تخمین اکسیداسیون روغن توربین با روش نورتابی
در حالی که سیستمهای توربین میتوانند حالتهای خرابی مختلف را تحمل کنند، مطالعات تولیدکنندگان عمده توربین مانند جنرال الکتریک به روانکننده به عنوان یکی از دلایل اصلی خرابی اشاره کردهاند. با این حال، عوامل دیگر مانند شیوههای نگهداری و عملیاتی، تخلیه الکترواستاتیک، آلودگی و شیمی روانکننده به عنوان علل ریشهای شناسایی شدهاند. روغنهای توربین به دلیل گرمای ناشی از خود فرآیند، گرمایش فشاری، هوادهی و آلودگیهای داخلی و خارجی، از جمله آب و ذرات، باید چالشهای مختلفی را تحمل کنند. شاید اشتباهترین حالتهای خرابی، مواردی باشد که توسط خود روغن توربین ایجاد میشود. در حالی که روغنهای توربین به طور طبیعی خالص و روغنهایی با فرمول مناسب هستند، استرس طولانی مدت ناشی از شرایط عملیاتی نامطلوب منجر به تخریب حرارتی و اکسیداتیو روغن میشود که میتواند باعث ایجاد مشکلاتی در عملکرد سیستم توربین شود. حتی در کنترلشدهترین سیستمها، روغنهای توربین در معرض عوامل فشاری قرار میگیرند که میتواند منجر به تخریب زودهنگام سیال شود. این موارد شامل گرما، هوادهی، آب و کاتالیزورهای فلزی از خود دستگاه است. در حالی که فرآیندهای شیمیایی پیچیده هستند، نتیجه نهایی یکسان است: تشکیل محصولات جانبی اکسیداسیون مانند لجن و لاک.
لجن و وارنیش
تشکیل لجن و لاک یک فرآیند متوالی است. در ابتدا، گرما در ترکیب با هوادهی باعث میشود مولکولهای روغن پایه با اکسیژن واکنش شیمیایی دهند. این محصولات فرعی محلول از جمله کتونها، هیدروپراکسیدها و اسیدهای آلی را تشکیل میدهد. با گذشت زمان، این محصولات فرعی میتوانند از نظر فیزیکی یا از نظر شیمیایی به دلیل واکنش بیشتر ترکیب شوند، در نهایت به اندازهای بزرگ تبدیل میشوند که از حالت تعلیق در روغن خارج شده و رسوبات جامد یا نیمه جامد را در ماشینهای مرطوب شده با روغن تشکیل میدهند.
فرآوردههای فرعی تخریب روغن، اغلب ماهیت چسبنده یا رزینی دارند. این ویژگی میتواند مشکلات زیادی از جمله چسبندگی سروو والو، تجمع در لبههای اندازه گیری قرقره، محدودیت جریان روغن، کاهش فاصله قرقره تا سوراخ، عایق حرارتی شیر، ترکیب با ذرات دیگر و از دست دادن کنترل لغزش را ایجاد کند. یافتههای پژوهشی اخیر بسیاری از دلایل عمده دخیل در اکسیداسیون روغن توربین را مورد بحث قرار داده است. از جمله این دلایل میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- گرمای بیش از حد و موضعی روانکننده
- میکرودیزل که زمانی اتفاق میافتد که حبابهای هوای کوچک تحت فشار ناشی از انفجار و دمای بالا قرار میگیرند و روغن را تجزیه میکند.
- الکتریسیته ساکن تولید شده توسط برخی از رسانه های فیلتر منجر به تخلیه جرقه میشود که ممکن است روغن را در دمای بالای 10000 درجه سانتیگراد موضعی قرار دهد.
- تخریب شیمیایی ناشی از واکنشهای شیمیایی در روغنی که قبلاً استفاده شده و به اندازه کافی از سیستم تخلیه یا شستشو نشده است (کاتالیزور مایع).
- تخریب شیمیایی ناشی از خواص کاتالیزور لاک جامد یا نیمه جامد یا پیشسازهای لاک
- شیمی افزودنی و انواع روغن پایه مورد استفاده در فرمولاسیون روانکننده که به شدت بر تمایل روانکننده برای تولید لاک تأثیر میگذارد.
