زیاد طول کشیده است؟ صفحه بارگذاری را ببندید.

آنالیز عنصری روغن توربین چه کاربردی دارد؟

0

در این فیلم ۳ دقیقه ای درباره آنالیز عنصری روغن به شما میگویم:

  • منشا عناصر موجود در روغن توربین
  • آنالیز عنصری روغن به‌ چند روش انجام می‌شود؟
  • حد مجاز عناصر موجود در روغن چقدر است؟
  • حجم نمونه روغن، پریود زمانی نمونه گیری و قیمت آزمایش اندازه گیری آنالیز عنصری طبق استاندارد ASTM D 6595

آنالیز عنصری روغن توربین

به نام خدا دوستان سلام من سعید کردی زاده هستم، کارشناس ارشد مکانیک.

در این مقاله قصد دارم مطالبی را در مورد آنالیز عنصری روغن توربین با شما به شتراک بگذارم.

آزمایش آنالیز عنصری، به دلیل ارایه اطلاعات گسترده و دقت نتایج، در مقایسه با سایر تجهیزات آنالیز روغن، به عنوان ستون فقرات برنامه­‌های آنالیز روغن در جهان شناخته شده و نقش استراتژیک و انحصاری آن برای شناسایی و اندازه­‌گیری مقدار عناصر مختلف موجود در روغن، غير قابل انکار است.

اطلاعات جامعی که این تست در مورد عناصر موجود در روغن ارایه می­کند د سه گروه: فلزات فرسایشی، عناصر آلاينده و مواد افزودنی طبقه‌­بندی می­شود.

یکی از امتیازات شاخص آزمایش آنالیز عنصری، توانایی آن در شناسایی و اندازه­‌گیری مقدار ذرات فرسایشی بسیار ریز (کوچکتر از یک میکرون) و شناسایی شروع تغییر روند و یا تشدید فرسایش قطعات مختلف آلیاژی نظیر یاتاقان­ها، شیرهای هیدرولیکی، اسپول­ها، رینگ پیستون، سیلندر و غیره در مراحل اولیه می­باشد.

البته پایش میزان فرسایش عددی روغن فرآیند پیچیده و مشکلی است. روشهای متعددی برای شناسایی و کمی کردن عناصر آلاینده ناشی از فرسایش دستگاه ایجاد شده­اند که اسپکترومتری مهمترین روش استفاده شده است. این روش، حضور آلودگی و فرسایش فلزی غیر نرمال در روغن را به سرعت نشان می­دهد و قابلیت آشکارسازی و کمی سازی مقدار عناصر، از مواد حل شده ریز تا ذراتی با اندازه تقریبی ۱۰ میکرون را دارد، لذا می­توان ترند این عناصر را بر حسب زمان ترسیم کرد و قبل از وارد شدن آسیب جدی به دستگاه اقدام اصلاحی مناسب را انجام داد.

این ویژگی مهمترین انتظار از اجرای CM را محقق می­سازد.

همچنین از طریق این آزمایش مهمترین عامل متداول فرسایش یعنی آلودگی­ها، قبل از ایجاد فرسایش غیرعادی و عيب، قابل تشخیص و پیشگیری می­باشد.

این ویژگی، یکی از مهمترین اهداف برنامه­‌های CM یعنی: ارزیابی کیفیت سرویس و نگهداری/ کنترل و پیشگیری عیب را محقق می­نماید.

آنالیز عنصری روغن

 

منشا عناصر موجود در روغن توربین

در روغن توربین علاوه بر هیدروکربن، عناصر دیگری هم وجود دارد. منشا این عناصر به خاطر سایش ها، ادتیوهایی که به روغن اضافه شده و آلودگی های محیط است.

آنالیز عنصری روغن

 

به عنوان مثال Chromium ,Iron و Copper در پدهای یاتاقان تراست توربین وجود دارد.

