم و معزز این وبلاگ مهندسی

هدف از این پست، ارائه پاسخ به سوال مطرح شده توسط یکی از مخاطبین و خوانندگان محترم در خصوص آنالیز روغن (سطح پیشرفته) و تفسیر وجود سدیم و کلسیم بیش از حد در نتایج آنالیز عناصر شیمیایی می باشد.

شرح سوال: نتایج آنالیز عناصر واصله از آزمایشگاه برای یک دیزل ژنراتور 16 سیلندر نشان دهنده افزایش غیرعادی سدیم در روغن است. ژنراتور ما در کنار دریا یا حتی نزدیکی آن نیست! اخیرا، با اندازه گیری درون سایت (آنالیزور پرتابل) متوجه افزایش پتاسیم هم شده ایم. همچنین، ویسکوزیته روغن نیز افزایش داشته (روغن سفتتر شده). این نتایج برای من کمی گیج کننده است. این افزایش مقادیر را چطور می توان تفسیر کرد؟

پاسخ: در منابع مطالعاتی مختلف، علل متعدد و متنوعی برای حضور سدیم یا ترکیبات سدیم دار در روغن های موتوری ذکر شده است: از ضدیخ/ضد جوش گرفته تا نمک دریا، نمک های کویری، ادتیو ها، تغلیظ گر گریس، برخی روغن های پایه، نفوذ گرد و خاک، آب چاه، و... . اینکه کدامیک از این منابع باعث و بانی افزایش سدیم در نمونه روغن موتوری شما شده اند، بیشتر بستگی به محیط استقرار و عملکرد دیزل ژنراتور و نحوه تعمیر، نگهداری، و سرویس آن دارد.

از طرفی، پتاسیم یک منشا ویژه و مشخص دارد که آنهم ضدیخ/ضد جوش است. اما، به این سادگی نمی توان نتیجه گرفت که بله! چون سدیم و پتاسیم در آنالیز روغن زیاد شده، پس حتما کسی ضد یخ/ضد جوش داخل مدار روغن ریخته یا نشتی ضد یخ دارم!

موضوع کمی پیچیده تر است! چراکه بنا به تجربه شخصی نویسنده، این نتیجه گیری با خطای بسیار همراه است و بمنظور کاهش این خطا باید روند تغییرات (افزایشی یا کاهشی) عناصری چون بور (B)، کروم (Cr)، فسفر (P)، و سیلیس (Si) را نیز در نظر گرفت و با رسم یک نمودار مقایسه ای-تجمعی چند معیاره به تصویر دقیقی از وضعیت روغن موتور دست یافت. در صورتیکه تمامی عناصر فوق روندی هارمونیک داشته باشند، می توانید نتیجه بگیرید که جایی از مدار روغنرسانی موتور شما نشتی ضد یخ/ضد جوش وجود دارد. این بدان معناست که باید جایی در مدار روغنرسانی دیزل ژنراتور خود بدنبال یک یا چند مورد از موارد زیر باشید:

-واشر آببند/درزگیر خراب؛

-هرگونه فرسایش الکتروشیمیایی؛

-هرگونه فرسایش ناشی از کاویتاسیون؛

-خوردگی لاینر ها؛

-هرگونه آسیب دیدگی رادیاتور یا مدار خنک کاری موتور؛

-آسیب دیدگی واشر سرسیلندر؛

-هرگونه ترک خوردگی یا آسیب دیدگی بلوک موتور یا سرسیلندر ها

همانگونه که به درستی تشخیص داده اید، نفوذ و انحلال ضد یخ/ضد جوش می تواند منجر به افزایش ویسکوزیته سینماتیک شود. اما این افزایش در دمای 40 درجه سلسیوس چندان محسوس نیست. بدین ترتیب، توصیه می شود که از نمونه روغن خود تست دانسیته گرفته و نتایج تغییر در ویسکوزیته دینامیک را در دو نقطه دمایی 40 و 100 درجه سلسیوس دنبال کنید. بدین ترتیب به نتایج واضح تری خواهید رسید. در عین حال، می توانید جهت دستیابی به یک تصویر واضح تر، نمودار مقایسه ای-تجمعی از دو معیار ویسکوزیته دینامیک و عدد اسیدیته کل (TAN) یا عدد قلیایی کل (TBN) را رسم کرده و نتایج را عینا ببینید و تفسیر کنید. افزایش TAN در هارمونی با ویسکوزیته دینامیک می تواند موید رفتار خورنده و غیرمعمول روغن موتور شما در اثر آلودگی جریان روغن به ضد یخ/ضد جوش باشد. نفوذ ضد یخ/ضد جوش در مقادیر اندک (زیر 5 درصد حجمی) به روغن موتور می تواند موجب تشکیل ژله های بنفش رنگ شود. این ژله ها را می توانید در لابلای کاغذ فیلتر روغن ببینید. در صورتیکه میزان انحلال ضد یخ/ضد جوش در روغن از 5 درصد فراتر رفته و به 10 درصد و بیش از آن (کمتر از 20 درصد حجمی) برسد، تشکیل ژله ها آنقدر زیاد می شود که فیلتر را مسدود کرده و مسیر بای پس باز (By Pass) خواهد شد. بنابراین، در صورتیکه هنوز فیلتر های روغن موتور خود را باز بینی نکرده اید، ولی شاهد گرفتگی پیش از موعد فیلتر و باز شدن مکرر مسیر روغنرسانی بای پس (By Pass) هستید، می توانید نتیجه بگیرید که در مدار روغنرسانی تجهیز نشت ضد یخ/ضد جوش وجود دارد.

