در سیستم‌های روانکاری و هیدرولیک، اصطلاح وارنیش (Varnish) به رسوبات ژل‌مانند، رزینی یا لایه‌های سخت شبیه لاک اطلاق می‌شود که در داخل سیال و بر روی سطوح داخلی سیستم تشکیل می‌شوند.

تشکیل وارنیش می‌تواند پیامدهای متعددی برای عملکرد تجهیزات داشته باشد، از جمله:

• افزایش دمای یاتاقان‌های توربین به دلیل افزایش اصطکاک؛
• ایجاد اختلال در عملکرد شیرهای کنترلی به علت افزایش رسوبات در فاصله بین اسپول و بدنه شیر؛
• کاهش راندمان انتقال حرارت و بروز مشکلات خنک‌کاری؛
• کاهش عمر مفید فیلترها؛
• افزایش احتمال خرابی تجهیزات و توقف‌های ناخواسته.

عامل اصلی تشکیل این رسوبات لاک‌مانند، پیری روغن و تخریب مولکولی آن در اثر شرایط کاری است.

با این حال، در بسیاری از موارد، مشکلات فوق به اشتباه به عوامل دیگری نسبت داده می‌شوند و علت اصلی یعنی تشکیل وارنیش تشخیص داده نمی‌شود. در نتیجه، عملیات تعمیراتی انجام‌شده غالباً اثربخشی لازم را نداشته و هزینه‌های قابل توجهی به مجموعه تحمیل می‌کند.

عوامل مؤثر بر افزایش تشکیل وارنیش

امروزه بهره‌برداران سیستم‌های هیدرولیکی و روانکاری با تغییر مهمی در ترکیب روغن‌های پایه مواجه شده‌اند.

در گذشته، روغن‌های پایه عمدتاً از طریق تقطیر مستقیم نفت خام تولید می‌شدند و در گروه Group I قرار داشتند.

با توسعه فناوری پالایش، فرآیندهای جدیدی برای کاهش ترکیبات مضر، به‌ویژه هیدروکربن‌های آروماتیکی، به کار گرفته شد. نتیجه این تغییر، تولید روغن‌های پایه گروه‌های II، II+ و III بود.

این روغن‌های پایه جدید اگرچه از نظر مقاومت در برابر اکسیداسیون، پایداری حرارتی و طول عمر عملکرد بهتری دارند، اما یک ویژگی مهم خود را تا حد زیادی از دست داده‌اند: قدرت حلالیت (Solvency)

کاهش قطبیت روغن‌های پایه

روغن‌های پایه گروه I دارای مقدار بیشتری هیدروکربن‌های قطبی و غیراشباع بودند. به همین دلیل، ترکیبات قطبی حاصل از تخریب روغن به‌راحتی در آن‌ها حل می‌شدند.

اما در روغن‌های پایه گروه II و III، میزان ترکیبات قطبی کاهش یافته است. در نتیجه: ظرفیت روغن برای حل کردن محصولات اکسیداسیون نیز کاهش یافته است.

از آنجا که وارنیش یک ترکیب بسیار قطبی است، در روغن‌های پایه جدید به‌سختی در حالت محلول باقی می‌ماند. به بیان ساده: هرچه روغن پایه غیرقطبی‌تر باشد، توانایی آن در حل کردن وارنیش کمتر خواهد بود.

کاهش حلالیت محصولات اکسیداسیون

یک اصل شناخته‌شده در شیمی بیان می‌کند: مواد قطبی در مواد قطبی بهتر حل می‌شوند.

بنابراین، زمانی که سهم ترکیبات قطبی در روغن کاهش یابد، محصولات حاصل از پیرشدن روغن (که همان وارنیش هستند) دیگر قادر نخواهند بود به‌خوبی در روغن حل شوند.

نتیجه این فرآیند عبارت است از:

• کدر شدن روغن؛
• تشکیل ذرات نرم؛
• تشکیل رسوبات وارنیش در داخل سیستم.

این فرآیند معمولاً پس از حدود سه تا چهار سال کارکرد روغن آغاز می‌شود.

زمانی که غلظت وارنیش از حد حلالیت روغن بیشتر شود، وارنیش از محلول خارج شده، به‌صورت ذرات تجمع یافته و در نهایت رسوبات بزرگ‌تری تشکیل می‌دهد.

