اکسیداسیون را میتوان نوعی تخریب تدریجی روانکار توصیف کرد؛ فرآیندی که در آن روغنی که در ابتدا از نظر شیمیایی پایدار و دارای عملکرد مناسب بوده است، بهمرور به سیالی تخریبشده تبدیل میشود و در نهایت میتواند موجب تشکیل لجن (Sludge) و وارنیش (Varnish) شده و عملکرد تجهیزات را مختل کند. اما این فرآیند چگونه رخ میدهد؟
همانطور که گفته میشود قرار گرفتن در یک محیط نامناسب میتواند پیامدهای نامطلوبی داشته باشد، روانکار نیز از این قاعده مستثنی نیست. محیط نامطلوب عملیاتی میتواند تأثیر مخربی بر کیفیت، پایداری و عمر مفید یک روانکار داشته باشد.
برای حفظ روانکار در شرایط بهینه، ابتدا باید عوامل محیطی و عملیاتی مخرب شناسایی شوند و سپس اقدامات لازم برای جلوگیری از تخریب روغن انجام گیرد.
آسیبپذیری روانکارها در برابر تخریب
روانکارها در معرض عوامل مختلفی قرار دارند که میتوانند باعث تخریب آنها شوند. بیشتر روانکارهای غیرسنتتیک یا متداول، عمدتاً از دو جزء اصلی تشکیل شدهاند:
- روغن پایه معدنی (Mineral Base Oil)
- بسته افزودنیها (Additive Package)
ساختار اصلی روغن پایه عمدتاً از مولکولهایی تشکیل شده است که از اتمهای هیدروژن و کربن ساخته شدهاند.
این اتمها به دلیل تمایل شیمیایی متقابل، از طریق فرآیندی به نام پیوند شیمیایی به یکدیگر متصل میشوند.
اگر تعداد اتمهای هیدروژن متصل به ساختار هیدروکربنی در حد اشباع باشد، مولکول موردنظر اشباع (Saturated) نامیده میشود.
مولکولهای اشباعشده معمولاً از پایداری بیشتری برخوردارند و تمایل کمتری به واکنش با سایر عناصر یا ترکیبات واکنشپذیر دارند.
مشکل زمانی آغاز میشود که ساختار مولکولی دارای کمبود هیدروژن باشد. در این حالت، مولکول غیراشباع (Unsaturated) شده و واکنشپذیری آن افزایش مییابد.
این وضعیت میتواند آغاز فرآیند تخریب شیمیایی روغن باشد.
اکسیژن؛ یکی از عوامل اصلی اکسیداسیون روغن
یکی از مهمترین عوامل ایجادکننده این محیط نامطلوب، اکسیژن است.
اکسیژن یکی از فراوانترین عناصر موجود در طبیعت است و در هوایی که تنفس میکنیم، آب و بسیاری از ترکیبات دیگر وجود دارد.
اکسیژن مولکولی موجود در هوا معمولاً بهصورت O₂، یعنی دو اتم اکسیژن متصل به یکدیگر، وجود دارد.
برای اینکه واکنشهای اکسیداسیون با سرعت بیشتری آغاز و ادامه پیدا کنند، باید شرایط لازم برای ایجاد گونههای فعال و واکنشپذیر اکسیژن فراهم شود.
افزایش انرژی، بهویژه انرژی حرارتی، میتواند سرعت واکنشهای شیمیایی و مسیرهای تخریب اکسیداتیو را افزایش دهد.
هنگامی که گونههای واکنشپذیر اکسیژن با ساختارهای مستعد واکنش در هیدروکربنها برخورد میکنند، واکنشهای زنجیرهای اکسیداسیون میتوانند آغاز شوند.
در نتیجه این واکنشها، محصولات مختلفی از جمله ترکیبات قطبی و اسیدی تشکیل میشوند که میتوانند موجب تخریب روغن و سایر اجزای سیستم شوند.
بنابراین، ورود و حضور مداوم هوا و اکسیژن در سیستم یکی از منابع اصلی فراهمکننده شرایط لازم برای اکسیداسیون روغن است.
نقش حرارت در اکسیداسیون روغن
انرژی موردنیاز برای تسریع واکنشهای اکسیداسیون، تا حد زیادی میتواند از طریق حرارت تأمین شود.
حرارت ممکن است از منابع مختلفی ایجاد شود، از جمله:
- فرآیندهای مکانیکی درون تجهیز
- اصطکاک بین قطعات
- تماس فلز با فلز
- افزایش دمای محیط
- شرایط نامناسب روانکاری
- بارگذاری و فشار بیش از حد
- ناهماهنگی یا خرابی اجزای مکانیکی
افزایش دما محیط را از نظر شیمیایی فعالتر کرده و سرعت تخریب روغن را افزایش میدهد.
