روشهای مدرن برای کنترل آلودگی آب
آب یک منبع مهم در بسیاری از کارخانههای تولیدی و همچنین یک عنصر طبیعی در محیطزیست است. با این حال، هنگامی که در روغن روانکننده یا گریس پیدا شود به عنوان یک آلاینده نامطلوب در نظر گرفته میشود. در واقع آب دومین آلاینده رایج در روانکار است و میتواند باعث کاهش قابل توجه عمر ماشین و قطعات شود. بنابراین، نظارت بر آلودگی آب برای اطمینان از قابلیت عملکرد دستگاه بسیار مهم است. بسته به بحرانی بودن دستگاه، خطر خرابی و منابع موجود، میتوان از چندین روش مختلف برای نظارت بر آلودگی رطوبت استفاده کرد. این روش ها شامل آنالیز روغن، روشهای آزمایشگاهی، ابزار و آزمایشات میدانی قابل حمل، بازرسی بصری و حسگرهای آنلاین است که در این مقاله هر یک از آنها را به عنوان روشهای مدرن برای کنترل آلودگی آب مرور میکنیم.
تجزیه و تحلیل روغن آزمایشگاهی
اگرچه آنالیز روغن پرکاربردترین روش پایش آلودگی آب است، اما لزوماً موثرترین روش از نظر تشخیص زودهنگام خرابی به شمار نمیرود. با این روش، نمونههای روغن گرفته و به آزمایشگاه خارجی فرستاده میشود تا آزمایشی مورد توافق روی آن انجام شود. این مورد همچنین ممکن است شامل یک نمونه از روغن جدید یا استفاده شده باشد که با هدفی خاص به آزمایشگاه ارسال میشود. در حالی که این رویکرد مفید است، زمان نمونهبرداری تا خواندن گزارش میتواند یک محدودیت باشد، به خصوص اگر شرایط غیر طبیعی وجود داشته باشد. از جمله فناوریهایی که آزمایشگاهها برای نظارت بر رطوبت استفاده میکنند عبارتند از تیتراسیون کارل فیشر، طیفسنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR)، حسگرهای رطوبت نسبی و تقطیر.
مقاله "آنچه باید در مورد آنالیز روغن بدانید" شما را در درک مبانی آنالیز روغن یاری میکند.
روغن روانکار همانند خون برای ماشینآلات حیاتی است. دقیقاً مانند پزشکان که سلامت ما را با تجزیه و تحلیل خون ارزیابی میکنند، تجهیزات صنعتی نیز باید به همان شیوه کنترل شوند.
مقاله "تیتراسیون آب در روانکار بر اساس شیوه کارل فیشر" راهنمایی جامع در درک مبانی تست کارل فیشر
دو نوع تیتراتور کارل فیشر وجود دارد: تیترهای حجمی و کولومتری. در روش حجمی، تیترانت مستقیماً توسط بورت به نمونه اضافه میشود.
مقاله "آنالیز روغن با طیف سنجی مادون قرمز" مبانی تست FTIR را توضیح میدهد.
طیفسنجی IR از یک نوار درخشان الکتریکی گرم شده به عنوان منبع تابش IR استفاده میکند و این تابش از طریق نمونه به آشکارساز منتقل میشود.
تیتراسیون کارل فیشر
تیتراسیون کارل فیشر به دلیل دقت و سازگاری بهترین تست است. ASTM D6304 در حال حاضر روش توصیه شده است. نتایج بر حسب قسمت در میلیون (ppm) یا درصد آب گزارش میشود. برای روانکنندههایی با ویسکوزیته بالا یا فرمولهای حاوی گوگرد و سایر ترکیبات، اگر از بخارساز برای حذف آب از نمونه استفاده شود، نتایج آزمایش دقیقتر خواهد بود. آب نیز ممکن است در تولوئن حل شود. این مرحله اضافی به عنوان تقطیر همزمان شناخته میشود. خطاهای ناشی از وجود مواد افزودنی خاص بدون تبخیر ممکن است 50-100 ppm باشد. البته، هیچ روش آزمایشگاهی کامل نیست، بنابراین میتوان انتظار داشت مقداری تغییر در نتایج وجود داشته باشد. روشهای ASTM معمولاً تغییرپذیری هر آزمون را از نظر تکرارپذیری گزارش میکنند. تیتراژ کارل فیشر نیز از این قاعده مستثنی نیست. نتایج این روش عموماً برای غلظت رطوبت بیشتر از 100-200 ppm دقیقتر و سازگارتر است.