نکته بسیار مهم این است که: وارنیش از روغن سنگین‌تر نیست و بنابراین برخلاف تصور رایج، در کف مخزن ته‌نشین نمی‌شود.

بلکه معمولاً روی:

• سطوح فلزی؛
• مبدل‌های حرارتی؛
• بدنه شیرها؛
• مخازن روغن؛
• سایر نقاط سرد سیستم

رسوب می‌کند.

نقش الکتریسیته ساکن در تشکیل وارنیش

یکی دیگر از پیامدهای کاهش قطبیت روغن‌های پایه جدید، کاهش هدایت الکتریکی روغن است. زمانی که چنین روغنی از میان فیلترهای سیستم هیدرولیک عبور می‌کند، امکان تولید بار الکتریسیته ساکن وجود دارد.

در سیستم‌های روانکاری توربین، تخلیه الکتریسیته ساکن (Electrostatic Discharge – ESD) در اثر اصطکاک بین روغن و اجزای سیستم ایجاد می‌شود.

یکی از نشانه‌های این پدیده، صدای تق‌تق قابل شنیدن ناشی از تخلیه بار الکتریکی و ایجاد جرقه در داخل سیستم است اما اثرات مخرب ESD تنها به جرقه محدود نمی‌شود.

بار الکتریکی تولیدشده می‌تواند در مسیر پایین‌دست فیلتر حرکت کرده و موجب آسیب به:

• عناصر فیلتر؛
• قطعات سیستم؛
• و خود روغن

شود.

عوامل مؤثر بر تولید بار الکتریکی

مقدار بار الکتریکی ایجادشده هنگام عبور روغن از فیلتر به عوامل متعددی بستگی دارد، از جمله:

• سرعت عبور روغن از المان فیلتر؛
• هدایت الکتریکی روغن؛
• نوع بسته افزودنی روغن؛
• دمای روغن؛
• گرانروی روغن.

به‌طور کلی:

هرچه سرعت جریان روغن بیشتر باشد، احتمال تولید بار الکتریکی نیز افزایش می‌یابد.

همچنین شرایط زیر باعث افزایش تولید الکتریسیته ساکن می‌شوند:

• هدایت الکتریکی پایین روغن؛
• برخی انواع بسته‌های افزودنی؛
• دمای پایین‌تر روغن (که باعث افزایش گرانروی می‌شود).

تغییر ماهیت روغن‌های امروزی

عمر روغن موضوع جدیدی نیست و همواره در سیستم‌های روانکاری وجود داشته است. اما با ورود روغن‌های پایه بسیار پالایش‌شده، ویژگی‌های شیمیایی روغن‌ها تغییر کرده است.

امروزه انتظار می‌رود روغن‌های هیدرولیک:

• در دماهای بالاتر کار کنند؛
• بازده بیشتری داشته باشند؛
• ترکیبات مضر کمتری داشته باشند؛
• طول عمر بیشتری ارائه دهند.

این تغییرات باعث شده است که پایش وضعیت روغن (Oil Monitoring) بیش از هر زمان دیگری اهمیت پیدا کند.

مشکل اطلاعات ناقص برگه‌های مشخصات روغن

یکی از مشکلات مهم این است که در اغلب برگه‌های اطلاعات فنی (Technical Data Sheet) نوع روغن پایه مورد استفاده ذکر نمی‌شود.

از طرف دیگر، بسیاری از تولیدکنندگان حتی پس از تغییر نوع روغن پایه، نام تجاری روغن را تغییر نمی‌دهند که در نتیجه، هنگام شارژ یا تکمیل روغن، ممکن است بدون اطلاع، روغن‌های قدیمی و جدید با یکدیگر مخلوط شوند.

این اختلاط در برخی شرایط می‌تواند موجب:

• واکنش‌های شیمیایی ناخواسته؛
• تشکیل محصولات جانبی؛
• افزایش رسوب؛
• و تشکیل وارنیش

شود.

چگونه وجود وارنیش را تشخیص دهیم؟

وجود وارنیش معمولاً با آزمایش‌های روتین آنالیز روغن قابل تشخیص نیست. در آزمایشگاه، وارنیش به‌صورت رسوب تیره‌رنگ روی غشای فیلتر مشاهده می‌شود. برای این منظور از آزمون MPC (Membrane Patch Colorimetry) استفاده می‌شود.

