کاهش مواد افزودنی، آلودگی و اکسیداسیون مسیرهای رایج از عوامل تخریب روانکار هستند. آزمایش عدد اسیدی (Acid Number, AN) یکی از روش‌های موجود در حوزه آنالیز روغن است که برای تخمین میزان کاهش افزودنی، آلودگی اسیدی و اکسیداسیون استفاده میشود. AN مستقیماً سرعت اکسیداسیون را اندازه‌گیری نمی‌کند، بلکه فقط محصول جانبی اکسیداسیون را اندازه‌گیری می‌کند. همچنین برای تعیین میزان کاهش مواد افزودنی خاص، سودمند است. هدف این مقاله تلاش برای پاسخ به سوالات زیر است:
- اهداف اصلی اندازه‌گیری AN چیست؟
- در حال حاضر چه روش‌های استانداردی در صنعت استفاده میشود؟
- چه آزمایش های اصلاح شده‌ای وجود دارد و چرا؟
- مزایا و معایب هر آزمون (تکرارپذیری و …) چیست؟
- بایدها و نبایدهایی که در مقایسه نتایج باید در نظر داشت چیست؟
- روند یا ترند AN چگونه است و ترندهای رایج کدامند؟
هنگامی که به این سوالات پاسخ داده شد، درک بهتری از نحوه استفاده از نتایج AN بدست خواهد آمد. پس با ما همراه باشید.
مقاله "آناتومی نمونه روغنی که برای آنالیز استفاده میشود" نشان می‌دهد چگونه می‌توان نمونه خوبی به دست آورد.
نمونه‌برداری مناسب تضمین می‌کند که نتایج آنالیز روغن منعکس‌کننده وضعیت واقعی تجهیزات و روغن است.
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 "چگونه داده‌های حاصل از آنالیز روغن را تفسیر کنیم؟" راهنمایی جامع در درک نتایج حاصل از آنالیز روغن
توانایی تفسیر نتایج تجزیه و تحلیل روغن برای تصمیم‌گیری در مورد فعالیت‌های تعمیر و نگهداری پیشگیرانه بسیار مهم است. وجود فردی در سازمان شما که بتواند گزارشی را دریافت و آن را بر اساس شرایط خاص محیطی تفسیر کند، ضروری است.
مقاله "نحوه تعیین فرکانس صحیح نمونه‌برداری روغن" فرمولی کاربردی در تعیین فرکانس نمونه‌برداری ارائه می‌دهد.
“با توجه به منابع انسانی محدود، ما در حال حاضر در حال به صورت سالانه از روغن یاتاقان‌های توربین خود نمونه‌برداری می‌کنیم. آیا این زمان‌بندی برای تشخیص خرابی کافی است یا باید فرکانس آن را افزایش داد”
هدف از اندازه‌گیری AN
AN روشی برای اندازه‌گیری غلظت اسید در محلول غیر آبی است. این روش مقدار پایه هیدروکسید پتاسیم (KOH) مورد نیاز برای خنثی کردن اسید در یک گرم از نمونه روغن را تعیین می‌کند. واحد اندازه‌گیری استاندارد mg KOH/g است. توجه داشته باشید AN غلظت اسید مطلق نمونه روغن را نشان نمی‌دهد. این روش هم در مورد اسیدهای آلی ضعیف و هم اسیدهای معدنی قوی به کار می‌رود.
تغییر در غلظت اسید یک روغن میتواند از منابع متعددی نشات بگیرد. آلاینده‌های اسیدی، روغن اشتباه، کاهش ذخایر قلیایی و محصولات جانبی اکسیداسیون می‌توانند باعث افزایش غلظت اسید شوند.
درک میزان کاهش مواد افزودنی کلیدی در پیش‌بینی عمر مفید باقیمانده روغن روان‌کننده نقش دارد که برای نگهداری پیشگیرانه ماشین‌آلات ضروری است. برخی از مواد افزودنی از نظر اسیدی یک اسید ضعیف محسوب می‌شوند و می‌توانند AN اولیه روغن را افزایش دهند. با افزایش سن روان‌کننده، این مواد افزودنی کاهش می‌یابد و در نتیجه اسیدیته ایجاد شده توسط مواد افزودنی کاهش پیدا می‌کند. افزودنی رایج ضد سایش، دی آلکیل دی تیوفسفات روی (ZDDP)، روندهای AN خاصی را در طول پیری روان‌کننده ایجاد می‌کند.
همزمان، روغن احتمالاً با ترکیبات اسیدی آلوده میشود و محتوای اسید در روغن را افزایش می‌دهد. اثرات ترکیبی کاهش مواد افزودنی، آلودگی اسیدی و سایر رویدادهای مؤثر بر اسید، چالشی را در تعیین مواردی که AN در آن نقش دارد، ایجاد می‌کند.