نفوذ و انحلال ضد یخ/ضد جوش در روغن موتور می تواند باعث اشکالاتی اعم از افزایش ویسکوزیته (بیشتر دینامیک)، گرفتگی فیلتر های روغن در اثر تشکیل کامپاند های امولسیونی (بیشتر به شکل ژله)، تشکیل ترکیبات اسیدی و بروز خوردگی ناشی از آن در مدار روغنرسانی، و در نهایت گرفتگی مدار روغن و عدم روغنرسانی صحیح شود. اما، چیزی که بنا به تجربه شخصی نویسنده این سطور بیش از موارد فوق اهمیت داشته و می تواند موجب توقف کامل دیزل ژنراتور شود، پدیده ای با عنوان «ساچمه های روغن» می باشد که حاصل واکنش شیمیایی (مکانیزم هیدرولیز) بین کلسیم سولفونات (بعنوان یکی از کامپاند های دیترجنت همیشه حاضر در ساختار روغن موتور) و اتیلن گلیکول (ماده اصلی تشکیل دهنده ضد یخ/ضد جوش)  است. جزییات این زنجیره واکنشی در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1: خلاصه ای از زنجیره واکنشی (هیدرولیز) بین ترکیبات کلسیم دار و اتیلن گلیکول تا تشکیل ساچمه های روغن

شکل 1: تصویری از ساچمه های روغنی با بزرگنمایی 1000 برابر از ساچمه های روغن فرورفته در لایه محافظ بابیتی یک برینگ که با میکروسکوپ الکترونی گرفته شده است

این ساچمه ها قطری 5 تا 40 میکرونی داشته و از سختی قابل توجه 48 HRC برخوردارند. لذا، با توجه به این سایز و این میزان از سختی براحتی قادر به تخریب و فرسودن بابیت برینگ ها و سطح میل لنگ خواهد بود. برای اطلاعات بیشتر در این زمینه، مطالعه مقاله ای در این خصوص از طرف انجمن مهندسی خودروی ایالات متحده امریکا با عنوان

Influence of Oil Balls on Premature Overlay Removal of Diesel Engine Connecting Rod Bearings

نوشته M. Patel، چاپ شده در نشریه مهندسی خودروی همین انجمن با شماره مقاله SAE Paper 810501 توصیه می شود. روند تشکیل و توزیع این ساچمه های روغنی در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2: شماتیکی از روند تشکیل ساچمه های روغنی در روغن موتور

بمنظور تشخیص روند تشکیل این ساچمه ها در جریان روغن، بهترین گزینه، مطالعه روند تغییرات سدیم به کلسیم (Na/Ca) می باشد. سیر صعودی گرفتن این نسبت، می تواند دال بر آلودگی شدید جریان روغن بوده و بهانه ای برای هشدار و مطالعه عمیقتر وضعیت موتور باشد.

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.

آنالیز روغن توربین های بخار

با درود بیکران به کلیه بازدیدکنندگان و مخاطبین محترم که اغلب از پیام های مهرآمیز و نوازش ها و تشویق های دلگرم کننده آنان بهره مند می شوم. مقصد و مقصود از این پست، ارائه راهنمایی لازم در نظارت بر سلامت عملکرد توربین های بخار از طریق آنالیز روغن است.

الف) مقدمه

روغن های توربینی، بویژه توربین های بخار، در معرض گستره وسیعی از عوامل مخرب فیزیکی و شیمیایی هستند که از آن جمله می توان به شوک های شدید حرارتی، انحلال هوای شناور، انحلال رطوبت، آلودگی به گرد و غبار و لجن، و اختلاط ناخواسته با دیگر روغن ها اشاره کرد که هر یک به تنهایی می توانند دفعتا یا به تدریج سیستم روغن را از هم پاشیده و عملکرد آن را دچار اختلال کنند. چه برسد به اینکه با هم ترکیب هم بشوند!