به دلیل اهمیت این موضوع، محققان در تجزیه و تحلیل روغن توربین به طور مداوم به دنبال راههای جدیدی برای تعیین شروع زودهنگام تخریب روانکننده مانند اکسیداسیون هستند. این مقاله کاربرد جدید یک روش تحلیلی رایج برای ارزیابی تخریب روغن توربین اکسیداتیو را مورد بحث قرار میدهد.
روش نورتابی شیمیایی بسیار ضعیف یا Ultra-weak Chemiluminescence Method
آنالیز نورتابی شیمیایی بسیار ضعیف (UWCL) یا لومینسانس شیمیایی یکی از روشهای با سابقه و اثبات شده به عنوان روشی همه کاره، قابل اعتماد، دقیق و تکرارپذیر برای مطالعه اکسیداسیون مایعات، جامدات و حتی گازها است. مواد متنوعی مانند چربی خون، روغنهای غذایی ، آبجو، روغنهای نفتی، دارویی و پلیمرها همگی با استفاده از UWCL به شدت مورد مطالعه و شناسایی قرار گرفتهاند. به دلیل تطبیقپذیری این روش در توصیف اکسیداسیون در مواد، این سوال مطرح میشود که آیا میتوان از آن برای اندازهگیری موفقیتآمیز شروع اولیه اکسیداسیون روغن توربین استفاده کرد.
بگذار نور وجود داشته باشد
به خوبی شناخته شده است که لومینسانس سطح پایین به طور طبیعی از انواع مختلفی از مواد تولید می شود. لومینسانس به سادگی به هر فرآیند یا مادهای اشاره دارد که انرژی نوری ساطع میکند. طبق تعریف، لومینسانس شیمیایی به درخشندگی ناشی از یک واکنش شیمیایی، مانند درخشش دم کرم شبتاب، اشاره دارد. به طور خاص برای مطالعه اکسیداسیون مواد، نورتابی شیمیایی با حرارت دادن نمونه مورد نظر در داخل یک محفظه واکنشی القا میشود. با گرم کردن نمونه، گونههای مولکولی ناپایدار مانند هیدروپراکسیدها که واسطهای در تجزیه اکسیداتیو مواد آلی هستند شروع به تجزیه میکنند. این تجزیه یک شکل ناپایدار از اکسیژن را آزاد میکند که به آن اکسیژن منفرد یا کربونیلهای برانگیخته گفته میشود. همانطور که اکسیژن منفرد ناپایدار یا کربونیلهای برانگیخته آزاد میشوند، انرژی نوری ساطع میشود. در این مطالعه انجام شده سعی گردیده سطح اکسیداسیون روغن توربین را با اندازهگیری UWCL و اندازهگیری همبستگی بین UWCL و یک آزمایش نشانگر پتانسیل لاک الکل شناخته شده به نام آنالیز اسپکتروفتومتری کمی (QSA) تخمین زده شود.
"استراتژیهایی برای نظارت موفق بر میزان تشکیل وارنیش" در مورد روش رنگسنجی اطلاعات بیشتری را میدهد.
ASTM D7843 برای ایجاد یک تست استاندارد با عنوان روش رنگسنجی غشایی ایجاد شد. این تست MPC نیز نامیده میشود.
"بازنگری در استراتژیهای نظارت بر روغنهای توربین" موارد بیشتری را در مورد روغنکاری توربین ارائه میدهد.
نظارت بر عمر سیالاتی مانند روغن توربین سیگنالهای هشدار اولیه را ارائه و به پرسنل اجازه میدهد تا قبل از تأثیر منفی بر قابلیت عملیاتی کارخانه، اقدامات پیشگیرانه را انجام دهند.
مواد، روش و نتایج
در مطالعه اولیه، هفت نمونه روغن در حال کار که با روغن توربین گروه II فرموله شده انتخاب شدند تا با شیمی کلی و مواد افزودنی سازگار باشند. نمونه ها به گونهای انتخاب شدند که طیف وسیعی از محدوده رتبهبندی پتانسیل لاک را نشان دهند. برای اندازه گیری UWCL نمونههای روغن توربین، از یک آنالایزر شیمی لومینسانس مدل CLA-FS3 (شرکت صنعتی Tohoku Electronic، Sendai، ژاپن) استفاده شد. هر نمونه حاوی 2 میلیلیتر روغن توربین اکسید شده روی یک ظرف فولادی ضد زنگ (با قطر 50 میلیمتر و ارتفاع 10 میلیمتر) قرار داده شد و شدت UWCL در هوا در دمای 130 درجه سانتیگراد به مدت 600 ثانیه اندازهگیری شد. نتایج به دست آماده نشان داد که روش UWCL احتمالاً میتواند برای تخمین تمایل به تشکیل لاک با اندازهگیری ترکیبات اکسیداسیون خاص روغن توربین استفاده شود.