AN در طول پیری روان‌کننده تأثیر می‌گذارد. مشاهده میشود که در طول یک دوره القایی، افزودنی‌های آنتی‌اکسیدانی در حال کاهش هستند. هنگامی که این مواد افزودنی تخلیه شوند، روغن پایه شروع به اکسید شدن می‌کند، اگر شرایط تنش به اندازه کافی بالا باشد. با بررسی روند AN، این افزایش قابل تشخیص است.
pH در مقابل AN
روش‌های آزمایش pH و AN جنبه‌های مختلف خاصیت اسیدی یا قلیایی روغن را اندازه‌گیری می‌کنند. روش تست pH ،pH ظاهری روغن را اندازه‌گیری می‌کند. pH ظاهری نشان‌دهنده میزان خورندگی روغن است، اما غلظت ترکیبات اسیدی یا قلیایی را نشان نمی‌دهد. روش تست pH در کاربردهایی که روغن خورنده میتواند آسیب قابل توجهی ایجاد کند مفید است. همچنین در سیستم‌های روان‌کننده که احتمال ایجاد اسیدهای قوی وجود دارد و یا احتمال آلودگی با آن می‌رود بسیار ارزشمند است. AN توانایی بهتری نسبت به pH در تشخیص و نظارت بر اسیدهای ضعیف دارد که به راحتی در آب تجزیه نمی‌شوند.
روش‌های آزمایش AN و BN به ترتیب غلظت ترکیبات اسیدی و قلیایی را اندازه‌گیری می‌کنند. هر دو ترکیب اسیدی و قلیایی می‌توانند به طور همزمان در روغن وجود داشته باشند. در واقع، برخی از افزودنی‌ها آمفوتریک هستند، به این معنی که می‌توانند به عنوان یک باز یا اسید رفتار کنند. در برخی از روغن‌ها، نظارت بر هر دو AN و BN برای تعیین واکنش در روغن مهم است. توجه داشته باشید AN و BN قدرت ترکیبات اسیدی یا قلیایی موجود در روان‌کننده را نشان نمی‌دهند، که توانایی آنها را برای نشان دادن خورندگی روغن کاهش می‌دهد. باز هم تاکید می‌کنیم AN توانایی بهتری نسبت به pH در تشخیص و نظارت بر اسیدهای ضعیف دارد که به راحتی در آب تجزیه نمی شوند.
روش‌های استاندارد شده
آزمون استاندارد ASTM را برای تعیین AN تستهایی را تعریف کرده است. هر تست برای مقاصد خاصی طراحی شده است. تست‌های AN را می‌توان به دو دسته تیتراسیون تقسیم کرد: پتانسیومتری یا رنگ‌سنجی.
روش پتانسیومتری از یک پتانسیومتر برای تشخیص ترکیبات اسیدی استفاده می‌کند و خروجی، رسم و تجزیه و تحلیل میشود. در روش رنگ‌سنجی از پارانفتول-بنزن استفاده میشود که به تغییر شاخص pH که به محلول اضافه شده است پاسخ می‌دهد. هنگامی که اجزای اسیدی توسط KOH خنثی شدند، نمونه از نارنجی به سبز آبی تغییر می‌کند که نشان‌دهنده نقطه پایان است. تست‌های ASTM AN عبارتند از:
- ASTM D66 : در این روش اجزای اسیدی را با استفاده از یک پتانسیومتر برای تعیین نقطه پایانی اندازه‌گیری می‌کنند. از این روش می توان برای اندازه‌گیری AN و SAN استفاده کرد. به اجزای اسیدی قوی SAN می‌گویند. برای تهیه نمونه مخلوطی از تولوئن، ایزوپروپیل الکل و آب در نمونه حل میشود. سپس هیدروکسید پتاسیم با استفاده از بورت به محلول تیتر میشود. خروجی پتانسیومتر در حالی که KOH به محلول تیتر میشود تحت نظارت قرار می‌گیرد. اگر نقطه عطف غیر قابل تشخیص باشد، پتانسیل بافر AN در نظر گرفته میشود.
- ASTM D974 : نمونه در محلولی از تولوئن، p-naphtholbenzne و ایزوپروپیل الکل حاوی آب حل میشود. سپس محلول با KOH تیتر شده و همزمان رنگ محلول نظارت میشود. این تست روی روغن‌های جدید و روغن‌هایی که بیش از حد تیره نیستند استفاده میشود.