Phosphorus ادتیو ضد سایش بوده و Barium به دلیل خاصیت بازدارنده خوردگی، به روغن توربین اضافه میشود.

دراین تصاویر لیستی از عناصر موجود در روغن توربین به همراه منشا آنها آورده شده است.

آنالیز عنصری روغن

آنالیز عنصری روغن

آنالیز عنصری روغن

اجازه بدهید این مطلب را مفصل تر بررسی کنیم.

انواع شایع خوردگی به قرار زیر می باشد:

۱-ساییدگی

سایش با حرکت ذرات سـخت بـین لقی‌ها ایجاد می‌گردد.

سیلیس در غبار هوا وجود دارد و یکی از سخت‌ترین فلزات جهان است.

ورود سیلیس بـه داخـل سیسـتم ماننـد برش کارد (سیلیس) روی پنیر (قطعات) است و قادر است به‌راحتی سیستم را با مشکل مواجه کند.

تأثیر ذراتی مانند سیلیس و… به‌عنوان یکی از عوامل اصلی آلودگی روغن سیستم‌های مکانیکی شناخته می‌شود.

ذرات بسـیار ریز سیلیس از منبع اصلی آن که پوستۀ بیرونی زمین است به‌صورت گردوغبار معلق در هوا در محـیط کـار ماشین‌آلات به‌وفور وجود دارد.

ذرات گردوغبار عمدتاً شامل ذرات ریز سیلیکا هستند. ذرات سـیلیکا در شـکل و اندازه‌های مختلفـی در طبیعت وجود دارد.

ذرات سیلیس از طریـق  سیل‌های معیوب یا دیگر منافذ به داخل سیستم نفوذ می‌نماید

و به‌هرحال از موادی که در ساخت قطعات سیستم روانکاری توربین به کار رفته است، سخت‌تر هستند.

به‌ویژه قطعاتی نظیر بابیت یاتاقان که مستقیماً در معرض ذرات آلاینده‌های روغن ­ است.

 

بررسی شرایط ذرات سایشی:

۱سایر ذرات

سایز ذرات مشخص‌کنندۀ خطرات و توان ذرات در سایش قطعات هستند

که اغلب به‌صورت کروی تصور می‌شوند کـه چنـین نیسـتند.

خطرناک‌ترین سایر ذرات بین لقی قطعات در حدود ۴ الی ۱۴ میکرون هستند،

اما ذرات درشت نیز در اثر فشار و برخورد با قطعات شکسته می‌شود،

این ذرات درشت تمایل دارند تا سایز لقی‌ها کوچک شوند.

به‌عنوان نمونـه یـک ذرۀ ۴۰ میکرونـی می‌تواند به ۵۱۲ عدد ذرۀ ۵ میکرون تبدیل شود،

بنابراین در بررسی سایر ذرات هم باید ذرات درشت حذف گـردد و هـم ذرات ری.

۲سطح تماس ذرات

وقتی ذرات درشت به ذرات ریز تبدیل می‌گردند، سطح تماس ذرات با روغن چند برابر می‌شود.

به‌عبارت‌دیگر سـطح تماس روغن با ذرات بیشتر می‌شود و بیشتر با ذرات در تماس است،

مثلاً در ذرۀ ۴۰ میکرونی وقتی‌که بـه ذرات ۵ میکـرون شکسته می­شود، ۸ برابر به سطح تماس ذرات با روغن اضافه می­گردد.

افزایش سطح تماس ذزات پیامد های زیر را در پی دارد:

  • جرم ذرات زیاد می‌شود.
  • سرعت ته‌نشینی ذرات اضافه می‌گردد.
  • باعث کاهش کش سطح روغن و درنتیجه جذب بیشتر آب امولسیون می‌شود.
  • حباب هوای بیشتری ایجاد می‌کند.

۳شکل ذرات

ذرات کروی می‌توانند آثار و تورفتگی ایجاد کنند،

اما ذرات با زاویۀ تیز با توان بیشتر اثر مخربی روی سطوح دارد و سـطوح را از بین می‌برد.