از دیدگاه آنالیز روغن و تحلیل خرابی در توربین های بخار، دو مکانیزم را می توان در تخریب ساختار روغن های توربینی دخیل دانست:

- اکسیداسیون:

اکسیداسیون، در واقع، فرآیندی شیمیایی است که طی آن اکسیژن با ملکول های روغن واکنش داده و محصولات متنوعی مانند اسید کربوکسیلیک را تولید می کند. سرعت این واکنش و تنوع محصولات ناشی از آن تابع عوامل متعددی است که از آن میان می توان به دما بعنوان مهمترین عامل یاد کرد. بطوریکه با هر افزایش 10 درجه سلسیوسی، سرعت واکنش اکسیداسیون دو برابر می گردد. عوامل موثر دیگری نیز هستند که از آن میان می توان به حضور کاتالیزور هایی مانند ترکیبات هیدارته، هوا (در هر یک از مکانیزم های انحلال آن در روغن)، برخی از ترکیبات فلزی، و فشار اشاره کرد.

- تجزیه حرارتی:

تجزیه حرارتی عبارتست از تجزیه شیمیایی ساختار روغن در اثر اعمال حرارت که منجر به تولید کامپاند های انحلال ناپذیری در ترکیب جریان روغن می گردد که از جمله معروفترین آنها می توان به کامپاند های انحلال ناپذیر پنتان اشاره کرد. وقوع تجزیه حرارتی تابع عوامل متعددی است که از آن میان می توان به میکرودیزلینگ (برای اطلاعات بیشتر درباره مکانیزم این فرآیند به پست «تشخیص آلودگی روغن با آب و هوا» در همین وبلاگ توصیه می شود)، تخلیه شارژ الکترواستاتیک، و شوک حرارتی اشاره کرد. میکرودیزلینگ، بنا به تعریف، نوعی احتراق (و نه اشتعال!) است که توسط حباب های ناپایدار هوا در جریان روغن ایجاد شده و منجر به تولید درجه حرارت هایی گاه تا 1000 درجه سلسیوس می گردد.

به مرور زمان ثابت شده است که انواع مختلفی از روغن های پایه دارای رفتار متفاوتی از دیدگاه مقاومت به اکسیداسیون یا تجزیه حرارتی هستند (برای اطلاعات بیشتر در مورد انواع روغن های پایه و مشخصات هر یک، مراجعه به پست «انواع روغن های پایه» در همین وبلاگ توصیه می شود). بعنوان مثال، روغن های توربینی که از روغن پایه گروه II و III، همراه با ادتیو های آنتی اکسیدان بخصوصی از گروه فنول ها و آمین ها در ساختار خود تشکیل شده باشند، رفتار غیرخطی در طول زمان در برابر اکسیداسیون و تجزیه حرارتی از خود نشان می دهند. درمقایسه با روغن های پایه گروه I که رفتاری کاملا خطی را از خود به نمایش می گذارند. نمودار شکل 1 را ببینید.

شکل 1: نمودار نوعی رفتار روغن های پایه گروه I، II، و III در برابر تجزیه حرارتی در طول زمان

اما، این رفتار غیر خطی مضراتی نیز دارد که بزرگترین آنها ایجاد خطا در نتایج تست های معمول آنالیز روغن است. چراکه تست های معمول آنالیز روغن (که راجع بدانها بیشتر صحبت خواهیم کرد) هیچ نتیجه هشدار آمیزی در خصوص آغاز فرآیند تجزیه شیمیایی و اکسیداسیون روغن بدست نداده و شک کارشناس آنالیز روغن را بر نمی انگیزند. حال آنکه، وقتی رفتار روغن در برابر اکسیداسیون و تجزیه حرارتی خطی باشد، کارشناس آنالیز روغن براحتی و سهولت می تواند روند فساد روغن را با چند تست ساده تشخیص دهد. از این رو، روغن های توربینی جدید، بیش از آنکه خیال مالکان تجهیز از نظر عملکرد و دوام را راحت کنند، موجب نگرانی کارشناسان آنالیز روغن هستند.

از دیدگاه درجه اهمیت و آمار خرابی، دو عامل تقلیل اثر ادتیو ها و سپس، تقویت حضور کامپاند های انحلال ناپذیر بیشترین سهم را در تغییر ساختار ملکولی روغن های توربینی بعهده دارند. البته، هرچند این دو عامل تقریبا در تمامی روغن های صنعتی نقشی یکسان برعهده دارند، اما میزان اهمیت آنها بسته به کاربرد و نوع روغن تغییر می کند. بعنوان مثال، در روغن های موتوری دیزل سنگین، تقویت حضور کامپاند های انحلال ناپذیر در جریان روغن عامل اول در آغاز روند اکسیداسیون و تجزیه شیمیایی (فساد) روغن محسوب می شود. اما، فارغ از نوع و کاربرد روغن، نتیجه فرآیند اکسیداسیون و فساد شیمیایی روغن همیشه یکسان است: تشکیل لجن و وارنیش. دو پدیده ای که در توربوژنراتور ها به وفور مشاهده می شود. لجن و وارنیش، علاوه بر نقش خود بعنوان محصول جانبی دو فرآیند اکسیداسیون و تجزیه حرارتی، در تضعیف سایر قابلیت های روغن های توربینی نیز نقش دارند که از آن جمله می توان به عدم انحلال پذیری و شناوری هوا در آنها اشاره کرد. بنابراین، شکی نیست که بمنظور پایش سلامت روغن هایی که باید در توربین های بخار وظیفه روانکاری را برعهده داشته باشند، مجموعه به هم پیوسته ای از تست ها نیاز است و کارشناس آنالیز روغن و پایش وضعیت باید در مورد چنین ادواتی دقت لازم را بخرج دهد. در بخش بعدی این مقاله، به شناخت آزمون های لازم بمنظور شناخت خواص روغن های بکار رفته در توربین های بخار و سنجش بُرد کفایتی هر یک خواهیم پرداخت.