بهطور کلی، حرارت بهتنهایی الزاماً عامل آغازکننده تمام واکنشهای اکسیداسیون نیست، اما میتواند سرعت واکنش بین ترکیبات واکنشپذیر را بهطور چشمگیری افزایش دهد.
به همین دلیل، افزایش دمای روغن یکی از مهمترین عوامل کاهش عمر مفید روانکار محسوب میشود.
هرگونه افزایش غیرطبیعی دما میتواند شرایط را برای موارد زیر فراهم کند:
- افزایش سرعت اکسیداسیون؛
- مصرف سریعتر افزودنیهای آنتیاکسیدان؛
- افزایش تشکیل ترکیبات قطبی؛
- تشکیل محصولات اکسیداسیون؛
- تشکیل وارنیش؛
- تشکیل رسوبات نامحلول و لجن.
سایر محیطها و عوامل مخرب
علاوه بر اکسیژن و حرارت، عوامل دیگری نیز میتوانند بر عمر و پایداری روانکار تأثیر بگذارند.
آب
آب میتواند عمر مفید روانکار را کاهش دهد.
یکی از مهمترین اثرات آب، تخریب یا کاهش اثربخشی برخی افزودنیهای روغن است؛ بهویژه افزودنیهایی که برای کنترل اکسیداسیون و محافظت از روانکار طراحی شدهاند.
همچنین حضور آب میتواند موجب تشدید خوردگی، هیدرولیز برخی ترکیبات و تغییر در عملکرد افزودنیها شود.
فلزات
برخی فلزات و ترکیبات فلزی میتوانند در فرآیند تخریب روغن نقش داشته باشند.
فلزات خاص، بهویژه در شرایط دمایی بالا، میتوانند واکنشهای تخریب و اکسیداسیون را تسریع کنند و در نهایت موجب تشکیل محصولات نامطلوبی مانند: رسوبات، لجن، ترکیبات نامحلول و محصولات اکسیداسیون شوند.
سیالات فرآیندی
ورود یا تماس روغن با سیالات فرآیندی (Process Fluids) نیز میتواند اثرات مخربی داشته باشد.
بهویژه، ورود ترکیبات اسیدی به سیستم میتواند موجب تخریب جدی روغن و افزودنیهای آن شود.
نور فرابنفش
نور فرابنفش (UV) نیز منبعی از انرژی است که در شرایط خاص میتواند باعث آغاز یا تسریع واکنشهای تخریب شیمیایی و اکسیداسیون روغن شود.
کنترل اکسیداسیون
برای جلوگیری از تخریب اکسیداتیو روانکار، دو عامل اصلی باید تا حد امکان کنترل شوند:
- میزان تماس روغن با هوا و اکسیژن
- دمای روغن و منابع تولید حرارت
از آنجا که کاهش یا کنترل کامل دمای عملیاتی در بسیاری از تجهیزات آسان نیست، کنترل ورود و حضور هوا در سیستم میتواند یکی از مؤثرترین اقدامات پیشگیرانه باشد.
در ادامه، روشهای کنترل هوا و حرارت در سیستمهای روانکاری بررسی میشوند.
کنترل ورود هوا
1. بررسی اتصالات در سیستمهای روانکاری گردشی
در سیستمهای روانکاری گردشی، باید اطمینان حاصل شود که تمام اتصالات و محلهای اتصال کاملاً آببندی شدهاند.
وجود اتصالات شل یا نشتی در سمت مکش یا سایر نقاط سیستم میتواند باعث ورود هوا به روانکار شود.
پس از ورود هوا، تلاطم و اختلاط ایجادشده در سیستم شرایط مناسبی را برای تماس بیشتر روغن با اکسیژن فراهم میکند.
بنابراین، بررسی و کنترل نشتیهای احتمالی اهمیت زیادی دارد.
2. کنترل وضعیت آببند یاتاقانها
آببندها و سیلهای یاتاقان نیز باید همواره در وضعیت مناسب نگهداری شوند.
خرابی یا فرسودگی سیلها میتواند مسیر ورود هوا و آلایندهها را به سیستم فراهم کند.
ورود اکسیژن و تماس آن با روغن در شرایط مناسب میتواند تشکیل محصولات اکسیداسیون را تسریع کند.
3. ایجاد فشار مثبت در مخازن
در سیستمهای دارای مخزن روغن، حفظ فشار مثبت (Positive Pressure) میتواند از ورود هوای محیط به داخل سیستم جلوگیری کند.
یکی از روشها، استفاده از گاز بیاثر مانند نیتروژن است.
استفاده از نیتروژن میتواند فضای بالای مخزن را از هوای محیط ایزوله کرده و در نتیجه، دسترسی اکسیژن به روغن را کاهش دهد.
4. استفاده از سیستم مه روغن
استفاده از مه روغن (Oil Mist) نیز میتواند در برخی کاربردها مفید باشد.
