چه ابزارهایی برای پایش میزان افزودنی‌ها استفاده می‌شوند؟

برای اندازه‌گیری مقدار افزودنی‌های موجود در روغن، روش‌های تحلیلی مختلفی وجود دارد. مهم‌ترین روش‌ها عبارت‌اند از:

1. طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR – Fourier Transform Infrared Spectroscopy)
2. طیف‌سنجی پلاسمای جفت‌شده القایی (ICP – Inductively Coupled Plasma)
3. آزمون RULER® برای ارزیابی وضعیت آنتی‌اکسیدان‌ها

هر یک از این روش‌ها اطلاعات متفاوتی درباره وضعیت افزودنی‌ها ارائه می‌دهند.

۱- آزمون ICP

روش ICP یکی از متداول‌ترین روش‌ها برای اندازه‌گیری عناصر موجود در روغن است.

در این روش، نمونه روغن در یک محیط پلاسمای بسیار داغ یونیزه شده و عناصر موجود در آن بر اساس طول موج نشر یا جذب اندازه‌گیری می‌شوند.

نتایج معمولاً به صورت: ppm (Parts Per Million) گزارش شده و روند تغییرات آن‌ها در طول زمان بررسی می‌شود.

عناصری که معمولاً با ICP بررسی می‌شوند شامل:

• روی (Zn)
• فسفر (P)
• کلسیم (Ca)
• منیزیم (Mg)
• باریم (Ba)
• مولیبدن (Mo)

هستند.

این عناصر می‌توانند نماینده حضور یا کاهش برخی افزودنی‌ها باشند.

برای مثال:

• کاهش Zn و P می‌تواند نشان‌دهنده کاهش ZDDP باشد.
• کاهش Ca و Mg ممکن است کاهش افزودنی‌های پاک کننده را نشان دهد.

۲- آزمون FTIR

FTIR یک روش طیف‌سنجی است که با بررسی نحوه جذب نور مادون قرمز توسط مولکول‌های مختلف، اطلاعاتی درباره ترکیب شیمیایی روغن ارائه می‌دهد.

این آزمون می‌تواند برای بررسی موارد زیر استفاده شود:

• اکسیداسیون روغن
• نیتراسیون (در روغن موتور)
• وجود آب
• تخریب افزودنی‌ها
• تشکیل محصولات تخریب روغن

برخلاف ICP که بیشتر عناصر را اندازه‌گیری می‌کند، FTIR بیشتر به بررسی ساختار مولکولی و تغییرات شیمیایی روغن می‌پردازد.

روندگیری نتایج افزودنی‌ها

هنگام تحلیل روند افزودنی‌ها، تنها مقدار فعلی آن‌ها اهمیت ندارد؛ بلکه باید به رفتار آن‌ها در طول زمان توجه کرد.

تحلیل‌گر باید بررسی کند:

• سرعت کاهش افزودنی چقدر است؟
• آیا کاهش یکنواخت است یا ناگهانی؟
• آیا کاهش یک افزودنی با افزایش شاخص‌های خرابی مانند TAN یا فلزات سایشی همراه است؟
• آیا کاهش افزودنی‌ها ناشی از شرایط کاری است یا به دلیل رقیق‌سازی با روغن جدید؟

برای مثال:

کاهش تدریجی ZDDP همراه با افزایش فلزات سایشی می‌تواند نشان‌دهنده افزایش سایش باشد.

اما کاهش مشابه ZDDP بدون وجود افزایش فلزات سایشی ممکن است فقط ناشی از عملکرد طبیعی افزودنی باشد.

اهمیت تحلیل افزودنی‌ها در مدیریت دارایی

هدف اصلی از پایش افزودنی‌ها، صرفاً اندازه‌گیری مقدار آن‌ها نیست؛ بلکه استفاده از این اطلاعات برای درک اتفاقات داخل تجهیز است.

با پایش تغییرات افزودنی‌ها می‌توان:

• شروع فرآیند اکسیداسیون را شناسایی کرد.
• احتمال تشکیل وارنیش را پیش‌بینی نمود.
• شرایط افزایش دمای کاری را تشخیص داد.
• افزایش سایش داخلی تجهیز را بررسی کرد.
• زمان مناسب تعویض روغن را تعیین کرد.

آزمون RULER® چیست؟

یکی دیگر از ابزارهای مهم برای پایش وضعیت افزودنی‌های روغن، آزمون RULER® (Remaining Useful Life Evaluation Routine) است.

این آزمون به‌طور اختصاصی برای اندازه‌گیری مقدار آنتی‌اکسیدان‌های باقی‌مانده در روغن طراحی شده است.