ب) آزمون های روغن در توربین های بخار:

آزمون های آنالیز نمونه روغن توربین های بخار به دو دسته آزمون های استاندارد و آزمون های سوده شناسی تقسیم بندی می شوند. مقصود از آزمون های استاندارد، سلسله ای از آزمون ها هستند که هر یک بخشی از خواص شیمیایی، فیزیکی، و مکانیکی روغن های توربینی را نشانه رفته و نتایج آنها به تنهایی معنی و مفهوم کاملی نداشته و برای کارشناس آنالیز روغن قابلیت نتیجه گیری چندانی ندارند. اما، مجموعه آنها، در کنار یکدیگر، می تواند تصویر درست و واضحی از وضعیت سلامت توربین بخار بدست دهد. روش انجام این آزمون ها، اغلب براساس یک استاندارد بخصوص (در اینجا ASTM)، می باشد. فهرست کلی این آزمون ها عبارتند از:

- ویسکوزیته سینماتیک در دمای 40 درجه سلسیوس (ASTM D445)؛

- تست آب (روش کارل-فیشر) (ASTM D6304)؛

- ذرات انحلال ناپذیر (ASTM D4898)؛

- عدد اسیدی (ASTM D664)؛

- عدد قلیایی (ASTM D974)؛

- آنالیز عناصر به روش طیف سنجی (ASTM D5185)؛

- خورندگی و تولید زنگار (ASTM D665-A)؛

- انحلال ناپذیری در آب (IP 19)؛

- تست فوم (ASTM D892)؛

- دمای اشتعال (ASTM D92)؛

- آزاد کردن حباب های هوا (DIN 51636)؛

- استاندارد تمیزی (ISO 4406)؛ و

- Linear Sweep Voltammetry یا به اختصار: LSV (ASTM D6971)

البته، فراموش نشود که فهرست فوق تنها شامل آزمون های معمول و حداقلی در مورد روغن هایی است که قرار است در توربین های بخار کار کنند و بدیهی است که آزمون (ها)یی قابل اضافه شدن به لیست فوق، بنا به درخواست یا صلاحدید کارشناس آنالیز روغن مربوطه باشند. بعنوان مثال، آزمون های فرّوگرافی و طیف سنجی به روش FTIR برای آنالیز عناصر و در عین حال، سنجش اعداد اسیدی و قلیایی (برای اطلاعات بیشتر در این زمینه، به پست «عدد اسیدی، عدد قلیایی، و PH» در همین وبلاگ مراجعه بفرمایید) بجای استفاده از روش های ذکر شده در استاندارد های ASTM معمولا به لیست فوق اضافه می شوند. فایده تست های اخیر آن است که علاوه بر نظارت بر سلامت روغن توربین، بر وضعیت فرسایشی و سلامت قطعات آن نیز می توان بدین ترتیب نظارت کرد.

شکل 2: نمونه ای از گزارش آزمون یک نمونه روغن توربین بخار 26 مگاواتی زیمنس در یک مجتمع صنایع سلولزی (ISO VG46)

شکل 3: نمونه ای از گزارش آزمون FTIR برای روغن نو (چپ) و روغن توربینی کار کرده (راست)

آزمون فرّوگرافی که به شاخه سوم آنالیز روغن تعلق داشته و قدمت آن به اوایل دهه 70 قرن بیستم و در نیروی دریایی ایالات متحده باز می گردد (برای اطلاعات بیشتر، مراجعه به پست «آنالیز روغن چیست؟» در همین وبلاگ توصیه می شود). شماتیکی از اصول این تکنیک در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4: اصول تکنیک فرّوگرافی

کاربرد اصلی فرّوگرافی، نه تنها در آنالیز خرابی پیشگیرانه، که در تحلیل روند فرسایش در برخورد روغن با قطعات دریافت کننده آن است. بدین ترتیب، می توان به تصویر کاملی از مکانیزم و روند فرسایش و خوردگی درون تجهیز (در اینجا: توربین های بخار) دست پیدا کرد. در تکنیک فرّوگرافی، رسوبات جامد معلق در نمونه روغن جدا شده و روی اسلایدی شیشه ای قرار می گیرند که بین دو قطب از یک آهنربا قرار دارد. پس از شستشوی روغن باقی مانده و بدست آمدن زمینه ای شفاف با ذرات ته نشین شده روی آن که به فرّوگرام معروف است، اسلاید زیر یک میکروسکوپ بیوکروماتیک قرار گرفته و وضعیت و کیفیت ذرات روی اسلاید بصورت چشمی سنجیده می شود (شکل 5 را ببینید).