اگرچه محیط مه روغن عمدتاً حاوی هوا است، اما دما در بسیاری از این سیستمها به اندازهای پایین است که شرایط واکنشهای تخریبی حرارتی شدید محدود میشود.
همچنین فشار مثبت ایجادشده در چنین سیستمهایی میتواند ورود آلایندههای خارجی را کاهش دهد.
بر اساس یک نظرسنجی انجامشده در MachineryLubrication.com، حدود:
78 درصد از متخصصان روانکاری اعلام کردهاند که محصولات تخریب روغن، از جمله اکسیداسیون و وارنیش، باعث ایجاد مشکل در ماشینآلات واحد صنعتی آنها شدهاند.
کنترل حرارت
انتخاب ویسکوزیته صحیح
همواره باید از گرید ویسکوزیته مناسب برای کاربرد موردنظر استفاده شود.
اگر ویسکوزیته روغن بیش از حد پایین باشد، ضخامت فیلم روانکار ممکن است برای جداسازی کامل سطوح کافی نباشد.
در نتیجه، تماس فلز با فلز افزایش پیدا کرده و موارد زیر رخ میدهد:
- افزایش اصطکاک؛
- افزایش تولید حرارت؛
- افزایش سایش؛
- افزایش سرعت تخریب روغن.
از سوی دیگر، انتخاب روغنی با ویسکوزیته بیش از حد بالا نیز میتواند باعث افزایش اصطکاک داخلی شود.
بنابراین، ویسکوزیته باید بهگونهای انتخاب شود که ضمن تأمین ضخامت فیلم مناسب، از ایجاد تلفات انرژی و افزایش غیرضروری دما جلوگیری کند.
کنترل ارتعاش تجهیزات
میزان ارتعاش تجهیزات نیز باید تا حد امکان کنترل شود.
ارتعاش بیش از حد ممکن است به دلایل مختلفی ایجاد شود و در نهایت منجر به:
- افزایش بارهای دینامیکی
- کاهش پایداری فیلم روانکار
- افزایش تماس بین سطوح
- افزایش اصطکاک
- و تولید حرارت بیشتر شود.
بنابراین، کنترل وضعیت مکانیکی تجهیز و کاهش ارتعاشات غیرعادی میتواند به افزایش عمر روغن کمک کند.
کنترل منابع حرارتی خارجی
تا حد امکان باید از انتقال حرارت اضافی محیط به سیستم جلوگیری شود.
برای این منظور میتوان از تجهیزاتی مانند: فنهای خنککننده پرهای، پوششها و عایقهای حرارتی، مبدلهای حرارتی و کولرهای روغن با هدف، کاهش تجمع حرارت در روانکار و جلوگیری از افزایش بیش از حد دمای عملیاتی روغن استفاده کرد.
چگونه میتوان از تبدیل شدن یک روغن سالم به روغنی تخریبشده جلوگیری کرد؟
نخست باید کل سیستم روانکاری بهدقت بررسی شود تا مسیرهای احتمالی ورود هوا شناسایی شوند.
در صورت امکان، این نقاط ورود باید حذف، اصلاح یا آببندی شوند.
در مرحله بعد، منابع تولید حرارت باید شناسایی شوند و راهکارهای مهندسی برای کاهش یا کنترل این انرژی حرارتی طراحی و اجرا شوند.
روانکارها در صورت کنترل صحیح شرایط عملیاتی میتوانند عمر مفید طولانی و پایداری مناسب در برابر اکسیداسیون داشته باشند.
تجهیزاتی که از نظر کنترل آلودگی، دما، ورود هوا و شرایط روانکاری بهینه شدهاند، معمولاً دارای مزایای زیر خواهند بود:
- افزایش قابلیت اطمینان تجهیزات
- کاهش نرخ خرابی
- کاهش تشکیل رسوبات و وارنیش
- افزایش عمر مفید روانکار
- افزایش نرخ تولید
- کاهش توقفات برنامهریزینشده
- کاهش هزینههای نگهداری و تعویض روغن
نتیجهگیری
اکسیداسیون روانکار معمولاً نتیجه عملکرد یک عامل منفرد نیست، بلکه حاصل برهمکنش اکسیژن، حرارت، زمان، شرایط مکانیکی، آلودگی و وضعیت افزودنیهای روغن است.
بنابراین، مؤثرترین راهبرد برای کنترل اکسیداسیون صرفاً تعویض زودهنگام روغن نیست؛ بلکه باید علتهای ریشهای تخریب روغن شناسایی و کنترل شوند.
بهعبارت دیگر، اگر محیط عملیاتی اصلاح نشود، حتی بهترین و جدیدترین روغن نیز ممکن است در مدت کوتاهی دوباره وارد مسیر تخریب اکسیداتیو شود.
اطلاعات این مقاله برگرفته از این منبع میباشد.