برخلاف روش‌هایی مانند ICP که بیشتر مقدار عناصر موجود در روغن (مانند روی، فسفر، کلسیم و منیزیم) را اندازه‌گیری می‌کنند، آزمون RULER مستقیماً بر توانایی باقی‌مانده روغن در مقابله با اکسیداسیون تمرکز دارد.

به بیان ساده، RULER پاسخ این سؤال را مشخص می‌کند:

«چه مقدار از ظرفیت محافظتی روغن در برابر اکسیداسیون هنوز باقی مانده است؟»

نحوه عملکرد آزمون RULER®

در این روش، نمونه روغن کارکرده با نمونه روغن نو همان محصول مقایسه می‌شود.

داده‌های حاصل از آزمون نشان می‌دهند:

• مقدار اولیه آنتی‌اکسیدان در روغن نو چقدر بوده است.
• چه مقدار از این افزودنی‌ها در طول کارکرد مصرف شده‌اند.
• چه درصدی از ظرفیت آنتی‌اکسیدانی روغن باقی مانده است.

نتیجه آزمون معمولاً به‌صورت درصد باقی‌مانده آنتی‌اکسیدان‌ها نسبت به روغن نو گزارش می‌شود.

تفسیر نتایج RULER®

به‌طور معمول:

• مقدار بالا نشان‌دهنده ذخیره مناسب آنتی‌اکسیدان و مقاومت خوب روغن در برابر اکسیداسیون است.
• کاهش تدریجی مقدار RULER نشان‌دهنده مصرف طبیعی آنتی‌اکسیدان‌ها در طول زمان است.
• کاهش سریع مقدار RULER می‌تواند نشانه وجود شرایط نامناسب مانند دمای بالا، آلودگی، ورود آب، حضور فلزات کاتالیزور یا بار حرارتی زیاد باشد.

بر اساس توصیه‌های رایج در صنعت:

اگر مقدار RULER به کمتر از حدود ۲۵ درصد مقدار اولیه برسد، سطح آنتی‌اکسیدان‌ها وارد محدوده بحرانی شده و باید امکان تعویض روغن یا انجام اقدامات اصلاحی بررسی شود.

البته این مقدار باید همیشه با توجه به نوع روغن، توصیه سازنده تجهیز، شرایط کاری و سایر نتایج آنالیز روغن تفسیر شود.

اهمیت آنتی‌اکسیدان‌ها در روغن‌های توربین

آزمون RULER در روغن‌های توربین اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا روغن‌های توربین معمولاً:

• ساعات کارکرد بسیار طولانی دارند.
• در معرض اکسیژن و دمای بالا قرار می‌گیرند.
• به دلیل حساسیت تجهیزات، امکان تعویض زودهنگام یا دیرهنگام روغن هزینه‌بر است.

در این کاربردها، از دست رفتن آنتی‌اکسیدان‌ها یکی از اولین نشانه‌های نزدیک شدن روغن به پایان عمر شیمیایی آن است.

برای مثال، ممکن است:

• ویسکوزیته هنوز در محدوده قابل قبول باشد.
• میزان آلودگی پایین باشد.
• ظاهر روغن مناسب باشد.

اما اگر ذخیره آنتی‌اکسیدان‌ها به پایان رسیده باشد، روغن می‌تواند به‌سرعت وارد مرحله تخریب شود.

اهمیت شناخت انواع آنتی‌اکسیدان‌ها

بسته‌های افزودنی روغن‌ها معمولاً شامل ترکیبی از چند نوع آنتی‌اکسیدان هستند.

برای مثال، برخی روغن‌ها ممکن است دارای:

• آنتی‌اکسیدان‌های آمینی
• آنتی‌اکسیدان‌های فنولی

باشند.

هرکدام از این ترکیبات:

• سرعت واکنش متفاوتی دارند.
• در برابر شرایط حرارتی متفاوت رفتار متفاوتی نشان می‌دهند.
• نقش متفاوتی در حفاظت روغن دارند.

بنابراین، صرفاً بررسی مقدار کلی آنتی‌اکسیدان‌ها همیشه کافی نیست و بررسی نوع و الگوی کاهش آن‌ها نیز می‌تواند اطلاعات ارزشمندی ارائه دهد.

ارتباط کاهش افزودنی‌ها با سلامت تجهیز

هدف اصلی استفاده از آزمون‌هایی مانند ICP، FTIR و RULER، صرفاً اندازه‌گیری مواد شیمیایی موجود در روغن نیست.

هدف اصلی این است که بتوانیم بفهمیم:

در داخل تجهیز چه اتفاقی در حال رخ دادن است؟ برای مثال کاهش آنتی‌اکسیدان‌ها می‌تواند نشان‌دهنده:

• شروع اکسیداسیون
• شرایط دمایی نامناسب
• آلودگی کاتالیزوری
• افزایش زمان ماند روغن در سیستم باشد.