شکل 5: نمونه ای از ذرات جامد قابل مشاهده در میکروسکوپ بیوکروماتیک روی فرّوگرام (بزرگنمایی 1000 برابر)

کارشناس آزمایشگاه، با رسیدن به این مرحله اقدام به دسته بندی ذرات مشاهده شده براساس سایز، شکل، غلظت، و ساختار متالورژیک نموده و مشاهدات خود را گزارش می کند. از اینجا به بعد است که کارشناس آنالیز روغن می تواند با استناد به این گزارش آزمون، درباره مکانیزم و نحوه فرسایش در توربین بخار اظهار نظر کرده و دستور تعمیراتی صادر کند.

ج) آزمون های فیلتر در توربین های بخار:

یکی از تکنیک هایی که در سطح پیشرفته آنالیز روغن مطرح می شود، آنالیز و آزمون فیلتراسیون و المان های فیلترینگ است. در توربوژنراتور ها، وقوع قوس های ناپایدار یا تخلیه الکتریکی ناشی از جابجایی بار الکتریکی استاتیک در سیستم روغنرسانی بسیار معمول است. منشا این اتفاق، حرکت ملکول های روغن و مالش آنها به سطوح بسیار کوچک (مانند سطوح مدیای درون فیلتر ها) است که موجب تولید بار الکتریکی ساکن می گردد. اما، از آنجا که هم روغن و هم خود فیلتر عایق الکتریکی محسوب می شوند، این بار الکتریکی تولید شده درون سیستم روغنرسانی می ماند و روی هم جمع می شود تا فرصتی برای تخلیه (رسیدن به یک قطعه فلزی یا منبع هیدراته بعنوان رسانای الکتریکی) بدست دهد. با وقوع تخلیه الکتریکی، شاهد جرقه ها یا قوس الکتریکی آبی رنگ و ناپایداری هستیم که طی چند میلی ثانیه، هزاران ولت انرژی الکتریکی را بسوی زمین مدار هدایت می کند. این قوس های الکتریکی، گرچه ناپایدار و زودگذر هستند، اما موجب تمرکز حرارتی شدیدی (در حدود 20 هزار درجه سلسیوس در هر بار تخلیه) می گردند که می تواند براحتی ملکول های هیدروکربنیک را تجزیه کند. این تجزیه الکتروشیمیایی، گرچه مقطعی و موضعی است، می تواند خواص روغن را بتدریج تغییر داده و از کارآیی آن بکاهد. یکی از نتایج خطرناک این تجزیه الکتروشیمیایی، تولید لجن و وارنیش است که موجبات گرفتگی فیلتر ها را فراهم می آورد (شکل 6). بهمین دلیل، تکنیک های مشاهداتی (با توسل به میکروسکوپ) ابداع شدند تا وضعیت فیلتر های تعویضی مورد آنالیز قرار گرفته و ذرات موجود در آنها از نظر سایز، رنگ، و ساختار متالورژیک شناسایی شوند.

شکل 6: نمونه ای از فیلتر های روغن تعویض شده یک توربین بخار که تحت زیر میکروسکوپ آنالیز شده اند (بزرگنمایی 200 برابر)

آنالیز فیلتر، یکی از بهترین ابزار های تحلیل خرابی به روش ریشه یابی (Root-Cause Failure Analysis) است که اطلاعات ذیقیمتی در اختیار کارشناس آنالیز روغن قرار می دهد. منتها، انجام صحیح این تست، کالیبراسیون ابزار، و تفسیر نتایج بدست آمده به تجربه فراوان و مطالعه عمیق نیازمند است. یکی از بهترین و کارآمدترین روش ها در آنالیز فیلتر، فرّوگرافی است که مشخصات کامل ذرات به دام افتاده در لابلای مش های فیلتر را بدست می دهد. توضیح اینکه، آنالیز فیلتر روی سه بخش پوسته فیلتر، مغزی فیلتر، و مش های فیلتر انجام می شود که هر یک نتایج خود را بدنبال داشته و نتیجه گیری از این تکنیک، بدون وجود اطلاعات از سایر بخش های فیلتر ممکن و معقول نیست. برای اطلاعات بیشتر در این زمینه، به پست «آنالیز فیلتر» در همین وبلاگ مراجعه بفرمایید. نمونه ای از آنالیز مغزی فیلتر زیر میکروسکوپ در شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 7: نمونه ای آنالیز مغزی فیلتر روغن یک توربین بخار زیر میکروسکوپ که نشاندهنده سوختگی های خال مانند در اثر تخلیه الکتریکی است (سمت چپ، بزرگنمایی 200 برابر، سمت راست، بزرگنمایی 1000 برابر)

آنالیز روغن چیست؟

با درود و احترام

هدف از این پست، ارائه پاسخ به سوال مطرح شده از طرف یکی از مخاطبین محترم این وبلاگ است.