ذرات نوک‌تیز بسیار خطرناک‌تر از ذرات کروی هستند.

نوک‌تیز در ذرات اغلب به دلیـل شکسـته­‌شـدن ذرات درشت به وجود می‌آید،

لذا کاملاً مشخص است که ذرات درشت نیز مانند ذرات ریز خطرناک هستند.

به‌عنوان نمونـه یـک ذرۀ کروی شکل قادر است به ۱۰۰ ذره با لبه‌های تیز تبدیل گردد.

 

۴سختی ذرات

مقاومت در برابر تغییر شکل را سختی گویند.

هرچند سختی ذرات بیشـتر باشـد تـوان آن‌ها در ایجـاد سـایش قطعـات بیشـتر می‌گردد.

مثلاً سختی ذرات سیلیس و آلومینیوم از سختی تیغ ارۀ آهن‌بر بیشتر است.

 

۵ قابلیت مغناطیس شدن

شیرهای سر ولو و کنترل مستقیم که با الکترومغناطیس حرکت می‌کنند روی ذرات آهنی می‌توانند اثر بگذارنـد،

بنابراین ذراتی که از ایـن فیلترهـا عبـور می‌کنند چـون امکان داشتن بار مغناطیسی را دارند،

می‌توانند در منافذ و ارفیس­ها بچسبند و مانع حرکـت روغـن یا قطعـات شـوند.

لـذا الزامـاً باید ذرات به حداقل کاهش یابند.

 

۶- تعداد ذرات

تعداد ذرات سختی و شکل آنا پارامترهای مهمی هستند که ریسک خوردگی و سایش را افزایش می‌دهند.

هر ذره ۴ تا ۱۰ برابر وزن خودش قادر به از­بین­‌بردن سطوح است.

کنترل رشد تعداد ذرات یک استراتژی در کارکرد قابل‌اطمینان ماشین‌آلات است.

نباید فراموش کرد که ذرات خود باعث افزایش ایجاد ذرات می‌شوند.

 

۲-تماس فلز با فلز (چسبندگی)

بار زیاد، سرعت کم، می‌تواند ضخامت فیلم روغن را کاهش دهد و باعث تماس فلز با فلز گردد.

دراین‌بین ذرات با تمـاس بین دو سطح به‌اصطلاح یک جوش سرد ایجاد می­کنند

و با ایجاد یک تنش برش باعث کنده­شدن سطوح می‌گردند.

دلایل ایجاد چسبندگی را می‌توان به شرح ذیل اعلام کرد:

  • سطح کم‌روغن یا فقدان روغن
  • ویسکوزیتۀ کم (روغن نامناسب، دمای بالا، حجم زیاد آلودگی)
  • بار (استاتیک یا دینامیک) زیاد و نامیزان باشد.
  • سرعت کم

 

۳-خستگی

خستگی مستقیماً به بار ارتباط دارد. در رولبرینگ­ها و دندانه‌های چرخ‌دنده بیشتر اتفاق می‌افتد.

بار زیاد یعنی دورۀ کـاری همراه با خستگی کوتاه‌مدت،

در این حالت خوردگی با ایجاد تنش برشی متناوب توسط ذرات به سطوح ایجاد وارد می‌شود

و باعث می‌گردد خستگی به سطوح وارد شود.

در بهترین شرایط روانکاری و بار مناسب، خرابی احتمالی خستگی می‌باشد.

مثلاً عمر بیرینگ­ها و تجهیرات داخلی پمپ های روانکاری  به دلیل خستگی تمام می‌گردد.

۶-زنگ زدگی

زنگ زدگی سیستم روانکاری توربین زمانی اتفاق می افتد که آلودگی آب در روغن در زمان طولانی با تجهیزات سیستم روانکاری توریبن در تماس باشد.