کاهش افزودنی‌های ضدسایش می‌تواند نشان‌دهنده:

• افزایش تماس فلز با فلز
• افزایش بارگذاری
• کاهش ضخامت فیلم روغن
• سایش غیرعادی قطعات باشد.

البته برای تأیید افزایش سایش باید نتایج با آزمون‌هایی مانند:

• اندازه‌گیری فلزات سایشی با ICP
• شمارش ذرات (Particle Count)
• فرروگرافی (Ferrography)

نیز تطبیق داده شوند.

استفاده از داده‌های افزودنی‌ها برای مدیریت سلامت تجهیزات

هدف اصلی استفاده از ابزارهای تحلیلی مانند ICP، FTIR و RULER® تنها اندازه‌گیری مقدار افزودنی‌های موجود در روغن نیست؛ بلکه هدف اصلی، به‌دست آوردن بینش نسبت به اتفاقاتی است که در داخل تجهیز رخ می‌دهد.

در یک برنامه حرفه‌ای پایش وضعیت (Condition Monitoring)، داده‌های مربوط به افزودنی‌ها باید در کنار سایر پارامترهای آنالیز روغن بررسی شوند تا بتوان یک تصویر جامع از وضعیت روانکار و تجهیز ایجاد کرد.

به عبارت دیگر، مقدار یک افزودنی به‌تنهایی نمی‌تواند نشان‌دهنده سلامت یا خرابی روغن باشد؛ بلکه روند تغییرات آن در طول زمان اهمیت اصلی را دارد.

ارتباط کاهش افزودنی‌ها با تشکیل وارنیش

یکی از مهم‌ترین پیامدهای تخریب روغن، به‌خصوص در سیستم‌های حساس مانند:

• توربین‌های بخار
• توربین‌های گاز
• سیستم‌های هیدرولیک دقیق
• تجهیزات دارای شیرهای سروو (Servo Valves)

تشکیل وارنیش (Varnish) است.

وارنیش یک رسوب آلی چسبنده و نامحلول است که معمولاً از محصولات تخریب روغن و اکسیداسیون آن تشکیل می‌شود.

فرآیند تشکیل وارنیش معمولاً زمانی شدت می‌گیرد که:

1. آنتی‌اکسیدان‌های روغن کاهش یافته باشند.
2. رادیکال‌های آزاد بدون کنترل باقی بمانند.
3. مولکول‌های روغن پایه شروع به تخریب کنند.
4. محصولات اکسیداسیون به ترکیبات قطبی و نامحلول تبدیل شوند.

این ترکیبات می‌توانند:

• روی سطوح داخلی تجهیزات رسوب کنند.
• باعث چسبیدن شیرهای کنترلی شوند.
• مسیرهای عبور روغن را محدود کنند.
• دمای کاری تجهیزات را افزایش دهند.

بنابراین، پایش روند کاهش آنتی‌اکسیدان‌ها می‌تواند به‌عنوان یک ابزار پیشگیرانه برای جلوگیری از تشکیل وارنیش استفاده شود.

ارتباط افزودنی‌ها با افزایش دمای تجهیز

افزایش دمای کاری یکی از عوامل اصلی تسریع تخریب روغن است.

هنگامی که روغن در معرض دمای بالا قرار می‌گیرد:

• سرعت واکنش‌های اکسیداسیون افزایش می‌یابد.
• رادیکال‌های آزاد سریع‌تر تشکیل می‌شوند.
• آنتی‌اکسیدان‌ها با سرعت بیشتری مصرف می‌شوند.
• عمر مفید روغن کاهش پیدا می‌کند.

به همین دلیل، کاهش سریع آنتی‌اکسیدان‌ها می‌تواند یک نشانه غیرمستقیم از وجود شرایط حرارتی نامناسب در تجهیز باشد.

در چنین شرایطی باید عواملی مانند موارد زیر بررسی شوند:

• عملکرد سیستم خنک‌کاری
• بارگذاری بیش از حد
• کاهش جریان روغن
• گرفتگی فیلترها
• افزایش اصطکاک داخلی قطعات

ارتباط افزودنی‌های ضدسایش با وضعیت مکانیکی تجهیز

افزودنی‌های ضدسایش اطلاعات مهمی درباره شرایط تریبولوژیکی تجهیز ارائه می‌دهند.

اگر کاهش افزودنی‌های ضدسایش همراه با افزایش فلزات سایشی مشاهده شود، احتمال وجود یک مشکل مکانیکی افزایش می‌یابد.