توجه به این نکته ضروری است که ASTM 1744 (آزمایش استاندارد برای تعیین آب در فرآورده های نفتی مایع توسط معرف کارل فیشر) به عنوان یک روش آزمایش تایید شده از سال 2016 متوقف شده است. در حالی که مدیریت این آزمایش تا حدودی سادهتر بود، اما دقیق نبود. با این حال، برخی از آزمایشگاهها همچنان از آن استفاده میکنند.
سنسورهای رطوبت نسبی
این فناوری سالها است که برای اندازه گیری رطوبت مواد در صنایع متعددی استفاده میشود و به تازگی برای نظارت بر آلایندهها در روغنهای روانکننده و گریس به حوزه روانکاری معرفی شده است. این تست توسط ASTM D7546 (روش تست استاندارد برای تعیین رطوبت در روغنهای روانکننده و افزودنیهای جدید و در حال استفاده توسط سنسور رطوبت نسبی) پشتیبانی میشود. به طور کلی، در این روش نمونهای از مواد تحت حرارت قرار میگیرد تا رطوبت تبخیر شود. این کار توسط یک سیستم هوای خشک و حسگر رطوبت نسبی انجام میگیرد. در این روش از هیچ معرفی استفاده نمیشود. نتایج بر حسب ppm یا درصد/میکروگرم آب گزارش میگردد. مطالعات در مورد تکرارپذیری این روش هنوز کامل نشده است.
FTIR
FTIR یک منبع شناخته شده و پرکاربرد برای روان کنندهها است. این روش میتواند وجود آلایندههایی مانند آب، سوخت و دوده و همچنین برخی مواد افزودنی و تخریب روغن را تشخیص دهد. در حالی که چندین روش ASTM مربوط به FTIR و فرآوردههای نفتی وجود دارد، دو روش بسیار مرتبط هستند: ASTM E2412 و D7414. این آزمایش سریع و کم هزینه میتواند پارامترهای مختلف را در نمونه روغن یا گریس اندازهگیری کند. یکی از اشکالات حد تشخیص پایین است که تقریباً 1000 ppm است. نتایج در واحدهای جذب برای اعداد موج مادون قرمز خاص گزارش شده است. آزمایشگاه همچنین ممکن است غلظت رطوبت را بر حسب درصد یا ppm ارائه دهد.
تقطیر
در فرآیند تقطیر، آب از روغن یا فرآورده نفتی با حرارت دادن نمونه روغن که قبلاً با یک حلال مخلوط شده است، استخراج میشود. آب تبخیر شده و در یک تله جمعآوری میگردد. حداقل مقدار آب قابل اندازهگیری تقریباً 0.05-0.1 درصد است. این روش باید از استاندارد ASTM D95 پیروی کند. این روش به تجهیزات آزمایش پیچیده نیاز ندارد، اما کار فشرده است، بنابراین برای تجزیه و تحلیل معمولی روغن از این روش استفاده نمیکنند.
ابزار و آزمایشات میدانی قابل حمل
تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی شامل استفاده از ابزار قابل حمل در یک کارگاه یا تأسیسات تولیدی است. این فناوری همان است که در آزمایشگاه استفاده میشود اما با دستگاه فشردهتر. معمولا فقط یک قطره روغن مورد نیاز است و نتایج را میتوان در عرض چند دقیقه گزارش کرد. سایر پارامترهای روغن علاوه بر میزان رطوبت نیز ممکن در این روشهای میدانی شناسایی شوند. هزینه، نقطه ضعف اصلی این رویکرد است.