در این شرایط این با عبور روغـن آلوده به آب از سـطوح مختلف، با ایجاد زنگ‌زدگی، نرم­‌شدن سطوح قطعات فلزی را به همراه دارد.

حال با عبور روغن از روی این سطوح نرم­‌شده، ذرات به‌راحتی کنده می­شود و علاوه بر افزایش ذرات موجود در روغن عمل خوردگی نیز تسریع می‌گردد.

به عبارت دیگر زنگ‌زدگی فرسایش شیمیایی است که سطوح را آمادۀ ساییدگی می‌کند.

۴-خوردگی شیمیایی

۵-حفره (کاویتاسیون)

 

 Zinc free یعنی چه؟

یکی از اجزای اصلی تشکیل دهنده روانکارهای صنعتی و موتور، ماده افزودنی ضد سایش (antiwear) است.

معمول ترین ماده ضد سایش مورد استفاده در روانکارها، ترکیباتی هستند که عناصر فلزی مانند روی (zinc) در خود دارند که در زمان عملکرد در سیستم به عنوان ماده ضد سایش در روانکار عمل می کند.

این ترکیبات بسیار پر کاربرد بوده و در گستره وسیعی از روانکارها مورد استفاده قرار می گیرند.

گاهی طراحی برخی تجهیزات توربین اجازه استفاده از این ماده به عنوان ضد سایش را نمی دهند و مصرف کننده مجاز به استفاده از روانکارهایی که دارای ترکیبات فلزی هستند نیست.

از اینرو سازنده تجهیز در کتابچه بهره برداری الزام عدم استفاده از این روانکارها را مطرح می کند.

در چنین شرایطی امکان استفاده از روانکارهای معمول و روتین که به فراوانی در بازار یافت می شود وجود ندارد.

برای رفع این نیاز تولید کنندگان معتبر اقدام به تولید روانکارهایی می کنند که در ترکیب آنها از موادی استفاده شده است که دارای عناصر فلزی نیستند. به این گروه از روانکارها، بدون خاکستر (ashless) یا بدون روی (zinc free) گفته می شود.

یکی از موارد کاربرد این گروه از روانکارها سیستم های هیدرولیکی است که در برخی از نیروگاه ها مورد استفاده قرار میگیرد.

آنچه تجربه نشان می دهد، عموم واحدهایی که در کشور با توربین گازیsiemens v94.2 و مشابه به آن طراحی شده اند، الزام استفاده از روغن های هیدرولیک zinc free در آنها قید شده است.

نکته مهم این است که در صورت عدم رعایت این موضوع و استفاده از روانکارهای غیر zinc free،

خطر بروز سایش در سیستم وجود دارد و تجهیز در فاصله زمانی کوتاهی نیاز به تعمیر پیدا خواهد کرد.

با عوامل تخریب روغن توربین بیشتر آشنا شوید.

آلودگی های محیطی

بعضی عناصر مانند Sodium و Potassium آلودگی های محیطی هستند.

و بعضی دیگر، هم در آلودگی ها وجود دارند و هم در اتیوهای روغن.

به عنوان مثال عنصر سیلیس که هم آلودگی میتواند باعث افزایش سیلیس شود.

همچنین در ادتیو آنتی فوم Antifoam additive نیز سیلیس وجود دارد.

پس اگه میزان سیلیس در روغن کم باشد، علت آن ادتیو آنتی فوم است.

در صورتی که میزان سیلیس زیاد شده و به همراهش افزایش Iron و Aluminum و Nickel نیز، مشاهده شود،

میتوان نتیجه گرفت که آلودگی از محیط خارج به روغن توربین وارد شده و منشا خارجی دارد.