برای مثال:

کاهش ZDDP + افزایش آهن (Fe)

می‌تواند نشان‌دهنده:

• سایش قطعات فولادی
• تماس فلز با فلز
• کاهش کیفیت فیلم روغن

باشد.

کاهش ZDDP بدون افزایش فلزات سایشی

ممکن است فقط نشان‌دهنده:

• عملکرد طبیعی افزودنی
• تشکیل فیلم محافظ روی سطوح
• مصرف معمول افزودنی

باشد.

بنابراین، تفسیر کاهش افزودنی‌ها باید همیشه همراه با سایر نتایج آزمایشگاهی انجام شود.

اهمیت روندگیری در پایش افزودنی‌ها

یکی از مهم‌ترین اصول در آنالیز روغن این است که:

یک نتیجه آزمایشگاهی منفرد معمولاً اطلاعات محدودی ارائه می‌دهد، اما روند تغییرات در طول زمان اطلاعات بسیار ارزشمندتری ایجاد می‌کند.

برای مثال، فرض کنید مقدار روی (Zn) در روغن به‌صورت زیر تغییر کند:

نمونه اول:

• Zn = 900 ppm

نمونه دوم:

• Zn = 850 ppm

نمونه سوم:

• Zn = 780 ppm

این کاهش تدریجی ممکن است کاملاً طبیعی باشد.

اما اگر روند به شکل زیر باشد:

نمونه اول:

• Zn = 900 ppm

نمونه دوم:

• Zn = 500 ppm

نمونه سوم:

• Zn = 200 ppm

این کاهش شدید می‌تواند نشان‌دهنده:

• اختلاط با روغن دیگر
• تخریب شدید افزودنی
• واکنش شیمیایی غیرعادی
• خطای عملیاتی

باشد و نیازمند بررسی فوری است.

رویکرد صحیح برای تصمیم‌گیری تعویض روغن

یکی از اشتباهات رایج در مدیریت روانکار این است که تصمیم تعویض روغن تنها بر اساس:

• زمان کارکرد
• ساعت کارکرد تجهیز
• رنگ روغن
• ظاهر روغن

گرفته شود.

در یک برنامه حرفه‌ای، تصمیم تعویض روغن باید بر اساس مجموعه‌ای از پارامترها اتخاذ شود:

خواص فیزیکی:

• ویسکوزیته
• شاخص ویسکوزیته
• نقطه اشتعال

خواص شیمیایی:

• عدد اسیدی (TAN)
• وضعیت اکسیداسیون
• مقدار آنتی‌اکسیدان‌ها

وضعیت افزودنی‌ها:

• میزان باقی‌مانده ZDDP
• عناصر افزودنی
• ذخیره آنتی‌اکسیدانی

آلودگی‌ها:

• آب
• ذرات جامد
• سوخت
• مواد خارجی

وضعیت سایش:

• فلزات سایشی
• شمارش ذرات
• فرروگرافی

ترکیب این اطلاعات امکان تصمیم‌گیری دقیق‌تر و اقتصادی‌تر را فراهم می‌کند.

نتیجه‌گیری

روغن روانکار تنها یک سیال انتقال‌دهنده نیرو یا کاهش‌دهنده اصطکاک نیست؛ بلکه یک سیستم مهندسی‌شده شیمیایی است که عملکرد آن حاصل تعامل پیچیده بین روغن پایه و مجموعه‌ای از افزودنی‌های تخصصی است.

افزودنی‌ها نقش حیاتی در:

• کنترل اکسیداسیون
• کاهش سایش
• جلوگیری از خوردگی
• کنترل کف
• مدیریت آلودگی‌ها
• افزایش عمر کاری روغن دارند.

از آنجا که بسیاری از افزودنی‌ها ماهیت فداشونده دارند، پایش کاهش آن‌ها می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره:

• وضعیت شیمیایی روغن
• شرایط کاری تجهیز
• وجود مشکلات مکانیکی
• زمان مناسب اقدامات اصلاحی فراهم کند.

استفاده ترکیبی از تکنیک‌هایی مانند: ICP و FTIR و RULER به متخصصان نگهداری و روانکاری اجازه می‌دهد تا به جای واکنش پس از خرابی، به سمت نگهداری پیش‌بینانه (Predictive Maintenance) حرکت کنند.

در نهایت، ارزش واقعی پایش افزودنی‌ها در این است که به ما اجازه می‌دهد:

«قبل از اینکه روغن نتواند از تجهیز محافظت کند، نشانه‌های کاهش توانایی آن را شناسایی کنیم و اقدام مناسب را انجام دهیم.»

منابع

https://testoil.com/services/turbine-oil-analysis/annual-turbine-analysis/

https://www.fluitec.com/2022/09/29/why-is-lsv-used-for-ruler-analysis/