کیت هیدرید کلسیم یک دستگاه آزمایش میدانی رایج است. این آزمایش از یک معرف و یک حلال (نفت سفید یا تولوئن) برای تولید واکنشی استفاده میکند که از آب موجود در نمونه گاز تولید میکند. این روش در درجه اول برای اندازهگیری آب امولسیون شده و آزاد مناسب است. اگرچه غلظتهای پایین آب قابل تشخیص است، اما این فناوری برای غلظتهای بیشتر از 150-200 ppm قابل اعتمادتر به نظر می رسد.
تست کراکل نمونه دیگری از تست میدانی محبوب است. از دو قطره روغن روی سطح یک صفحه داغ برای ارزیابی وجود آب امولسیون شده و آزاد استفاده میکند. حداقل غلظت قابل تشخیص تقریباً 500-1000 ppm است. در این تست، توجه به حبابهای کوچک یا صدای ترق بسیار مهم است.
بازرسیهای میدانی بصری
بازرسی میدانی برای آلودگی آب عمدتاً بصری است. رطوبت را میتوان از طریق شیشه دید، رسوب پایین و کاسه آب یا نمونه روغن تشخیص داد. در نظر داشته باشید که فقط آب امولسیون شده و آزاد در این روشها دیده میشود و اگر آب قابل مشاهده باشد، غلظت آن بسیار زیاد است. به خاطر داشته باشید ایجاد روال و پروتکلهای بازرسی به عنوان بخشی از برنامه نظارتی بسیار مهم خواهد بود.
سنسورهای آنلاین
سنسورهای آنلاین را میتوان در خطوط گردشی یا مخازن نصب کرد. آنها غلظت آب را مستقیماً توسط یک آشکارساز اشباع یا از طریق یک پارامتر غیر مستقیم مانند ثابت دیالکتریک روغن کنترل میکنند. این استراتژی ممکن است بهترین جایگزین را از نظر تشخیص زودهنگام آلودگی ارائه دهد. سنسورهای آنلاین بدون مراقبت نیز ممکن است جایگزین برخی از آنالیزهای معمول روغن شوند. به همین دلایل، گرایش صنعت به سمت استفاده از این نوع استراتژی نظارتی رو به افزایش است.
هدف از یک حسگر آنلاین انتشار سیگنال های الکتریکی است که به تغییرات در خواص فیزیکی یا شیمیایی سیال تحت نظارت پاسخ میدهند. اکثر حسگرها حاوی الکترودهای کوچکی هستند که در سیال غوطه ور هستند. این الکترودها ولتاژ الکتریکی تولید میکنند و پاسخ روغن را بر حسب ظرفیت، مقاومت، ثابت دیالکتریک یا جریان تشخیص میدهند. اندازهگیریها با تغییرات شناخته شده در خواص روغن، مانند آلودگی آب، اکسیداسیون، آلودگی متقابل با مایعات دیگر و زبالههای سایش مرتبط است. برخی از سنسورها دارای چندین مؤلفه اندازهگیری هستند که امکان نظارت بر بیش از یک ویژگی را فراهم میکند. در زیر چند نمونه از این نوع سنسورها را تشریح میکنیم:
- سنسورهای اشباع رطوبت: این حسگرها نقطه شبنم و درصد اشباع آب محلول در روغن را تشخیص میدهند. یک پلیمر آب تراوا بین دو الکترود مسطح قرار میگیرد تا یک خازن تشکیل دهد. آب به پلیمر نفوذ میکند تا ظرفیت خازنی را تغییر دهد که برای اندازهگیری غلظت آب در روغن استفاده میشود. هنگام استفاده از این فناوری به استاندارد ASTM D7546 مراجعه کنید. همچنین سنسورهای آنلاین آب وجود دارد که محتوای کل آب را بر حسب درصد یا ppm اندازهگیری میکند. آنها قادر به ارزیابی آب محلول، امولسیون شده و آزاد در روغن هستند. این حسگرها اطلاعات مشابهی را با نتایج آزمایشگاهی شناخته شده برای محتوای آب ارائه میدهند. با این حال، وضوح سنسورهایی که محتوای کل آب را کنترل میکنند ممکن است به اندازه حسگرهایی که برای نظارت بر اشباع آب استفاده میشوند خوب یا دقیق نباشد.