شرح سوال: آنالیز روغن چیست؟ و آیا می توان از آن در راستای تکنیک هایی مانند آنالیز ارتعاشات یا ترموگرافی استفاده کرد؟

حقیقتش را بخواهید، این یکی از پایه ای ترین سوالاتی است که تاکنون پاسخ گفته ام. معمولا، پاسخ به این سوال در قالب سطح مقدماتی دوره آموزشی آنالیز روغن ماشین آلات صنعتی ارائه می شود.

در کتاب Machinery Failure Analysis & Troubleshooting, Vol. II (2012) ، صفحه 472، آنالیز روغن بصورت زیر تعریف شده است:

«آنالیز روغن تکنیکی آزمایشگاهی است که هدف از آن آنالیز ترکیبات حاضر در محتوای یک روغن روانکار بمنظور تعیین حضور یا عدم حضور عناصر مرتبط با مواد تشکیل دهنده برینگ ها می باشد. چراکه حضور عناصر تشکیل دهنده مواد برینگ نشاندهنده فرسایش برینگ بوده و مقدار آنها بیانگر شدت این فرسایش است.»

هرچند در درستی و صحت این تعریف شکی نیست! اما، این تعریف دامنه کاربرد آنالیز روغن را محدود و پرخطا نشان می دهد. حال آنکه اصلا اینطور نیست!

با مراجعه به وبسایت Wikipedia، شاهد تعریف دامنه دار تری هستیم:

«آنالیز روغن تکنیکی آزمایشگاهی با هدف آزمایش خواص فیزیکی یک روانکار، آلودگی های معلق در آن، و رسوبات ناشی از فرسایش قطعات در تماس با آن است که بعنوان یک تکنیک در نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه و بمنظور ارائه تصویری دقیق و واضح از وضعیت سلامت ماشین و سیستم روغنرسانی آن انجام می شود.»

آنچه که در این میان نباید از نظر دور داشته شود، قابلیت تفسیر آماری و عددی و، در عین حال، ترسیم هندسی سوابق آنالیز یک مشخصه از روغن در طول یک بازه زمانی مشخص است که منجر به کاهش چشمگیر هزینه های تعمیراتی می گردد. آنالیز روغن، برخلاف آنچه که در دو منبع فوق بدان اشاره شد، یک تکنیک پیشگیرانه نیست! یا لااقل دیگر نیست! این تکنیک، بصورت سازمان یافته، در ابتدای دهه 50 قرن بیستم و بمنظور پیشگیری از وقوع خرابی های پرهزینه در سطح تعمیرات جاری، ابتدا در نیروی دریایی ایالات متحده و سپس در بخش های مختلف راه آهن این کشور کلید خورد. اما، از خیلی قبلتر از آن وجود داشت. بطوریکه در 1946، آزمایشگاه روغن در یکی از بخش های تعمیرات جاری لکوموتیو های راه آهن سراسری ایالات متحده قادر به شناسایی و پیشگیری از خرابی های ناشی از فرسایش قطعات در موتور های دیزلی بکار رفته در ادوات ریلی آن زمان بود.

آنالیز روغن در ابتدای کار با توسل به آزمایش های شیمیایی با تکیه بر معرف های گوناگون بمنظور شناسایی عناصری چون آهن و مس در ساختار نمونه های اخذ شده از موتور های دیزلی انجام می شد. اما، با ورود فناوری طیف سنجی، امکان تشخیص بازه وسیعی از عناصر شیمیایی با تکیه بر این فناوری برای کارشناسان آنالیز خرابی پیشگیرانه فراهم شد. این فناوری چنان تغییری در گسترش این تکنیک ایجاد کرد که در سال 1955 شاهد بکارگیری آنالیز روغن بمنظور شناسایی علل خرابی در موتور های هوایی ارتش ایالات متحده برای اولین بار در جهان هستیم. خیلی زود، استفاده از این تکنیک به بخش های دیگر صنعت نیز راه پیدا کرد. بطوریکه در 1958 برای اولین بار، یک شرکت خصوصی حمل و نقل جاده ای در ایالات متحده اقدام به راه اندازی یک آزمایشگاه خصوصی بمنظور آنالیز خرابی پیشگیرانه در ناوگان حمل و نقل جاده ای خود نمود. اما، در این بین، فقدان مرجعی بیطرف برای مطالعه و تفسیر گزارش آزمون های آنالیز روغن همچنان احساس می شد. تا اینکه در 1960، اولین شرکت خدمات تفسیر و صدور دستور تعمیراتی در زمینه آنالیز روغن در ایالات متحده آغاز به کار کرد.