- ASTM D1534 : این روش شبیه ASTM D974 است که هر دو از تغییر رنگ برای نشان دادن نقطه پایان استفاده می‌کنند. ASTM D1534 برای روغن‌های عایق الکتریکی (روغن‌های ترانسفورماتور) طراحی شده است، جایی که ویسکوزیته در دمای 40 درجه سانتی‌گراد از 24 cSt تجاوز نمی‌کند. محدوده استاندارد این تست برای روغن‌هایی با AN بین 0.05 mg KOH/g و 0.50 mg KOH/g است که برای روغن‌های ترانسفورماتور قابل استفاده است.
- ASTM D3339 : این روش نیز مشابه ASTM D974 است، اما برای استفاده در نمونه‌های روغن کوچکتر طراحی شده است. ASTM D3339 از نمونه 2.0 گرمی استفاده می‌کند.
تست‌های اصلاح شده
آزمایشات AN معمولاً برای به دست آوردن نشانه دقیقی از کاهش مواد افزودنی و آلودگی احتمالی اسیدهای وارد شده انجام میشود. روش‌های استاندارد ASTM زمان‌بر هستند، تکرارپذیری نسبتاً ضعیفی دارند و از مواد خطرناک استفاده می‌کنند. در تلاش برای کنترل این مشکلات، بسیاری از نسخه‌های اصلاح شده تست AN در حال حاضر استفاده می‌شوند. هر آزمون نسبت به کاربرد اختصاصی عمل می‌کند.
آزمایشگاه‌ها آزمایش‌ها را اصلاح می‌کنند تا توان عملیاتی را بهبود بخشند و در عین حال استفاده از مواد خطرناک و هزینه آنها را کاهش دهند. توان عملیاتی یا سرعت برای آزمایشگاه‌های بزرگ‌تر مهم است زیرا یافتن سریع‌ترین آزمایشی که کیفیت را قربانی نمی‌کند ضروری است. هزینه نیز نقش عمده‌ای دارد. یک تخته تست استاندارد ارائه شده توسط آزمایشگاه ممکن است شامل تعداد ذرات، ویسکوزیته در 40 درجه سانتی‌گراد و غیره باشد. هزینه این تخته تست استاندارد باید برای کاربر نهایی مقرون به صرفه باشد. بنابراین، هر آزمایش فردی انجام شده ممکن است نیاز به ساده‌سازی داشته باشد تا اطمینان حاصل شود هم کیفیت و هم صرفه‌جویی حاصل میشود.
کیت‌های تست میدانی اغلب به عنوان یک تست AN خط اول استفاده می‌شوند. آنها معمولاً حاوی معرّفهای از پیش اندازه‌گیری شده هستند که امکان آزمایش میدانی راحت را فراهم می‌کند. برخی از کیت‌های میدانی از یک تست قبولی/شکست استفاده می‌کنند که شامل اضافه کردن مقدار از پیش تعیین شده KOH به محلول است. این روش نشان می‌دهد آیا AN به نقطه خاصی رسیده است یا خیر. تست‌های میدانی نیز می‌توانند نتایج واقعی را گزارش کنند. به عنوان مثال، یکی از این کیت‌ها از یک سرنگ نمونه‌برداری حجمی استفاده می‌کند تا اطمینان حاصل شود نمونه‌های روغن هم اندازه هستند. در این روش یک بورت یکبار مصرف برای تیتراسیون KOH استفاده میشود. از آنجایی که نمونه روغن اندازه خاصی دارد، بورت برای نشان دادن AN مقیاس شده است. هنگامی که رنگ تغییر کرد، کاربر فقط میتواند عدد اسید را از بورت بخواند.
بایدها و نبایدهایی که در مقایسه نتایج باید آن را در نظر داشته باشید
در صورت عدم استفاده از کنترل مناسب، مقایسه نتایج بین نمونه‌ها میتواند پیچیده شود. جنبه‌های زیادی وجود دارد که ممکن است بر نتایج یک آزمایش AN تأثیر بگذارد. همانطور که قبلاً گفته شد، چندین روش آزمایشی استفاده میشود. برخی روش‌ها در استانداردهای ASTM قرار دارند و برخی دیگر اصلاح شده‌اند. مواردی که باید انجام دهید عبارت است از:
- نتایج را با نتایج تاریخی که در مورد روان‌کننده (روند) ثبت کرده‌اید مقایسه کنید.
- بررسی کنید کدام آزمایشگاه روان‌کننده و آزمایش مورد استفاده را آنالیز کرده است.
- به طور مداوم از یک آزمایشگاه و روش آزمایشی مشابه برای یک روان‌کننده خاص استفاده کنید.