سنجش UWCL به دلیل توانایی آن در اندازه گیری سطوح اکسیداسیون مواد آلی یا معدنی مهم است. به همین ترتیب، نمونهها میتوانند در حالت جامد، مایع یا گاز یا ترکیبی از حالتها باشند. اندازه نمونه در این آزمایش کوچک است (تقریباً 2 میلی لیتر) و زمان تست نیز کمتر از 20 دقیقه است.
اگرچه دادههای بیشتری در مورد انواع شیمی روانکنندههای مختلف باید جمعآوری شود و روشهای آزمایش به طور خاص برای روغن توربین تکمیل شود، نتایج این مطالعه نشان داد UWCL ممکن است یک روش امیدوارکننده برای اندازهگیری سریع و حساس پتانسیل لاک روغن توربین باشد. گونههای لومینسانس عمدتاً اکسیژن منفرد و کربونیل برانگیخته هستند که از هیدروپراکسیدهای تشکیل شده در طی اکسیداسیون ناشی میشوند. هنگامی که یک گونه کربونیل برانگیخته یا اکسیژن منفرد به حالت پایه آزاد می شود، انرژی خود را به صورت نور آزاد میکند. بنابراین این UWCL میزان هیدروپراکسیدها یا سایر محصولات اکسید شده را نشان میدهد و امکان اندازهگیری درجه اکسیداسیون وجود دارد.
و اما
به طور کلی نورتابی شیمیایی میتواند توسط انرژیهای زیادی از جمله گرما، نور، تابش، واکنش شیمیایی یا فشار ایجاد شود. هنگامی که آزاد میشود، گسیل فوتون وجود دارد. آزاد شدن اکسیژن بیشتر در شرایط استرس یکسان به معنای نور بیشتر است. نور بیشتر به این معنی است که مقدار بیشتری از ترکیبات اکسیژن دار خاص وجود دارد. در نهایت، از آنجا که ترکیبات اکسیداسیون متعدد را میتوان در یک آزمایش اندازهگیری کرد، اهمیت هر ترکیب را می توان در رابطه با هدف ترسیم کرد: پیشبینی پتانسیل ایجاد لاک و اندازهگیری اثربخشی پیشگیری یا اصلاح.
منبع
Turner, T. (2019, June 19). Estimating turbine oil oxidation. Machinery Lubrication. https://www.machinerylubrication.com/Read/1359/turbine-oil-oxidation
سوالات متداول
اکسیداسیون روغن توربین یک واکنش شیمیایی بین روغن و اکسیژن است که منجر به تشکیل اسید، لجن و لاک میشود. این فرآیند توسط گرما، آب و وجود فلزات تسریع میشود و در نتیجه ویسکوزیته، رسوبگذاری و خوردگی افزایش مییابد که میتواند عملکرد روغن و راندمان سیستم توربین را کاهش دهد.
سطوح اکسیداسیون در روغن توربین را میتوان از طریق چندین آزمایش آزمایشگاهی تشخیص داد، از جمله:
- عدد کل اسید (TAN): اسیدیته روغن را اندازهگیری میکند و سطح اکسیداسیون را نشان میدهد.
- تست اکسیداسیون مخزن تحت فشار چرخشی (RPVOT): پایداری اکسیداتیو روغن و عمر مفید باقیمانده را ارزیابی میکند.
- طیفسنجی مادون قرمز (IR): محصولات اکسیداسیون را با تجزیه و تحلیل طیف جذب مادون قرمز روغن شناسایی میکند.
- نمونهبرداری و تجزیه و تحلیل منظم روغن برای نظارت بر وضعیت روغن و تشخیص علائم اولیه اکسیداسیون ضروری است.
دفعات آزمایش بستگی به شرایط عملیاتی خاص دارد، اما به عنوان یک دستورالعمل کلی، روغن باید حداقل به صورت شش ماهه آزمایش شود. شرایط پر استرس یا مشکلات قبلی با اکسیداسیون ممکن است نیاز به آزمایش مکرر داشته باشد.