در این آزمون، روغن از یک غشای با اندازه منافذ 0.45 میکرون عبور داده می‌شود. سپس تغییر رنگ غشاء اندازه‌گیری شده و به صورت مقدار ΔE گزارش می‌شود. به‌طور معمول اگر مقدار MPC بیشتر از 40 باشد، سیستم در شرایط بحرانی قرار دارد و احتمال تشکیل رسوبات وارنیش بسیار زیاد است.

تفاوت شمارش ذرات در آزمایشگاه و آنلاین؛ یکی از نشانه‌های وجود وارنیش

یکی از نشانه‌های مهم وجود وارنیش در روغن، اختلاف قابل‌توجه بین نتایج شمارش ذرات در آزمایشگاه و شمارش ذرات به‌صورت آنلاین است.

به‌عنوان مثال، ممکن است نتایج به‌صورت زیر باشد:

• شمارش ذرات آزمایشگاهی: 24/23/17
• شمارش ذرات آنلاین: 16/14/10

این اختلاف زیاد ناشی از وابستگی شدید حلالیت وارنیش به دما است.

هنگامی که نمونه روغن برای انجام آزمون به آزمایشگاه منتقل می‌شود، معمولاً تا دمای محیط سرد می‌شود. کاهش دما باعث می‌شود ظرفیت حلالیت روغن کاهش یافته و بخشی از وارنیش محلول از فاز محلول خارج شده و به صورت ذرات بسیار ریز رسوب کند.

این ذرات عمدتاً در محدوده ۴ و ۶ میکرون قرار دارند و در نتیجه موجب افزایش قابل توجه مقادیر ISO Code در این دو کانال اندازه‌گیری می‌شوند، در حالی که تأثیر چندانی بر کانال ۱۴ میکرون ندارند.

در شرایط عادی، اختلاف بین کدهای ۶ و ۱۴ میکرون معمولاً حداکثر چهار کد است؛ اما در حضور وارنیش، این اختلاف ممکن است به پنج کد یا حتی بیشتر برسد.

نکته مهم این است که این پدیده برگشت‌پذیر است؛ به این معنا که با افزایش مجدد دمای روغن، وارنیش دوباره در روغن حل شده و تعداد ذرات کاهش می‌یابد.

چگونه می‌توان تشکیل وارنیش را کاهش داد؟

هرچند فرآیند پیرشدن روغن اجتناب‌ناپذیر است، اما می‌توان با اجرای برنامه مناسب مراقبت از روغن (Oil Care)، سرعت تشکیل وارنیش را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

مهم‌ترین اقدامات عبارت‌اند از:

1- فیلتراسیون آفلاین (Offline Filtration)

فیلتراسیون جانبی باعث حذف ذرات ریز و جلوگیری از رشد آن‌ها می‌شود و در نتیجه از تشکیل رسوبات بزرگ‌تر جلوگیری می‌کند.

2- آب‌زدایی (Dewatering)

وجود آب باعث شستشوی افزودنی‌ها، افزایش سرعت اکسیداسیون و تسریع تشکیل وارنیش می‌شود. حذف آب از روغن این اثرات را کاهش می‌دهد.

3- گاززدایی (Degassing)

حذف هوای محلول و حباب‌های هوا موجب کاهش تماس روغن با اکسیژن شده و سرعت اکسیداسیون را کاهش می‌دهد.

4- جلوگیری از تخلیه الکتریسیته ساکن (ESD)

کاهش یا حذف تخلیه الکتریسیته ساکن از طریق انتخاب صحیح فیلترها و شرایط بهره‌برداری، از تخریب موضعی روغن و تشکیل وارنیش جلوگیری می‌کند.

5- حذف نقاط داغ (Hot Spots)

وجود نقاط با دمای بالا موجب تخریب سریع روغن می‌شود. کنترل دمای سیستم و حذف نقاط داغ نقش مهمی در افزایش عمر روغن دارد.

6- پایش مداوم دمای روغن

کنترل تغییرات دمای روغن می‌تواند نشانه‌ای از:

• افزایش اصطکاک یاتاقان‌ها؛
• کاهش راندمان مبدل‌های حرارتی؛
• یا آغاز تشکیل وارنیش

باشد.