 

آنالیز عنصری روغن به چند روش انجام میشود؟

 

آنالیز عنصری براساس طیف سنجی نشر اتمی Atomic Emission Spectroscopy  بوده و به دو روش انجام میشود:

  • الکترود دیسکی چرخان (Rotating Disc Electrode(RDE
  • پلاسمای کوپل شده القایی (Inductively Coupled Plasma(ICP

مبنای انجام آزمایش در هر دو روش روش به این گونه است که ابتدا فلزات فرسایشی و آلاینده‌­های موجود در ظرف نمونه روغن به حالت بخار در می‌­آیند و سپس با تخلیه آرک بصورت کنترل شده­ای تحریک می­شوند. انرژی ساتع شده از این خطوط از منبع جمع می­شوند و به کمک لوله­‌های افزاینده نوری ذخیره می­گردند. از این انرژی برای شارژ آشکارسازهای مناسب یا تجهیزات کوپل شده استفاده می­شود. از مقایسه بین شدت نشر شده از عناصر درون روغن کارکرده با مقادیر استاندارد کالیبره شده، غلظت عناصر در نمونه روغن محاسبه می­شود.

آنالیز عنصری روغن

محدودیت‌های اسپکترومتری

شاید اسپکترومتری یکی از مهمترین و کاربردی­ترین تستها در آنالیز روغن باشد اما خود این تست هم محدودیت­هایی دارد که مهمترین آنها اندازه ذرات است. در این روش چون ذرات بزرگ با سایز بزرگتر از m ۸-۵ نمی­توانند در طول انجام تست بطور کامل تبخیر شوند، قابل ردیابی و اندازه­گیری دقیق نیستند. علیرغم این محدودیت، بیشتر موقعیت­های فرسایشی با این تست مشخص می­شود اما در جاهایی نیز ایجاد مشکل می­کند. مثلا وقتی ماشین به علت فرسایش توانایی کار کردن را ندارد، ذرات فرسایشی تولید شده تمایل دارند نسبت به حد نرمال بزرگ­تر شوند (پروسه Spalling) اسپکترومتری این ذرات بزرگتر را آشکار نمی­کند لذا پیگیری ترندها نشان دهنده کاهش میزان عنصر آهن است در حالیکه دستگاه دچار مشکل جدی است. این محدودیت نیاز به تستهای دیگری مانند دانسیته آهن را برای پایش موثر وضعیت روعن لازم می­کند.

 

حد مجاز عناصر موجود در روغن چقدر است؟

در مورد میزان عناصر موجود در روغن محدودیت قاطعانه ای وجود ندارد.

تنها به کمک ردیابی نرخ (Rate) غیرمعمول و ناگهانی عناصر، میتوانید به مشکلی در سیستم روغن کاری مشکوک شوید.

آنالیز عنصری روغن

 

اظهار نظر استاندارد ها و توربین سازها در مورد آنالیز عنصری روغن

شزکت ALSTOM  اعلام کرده است که تعداد عناصر موجود در روغن توربین میتواند در محدوده ۱۵ppm تا ۲۵ppm باشد.

در صورتی که تعداد عناصر بیشتر از ۳۰ppm شود، به منزله وقوع مشکل در سیستم روان کاری توربین میباشد.

آنالیز عنصری روغن

 

حجم نمونه روغن، پریود زمانی نمونه گیری و قیمت آزمایش اندازه گیری آنالیز عنصری طبق استاندارد ASTM D 6595

پیشنهاد میشود، با انجام آنالیز عنصری در یک آزمایشگاه مرجع، یک Base line را برای روغن تهیه کنید.

سپس نرخ  تغیرات عناصر روغن را تحت نظر داشته و هر تغییر ناگهانی برای روغن توربین را یک هشدار و زنگ خطر در نظر بگیرید.

آزمایش آنالیز عنصری روغن براساس استاندارد ASTM D 6595 انجام شده و مقدار مورد نیاز برای انجام تست ۱۰ml است.

قیمت انجام تست در کشور ما چهل هزار تومان میباشد. ممنون که در این ویدیو با من همراه بودید.

آنالیز عنصری روغن

 

 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.