- سنسورهای ثابت دی الکتریک: این نوع سنسور خاصیت روغن را اندازهگیری میکند که با اکسیداسیون، آلودگی یا فرسودگی تغییر مییابد. این ویژگی که ثابت دیالکتریک یا گذردهی نسبی نامیده میشود، مربوط به قابلیت روغن برای ذخیره میدان الکتریکی است. این سنسورها میتوانند تغییرات در وضعیت روغن را به دلیل تخریب یا آلودگی تشخیص دهند. آنها باید بر اساس شرایط مایع خاصی که در آن کار میکنند تنظیم شوند. طیفسنجی امپدانس و سایر فناوریها اغلب با سبکهای خاصی از این حسگرها استفاده میشوند.
- سنسورهای چند منظوره: سنسورهای چند منظوره حاوی بیش از یک عنصر اندازهگیری برای نظارت بر سه یا چهار پارامتر روغن، مانند ثابت دیالکتریک، اشباع، دما و رسانایی هستند. آنها ممکن است اطلاعات جامعتری در مورد سیالی که تحت نظارت آن قرار دارند ارائه دهند. حتی برخی از آنها دارای اتصال برای ارسال گزارش نتایج به یک دستگاه از راه دور یا تلفن همراه هستند.
در حالی که استفاده از حسگرهای آنلاین برای تشخیص زودهنگام امیدوارکننده است، هنوز باید بر برخی چالشها غلبه کرد. برای کاربران مهم است که تعیین کنند کدام خواص یا شرایط روغن را میخواهند نظارت کنند و تا حدودی با گزینههای مختلف نظارت بر این ویژگیها آشنا باشند.
به طور کلی، سنسورها مانند آزمایش آزمایشگاهی آنالیز روغن، نتایج را اندازهگیری و گزارش نمیکنند و بیشتر باید بر اساس سیالی که نظارت میکنند مشخص شود. این امر مستلزم مقایسه قرائت سنسور با شرایط عادی یا غیرعادی است. پشتیبانی آزمایشگاهی ممکن است برای ارتباط سیگنال الکتریکی سنسور با پارامترهای خاص روغن مورد نیاز باشد. در نهایت، به یاد داشته باشید همه سنسورها وضوح و دقت یکسانی ندارند، بنابراین با قابلیتها، کاربرد و امکانات اتصال سنسور خود آشنا شوید.
با استفاده از سنسورهای آنلاین، آزمایشهای میدانی، بازرسیها و آنالیز معمول روغن، میتوانید آلودگی آب را تشخیص داده و اقدامات اصلاحی را زودتر با هزینههای نظارتی نسبتاً پایین انجام دهید. در حالی که گزینهها بسیار گسترده هستند، باید بتوانید استراتژی را پیدا کنید که به بهترین وجه با بودجه و اهداف قابل اطمینان شما سازگار باشد.
منبع
Meza, A. (2019) Modern methods for monitoring water contamination. https://www.machinerylubrication.com/Read/31498/monitoring-water-contamination
سوالات متداول
آلودگی آب میتواند عملکرد روانکننده را کاهش داده و منجر به آسیب تجهیزات، خوردگی و افزایش اصطکاک شود. نظارت منظم به جلوگیری از این مشکلات و افزایش طول عمر تجهیزات کمک میکند.
آب میتواند از طریق روشهای مختلف مانند تراکم، تخریب آببند، غوطهور شدن تجهیزات، یا جابجایی نامناسب در طول فرآیندهای تعمیر و نگهداری به روانکنندهها نفوذ کند.
سطوح قابل قبول بسته به کاربرد و مشخصات تجهیزات متفاوت است. به طور کلی، سطوح زیر 0.1٪ ایمن در نظر گرفته میشود.