7- آنالیز دوره‌ای روغن

انجام منظم آزمون‌های آنالیز روغن و بررسی روند تغییرات پارامترهایی مانند:

• MPC،
• TAN،
• RULER،
• FTIR،
• شمارش ذرات،

به تشخیص زودهنگام تشکیل وارنیش کمک می‌کند و از بروز مشکلاتی مانند گیرکردن شیرهای کنترل توربین و عملکرد ناایمن تجهیزات جلوگیری می‌کند.

جهت درخواست انجام آنالیز دوره‌ای روغن برای تجهیزات حساس کلیک نمایید.

فناوری‌های مورد استفاده برای کاهش اثرات وارنیش

حذف رسوبات وارنیش از داخل تجهیزات معمولاً فرآیندی زمان‌بر است. در مراحل اولیه تشکیل، محصولات تخریب روغن به صورت ذراتی کوچک‌تر از ۰٫۱ میکرون وجود دارند. این ذرات به‌راحتی از فیلترهای معمولی عبور کرده و در ابتدا اختلالی در عملکرد شیرها ایجاد نمی‌کنند.

با ادامه فرآیند اکسیداسیون یا کاهش دمای روغن (برای مثال هنگام خاموش شدن سیستم)، این ذرات به یکدیگر متصل شده و توده‌های بزرگ‌تری تشکیل می‌دهند که موجب:

• انسداد شیرها؛
• گرفتگی فیلترها؛
• و تشکیل رسوبات سخت

می‌شوند.

به همین دلیل، سیستم‌های حذف وارنیش معمولاً باید به‌صورت دائمی یا در بازه‌های زمانی طولانی در مدار بهره‌برداری قرار داشته باشند.

همچنین عملکرد این سیستم‌ها ممکن است در حضور:

• رطوبت زیاد،
• یا غلظت بالای ذرات سایشی فلزی،

کاهش یابد.

روش‌های متداول حذف وارنیش

چندین فناوری مختلف برای حذف یا کاهش وارنیش در سیستم‌های هیدرولیک و روانکاری استفاده می‌شوند.

مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• فیلتراسیون بسیار ریز (Fine Filtration)
• تصفیه الکترواستاتیکی (Electrostatic Purification)
• جذب سطحی توسط مدیای جاذب یک‌بارمصرف (Adsorption Media)
• شست‌وشوی شیمیایی یا فلاشینگ سیستم (Chemical Cleaning / Flushing)

فیلتراسیون بسیار ریز

در این روش، ذرات پلیمری وارنیش که معمولاً حدود ۲ میکرون اندازه دارند، توسط فیلترهای بسیار ریز حذف می‌شوند. این سیستم معمولاً به صورت Offline روی مخزن روغن نصب می‌شود.

در بسیاری از کاربردها، قبل از ورود روغن به فیلتر، از یک خنک‌کننده (Cooler یا Chiller) استفاده می‌شود. کاهش دمای روغن باعث می‌شود پیش‌سازهای وارنیش از حالت محلول خارج شده و به صورت ذرات قابل فیلتر شدن درآیند. در نتیجه، فیلتراسیون ریز قادر است وارنیش آزاد را حذف کند.

این سیستم معمولاً همراه با:

• واحد آب‌گیری،
• یا دستگاه تصفیه روغن

استفاده می‌شود.

فیلترهای ضد الکتریسیته ساکن (ESD Filter Media)

برای حذف مشکلات ناشی از بار الکتریسیته ساکن، نسل جدیدی از فیلترها با عنوان Electrostatic Dissipative Filters توسعه یافته‌اند.

این فیلترها با استفاده از ساختار ویژه الیاف، از ایجاد بار الکتریکی در هنگام عبور روغن جلوگیری می‌کنند. آزمایش‌های صنعتی نشان داده‌اند که این نوع فیلترها:

• از آسیب دیدن فیلتر جلوگیری می‌کنند؛
• تولید بار الکتریکی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند؛
• و نسبت به فیلترهای معمولی الیاف شیشه‌ای عملکرد بسیار بهتری دارند.

در نتیجه استفاده از این فیلترها باعث:

• افزایش ایمنی بهره‌برداری؛
• حذف جرقه‌های داخلی؛
• کاهش تخریب روغن؛
• جلوگیری از تشکیل لجن (Sludge)؛
• افزایش عمر روغن؛
• کاهش تعداد تعویض فیلتر؛
• و کاهش هزینه‌های نگهداری

می‌شود.