- اطمینان حاصل کنید که یک نمونه نماینده خوب را به آزمایشگاه ارائه داده‌اید.
نبایدهایی که باید در نظر داشته باشید:
- خود را بین روش‌های مختلف درگیر نکنید.
- سعی کنید در انتخاب بین آزمایشگاه‌ها سردرگم نشوید. تجزیه و تحلیل روغن را به تاخیر نیندازید. در عوض، نمونه را در اسرع وقت در اختیار آزمایشگاه قرار دهید.
- نتایج را بین روش‌های مختلف مقایسه نکنید.
روندها یا ترندهای رایج AN
در دنیای تست های AN، هر آزمایشگاه نتایجی را از روش‌های آزمایش اصلاح‌شده خود ارائه می‌کند، که کاربر نهایی را مجبور می‌کند بیش از حد بر دقت تکیه کند. بنابراین کاربر باید مراقب مقایسه نتایج بین آزمایشگاه‌ها باشد. برای تعیین مقدار دقیق می‌توان از ریاضیات ساده استفاده کرد، اما در دنیای آزمون‌های AN، دقت هر آزمایشگاه فردی و مختص همان آزمایشگاه است که می‌توان روی آن حساب کرد. با تمرکز بر دقت یک آزمایشگاه یا روش آزمایش، یک روند یا ترند پدیدار میشود که میتواند کاربر نهایی را قادر سازد تا روان‌کننده خود را با اطمینان بیشتری به درستی ارزیابی کند.
در نظر گرفتن نتایج حاصل از یک روند بهترین راه برای حل اختلافات دقت ناشی از نتایج AN در نظارت بر وضعیت ماشین است. با استفاده از نتایج یک آزمایش یا آزمایشگاه خاص، توانایی در نظر داشتن روند خوب است. برای مثال روند میتواند به صورت خطی یا پارابولیک (سهمی‌وار) باشد. روندهای خطی برای برخی از مواد مصنوعی مبتنی بر استر و روغن‌هایی است که در حال اکسیداسیون هستند. این روند نشان‌دهنده اکسیداسیون خطی روغن پایه است. روند سهمی‌وار ممکن است زنگ زدگی و روغن‌های اکسید شده (R&O) را مشخص کند. هنگامی که مواد افزودنی R&O تمام شد، روغن پایه شروع به اکسید شدن می‌کند. روند سوئیچینگ نماینده روغن‌های EP است که از جمله افزودنی‌ها اسیدی به شمار می‌روند. همانطور که افزودنی‌ها تخلیه می‌شوند و واکنش نشان می‌دهند، AN تغییر می‌کند. این اثرات تفسیر روند روغن‌های EP را دشوار می‌کند مگر اینکه مسیر سوئیچینگ عادی از قبل مشخص باشد.
AN یک ابزار مهم در صنعت آنالیز روغن است که به درستی استفاده شود. درک اینکه چگونه AN محاسبه می شود و چه واریانس‌هایی وجود دارد به تفسیر نتایج کمک می‌کند. SAN معمولاً آزمایش نمی‌شود، اما اگر محافظت در برابر خوردگی مهم باشد یا احتمال آلودگی ناشی از اسید معدنی وجود داشته باشد، ممکن است برای برنامه آنالیز روغن مفید باشد.
و اما
دو روش متداول تست ASTM مشکلاتی را نشان می‌دهند که نیاز به تست‌های اصلاح شده را ایجاد می‌کند. با توجه به آزمایش‌های اصلاح‌شده‌ای که در حال حاضر در صنعت استفاده می‌شوند، مهم است به خاطر داشته باشید که چرا آنها اجرا می‌شوند و پیامدهای آن هنگام مقایسه نتایج چه خواهد بود. درک روند صحیح نتایج، کاربران نهایی را قادر می‌سازد تا وضعیت روغن خود را به اندازه کافی ارزیابی کنند.
سوالات متداول
عدد اسید بالا میتواند منجر به افزایش خوردگی، تخریب خواص روانکاری روغن و آسیب به تجهیزات شود. همچنین ممکن است نشان‌دهنده نیاز به تعویض روغن باشد.
بله، نظارت بر شماره اسید میتواند به پیش‌بینی نیاز به تعویض روغن کمک کند. افزایش قابل توجه در تعداد اسید ممکن است نشان دهنده پایان عمر مفید روغن باشد.
دفعات مانیتورینگ به نوع تجهیزات، شرایط عملیاتی و طول عمر مورد انتظار روغن بستگی دارد. با این حال، به طور کلی توصیه میشود که به عنوان بخشی از یک برنامه جامع تجزیه و تحلیل روغن، به طور منظم بر تعداد اسید نظارت شود.