از دیدگاه فرآیندی، آنالیز روغن فرآیندی است که شامل زنجیره ای از فعالیت های به هم پیوسته زیر است:

- ارزیابی وضعیت ماشین آلات، شناخت آنها، و انتخاب آنها برای نمونه گیری؛

- انتخاب ظروف نمونه گیری و جمع آوری نمونه ها (برای اطلاعات بیشتر در این زمینه، مراجعه به پست «اصول نمونه گیری» در همین وبلاگ توصیه می شود)؛

- برچسب زنی و حمل نمونه ها به آزمایشگاه؛

- درخواست آزمون برای هر نمونه از آزمایشگاه به همراه تعیین روش آزمون و دقت نتیجه در گزارش؛

- تفسیر گزارش آزمون، ثبت، و نتیجه گیری؛ و

- صدور دستور تعمیراتی براساس نتایج آنالیز روغن و آنالیز مجدد روغن پس از انجام دستور تعمیراتی

گفتنی است که مسئولیت نظارت بر حسن انجام تمامی مراحل فوق بعهده کارشناس آنالیز روغن است. بدین ترتیب، کارشناس آنالیز روغن باید علاوه بر دانش فراگیر از علم مهندسی مکانیک (شامل ساختار تجهیز، وظیفه آن، حالات خرابی آن، و جنس قطعات آن) و شیمی (شامل مشخصات شیمیایی روغن ها، سوخت ها، و واکنش های شیمیایی)، باید با تکنیک های آماری و معادلات دیفرانسیل نیز آشنایی کامل داشته و قادر به پیش بینی رفتار تجهیز با در نظر گرفتن خطای تجمعی (شامل خطای اپراتور نمونه گیری + خطای نمونه گیری + خطای آزمایشگر + خطای دستگاه + خطای اندازه گیری + خطای گرد کردن + خطای قرائت + خطای گزارش + خطای تفسیر + خطای اپراتور تعمیرات) باشد. از این رو، آموزش آنالیز روغن در سه سطح مقدماتی، متوسط، و پیشرفته برگزار می شود که هر یک حداقل شامل 20 ساعت آموزش تئوری و عملی است.

اما، با توسل به آنالیز روغن به چه اطلاعاتی در مورد تجهیز می توان دست یافت؟

پاسخ به این پرسش، بستگی به این دارد که در مورد کدام شاخه از آنالیز روغن صحبت کنیم. از دیدگاه تخصصی، تکنیک آنالیز روغن شامل سه شاخه تخصصی است که در ذیل تعریف شده اند:

1- آنالیز خواص فیزیکی، شیمیایی، و مکانیکی روغن (به همراه ادتیو های آن):

هدف از این شاخه، تعیین سلامت روغن (نو یا کارکرده) از طریق نمونه گیری صحیح و سفارش آزمون های صحیح به همراه تفسیر صحیح نتایج واصله از آزمایشگاه است. این شاخه از آنالیز روغن مجموعه ای از آزمون ها را شامل می شود که خواص فیزیکی، شیمیایی، و مکانیکی روغن نو یا کارکرده جاری در سیستم روغنرسانی تجهیز را نشانه می روند. فهرست کوتاه و عمومی این آزمون ها در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1: فهرستی کوتاه و عمومی از آزمون های خواص فیزیکی، شیمیایی، و مکانیکی روغن

2- آنالیز آلاینده های روغن:

این بخش، شامل آزمون هایی است که حضور یا عدم حضور آلاینده های جریان روغن را هدف می گیرد. این آلاینده ها عبارتند از دوده، سوخت (بنزین، گازوییل، الکل یا ...)، گلیکول، آب (کامپاند های هیدراته)، هوا (کامپاند های نیتراته)، گرد و غبار، و... است که اغلب با توسل انواع روش های آزمایشگاهی استاندارد یا طیف سنجی اتمی یا فروسرخ انجام می شود.

3- آنالیز ذرات فرسایشی درون روغن:

این شاخه از آنالیز روغن که کمی از سایر بخش ها تخصصی تر محسوب می شود، شامل آزمون هایی بمنظور تشخیص کیفیت و کمیت حضور ذرات فلزی/شبه فلزی ناشی از فرسودگی قطعات دریافت کننده روغن در یک سیستم روغنرسانی است. از جمله معروفترین این آزمون ها می توان به فرّوگرافی و Particle Count اشاره کرد.

بدین ترتیب، با توسل به هر یک از شاخه های آنالیز روغن، می توان به اطلاعات زیر دست یافت:

1- وضعیت سلامت روغن نو:

آیا روغن نو و مصرف نشده (درون بشکه) ورودی به محل کارفرما از کیفیت لازم برخوردار است؟

آیا مطابق سفارش تولید/تامین شده است؟

آیا روغن تقلبی است؟

در ترکیب روغن نو از چه موادی استفاده شده است؟ و...

2- وضعیت سلامت روغن جاری درون سیستم روغنرسانی تجهیز:

آیا روغن هنوز سالم و قابل استفاده است؟

آیا سیستم روغنرسانی درست و کامل عمل می کند؟

کیفیت روغنرسانی به قطعه/قطعاتی خاص چگونه است؟

آیا حجم روغن در سیستم روغنرسانی کافی است؟ و...