واحدهای حذف وارنیش

این تجهیزات به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند آلاینده‌های نرم موجود در هر دو فاز محلول و معلق را حذف کنند. اصل عملکرد آن‌ها بر پایه جذب ذرات کوچک‌تر از ۱ میکرون روی سطح فعال یک رزین تبادل یونی است. مزیت اصلی این فناوری آن است که با حذف این ذرات بسیار ریز، ظرفیت انحلال روغن دوباره افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه، روغن به اصطلاح Varnish Hungry یا «تشنه وارنیش» می‌شود.

در این حالت، روغن تمایل پیدا می‌کند رسوبات نرم موجود روی سطوح داخلی تجهیزات را دوباره در خود حل کند. این رسوبات پس از حل شدن، توسط واحد حذف وارنیش جذب می‌شوند. البته این فناوری قادر به حذف رسوبات سخت و پخت‌شده (Hardened Varnish) نیست.

یکی از مهم‌ترین مزایای این سیستم، سطح تماس بسیار زیاد رزین تبادل یونی است که موجب افزایش راندمان حذف و کاهش هزینه‌های بهره‌برداری می‌شود.

شست‌وشوی شیمیایی (Chemical Cleaning)

در این روش، مواد شیمیایی مخصوص به سیستم اضافه می‌شوند تا رسوبات وارنیش را نرم کرده و در روغن معلق کنند. پس از مدت مشخصی گردش روغن، سیستم تخلیه شده و همراه با روغن، رسوبات نیز از مدار خارج می‌شوند.

این فرآیند بسته به:

• اندازه سیستم؛
• و میزان رسوبات،

ممکن است از چند ساعت تا چند روز به طول انجامد و پس از پایان عملیات، سیستم باید با روغن تمیز شست‌وشو شده و سپس مجدداً با روغن نو پر شود.

نتیجه‌گیری

یکی از مهم‌ترین عوامل افزایش تشکیل وارنیش در سال‌های اخیر، تغییر ترکیب روغن‌های پایه و استفاده گسترده از روغن‌های بسیار پالایش‌شده (گروه‌های II و III) است. این روغن‌ها اگرچه از نظر پایداری حرارتی و اکسیداسیونی عملکرد بهتری دارند، اما به دلیل قطبیت کمتر، توانایی پایین‌تری در حل کردن وارنیش دارند.

کاهش دمای روغن، افزایش فشار و وجود نواحی سرد در سیستم نیز احتمال رسوب وارنیش را افزایش می‌دهد. از آنجا که نوع روغن پایه معمولاً در برگه مشخصات فنی روغن ذکر نمی‌شود، شناسایی روغن‌های مستعد تشکیل وارنیش کار ساده‌ای نیست. به همین دلیل، بسیاری از مشکلات ناشی از وارنیش به اشتباه به عوامل دیگری نسبت داده شده و اقداماتی مانند شست‌وشوی مکانیکی یا تعویض کامل روغن انجام می‌شود که در بسیاری از موارد پرهزینه و کم‌اثر هستند.

اجرای برنامه‌های مناسب مراقبت از روغن، شامل فیلتراسیون دقیق، آب‌گیری، هواگیری، گاززدایی و پایش مداوم وضعیت روغن، می‌تواند سرعت تشکیل وارنیش را کاهش داده و عمر مفید روغن را افزایش دهد.

در صورت بروز مشکل وارنیش، استفاده از واحدهای حذف وارنیش راهکاری مؤثر برای حذف هم‌زمان وارنیش محلول و معلق است. این فناوری با افزایش مجدد ظرفیت انحلال روغن، امکان حل شدن تدریجی رسوبات نرم موجود بر روی سطوح و حذف آن‌ها را فراهم می‌کند و در نتیجه، میزان رسوبات داخل سیستم را به‌تدریج کاهش می‌دهد.

در مجموع، کنترل و حذف وارنیش نه‌تنها موجب افزایش عمر روغن و تجهیزات می‌شود، بلکه قابلیت اطمینان سیستم، ایمنی بهره‌برداری و بهره‌وری اقتصادی واحدهای صنعتی را نیز به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد.

اطلاعات این مقاله برگرفته از این منبع می‌باشد.