3- وضعیت سلامت سیستم فیلتراسیون تجهیز:

آیا فیلتر (های) روغن درست عمل می کنند؟

آیا فیلتر (های) هوا درست عمل می کنند؟

آیا استرینر درست عمل می کند؟

آیا فیلتر سوخت درست عمل می کند؟

4- وضعیت سلامت تجهیز و قطعات آن:

قطعه/قطعاتی خاص از تجهیز خورده شده اند؟

آیا واکنش روغن در سیستم روغنرسانی با قطعات دریافت کننده روغن معمول و منطقی است؟

وضعیت فرسایش قطعات چگونه است؟

آیا قطعه/قطعاتی خاص از تجهیز دچار ترک و شکستگی شده اند؟

وضعیت زوال قطعه/قطعاتی خاص از تجهیز چگونه است؟ کی باید تعویض/تعمیر شوند؟

آیا تجهیز مجاز به ادامه کار است؟ و...

اکنون، وقت پاسخ به این سوال فرا رسیده است که آیا آنالیز روغن به تنهایی برای نظارت بر وضعیت سلامت و رفتار خرابی یک تجهیز کافی است؟ مطلقا خیر!

چراکه سه تکنیک استاندارد آنالیز روغن، آنالیز ارتعاش، و ترموگرافی، هر یک دارای خطا های منحصر به فرد خود بوده و دامنه مشخصی از مشکلات را تشخیص می دهند. از این رو، ترکیب و هم افزایی این سه روش با یکدیگر می تواند کارشناس آنالیز خرابی تجهیز را در مورد وضعیت و سلامت حال و آینده آن با خبر ساخته و امکان اخذ تصمیمات دقیقتر و کم هزینه تری را در مورد نگهداری و تعمیرات آن فراهم سازد.

در این زمینه به یک مطالعه موردی یا Case Study می پردازیم: این مطالعه موردی از مقاله ای با عنوان «مقایسه دو روش آنالیز ارتعاشات و آنالیز روغن در  شناسایی خرابی یاتاقان کمپرسورHY90» استخراج شده است که توسط آقایان «حسین غلامزاده­ ثانی» و «علیرضا ­رضایی» از شرکت «اندیشه پردازان سپهر آپادانا» و در جریان نهمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب‌یابی ماشین‌آلات ایران، دانشگاه صنعت نفت اهواز، اسفند 1393 ارائه شده بود.

هوای فشرده مورد نیاز خط تولید در کارخانه سیمان زاوه تربت از طریق 5 دستگاه کمپرسورScrew HY90  تامین می شود (شکل 1) که مشخصات فنی آن در جدول 2 موجود است. ارتعاشات کلیه 5 دستگاه کمپرسور در نقاط مشخص شده بر روی شکل یک اندازه گیری شد. لذا کلیه فرکانس های مورد نیاز جهت ارزیابی وضعیت کمپرسور محاسبه و در جدول 3 قابل مشاهده است.

شکل 1: کمپرسور اسکرو مدل HY90

جدول 2: مشخصات فنی کمپرسور HY90

جدول 3: مشخصات فرکانسی اجزای کمپرسور HY90

در مرحله اول مقادیر ارتعاشات بر حسب پارامتر  RMS سرعت اندازه گیری شد. مقایسه مقادیر اندازه گیری شده از کمپرسورها با یکدیگر و همچنین مقایسه با مقادیر پیشنهادی استاندارد نشان دهنده عادی بودن وضعیت هر 5 کمپرسور بود. اما، در مرحله دوم ارتعاشات کمپرسورها بر حسب پارامتر RMS  شتاب و همچنین شاخص های Crest Factor  و Bearing Condition  اندازه گیری گردید. این بار مقایسه مقادیر ارتعاشات کمپرسورها با یکدیگر نشان دهنده غیرعادی بودن وضعیت ارتعاشات کمپرسور شماره یک بود. به همین دلیل، انجام آنالیز روغن نیز در دستور کار قرار گرفت که شامل تست های عناصر فرسایشی، شاخص های فرسایشی، افزودنی ها، آلاینده ها، و آلاینده ها بود.

با توجه به نتایج آنالیز روغن و ارتعاشات در خصوص وضعیت کمپرسور شماره یک، تصمیم گیری در خصوص اقدام اصلاحی پیشنهادی بسیار مشکل بود اما از آنجا که تجربه نشان داده ­است، تکنیک آنالیز ارتعاشات در خصوص شناسایی مراحل اولیه خرابی تجهیزات دوار از قدرت و حساسیت بیشتری برخوردار است، از این رو، تصمیم بر بازرسی کمپرسور شماره یک گردید. با بازرسی صورت گرفته مشخص شد که حلقه داخلی یاتاقان این کمپرسور دچار خوردگی و آسیب دیدگی شدید شده است که نسبت به تعویض آن اقدام شد.

شکل 2: تصویر حلقه داخلی آسیب دیده یاتاقان کمپرسور