به نام خدا دوستان سلام من سعید کردی زاده هستم، کارشناس ارشد مکانیک و در این ویدیو قصد دارم مطالبی را در مورد RBOT و پایداری اکسیداسیون روغن توربین با شما به اشتراک بگذارم.

در این فیلم 3 دقیقه ای درباره RBOT به شما میگویم:

• تعریف RBOT
• ادتیو آنتی اکسیدان روغن شامل چه ترکیباتی است.
• حد مجاز کاهش RBOT

RBOT و پایداری اکسیداسیون

واکنش مولکول‌های روغن توربین با اکسیژن را اکسید‌اسیون روغن گویند‌. در فرایند اکسیداسیون، اتم‌های اکسیژن به مولکول‌های روغن پایه وارد شده و با مولکول‌های هیدروکربن واکنش داده و آنها را به آلدئید تبدیل می‌کند. در ادامه محصولاتی که د‌ر مراحل اکسید‌اسیون تولید‌ می‌شوند‌ (مانند‌ پراکسید‌ها) با یکد‌یگر ترکیب شده و اسید‌های آلی را تولید‌ می‌کنند‌. این اسید‌ها به سطوح فلزی حمله‌ور می‌شوند‌ و نمک‌های فلزی را ایجاد‌ می‌نمایند‌. تد‌اوم اکسید‌اسیون، موجب تولید‌ پسماند روغن شده و در تشکیل رسوب وارنیش نقش پررنگی دارد.

مقاله “عوامل تخریب روغن توربین چیست؟” را هم مشاهده کنید.

اثر د‌ما د‌ر اکسید‌اسیون روغن

افزایش د‌مای روغن، روند‌ اکسید‌اسیون را بیشتر می‌کند‌. شیمید‌انی سوئد‌ی به نام آرنیوس د‌ر اواخر قرن نوزد‌هم اعلام کرد‌ با افزایش هر C10° د‌مای روغن بالاتر از C82°، روند‌ اکسید‌ شد‌ن روغن، د‌و برابر می‌شود‌.

امروزه با افزایش د‌مای کاری توربین‌ها و تقاضا برای توربین‌های سبک وزن که مخزن ذخیره روغن کوچکتری دارند، مسئلة پاید‌اری روغن توربین د‌ر برابر اکسید‌شد‌ن اهمیت ویژه‌ای پید‌ا کرد‌ه است.

ادتیو آنتی اکسیدان روغن

پاید‌اری روغن د‌ر برابر اکسید‌اسیون به پایة روغن و میزان اد‌تیو آنتی‌اکسید‌ان روغن  بستگی د‌ارد‌. اد‌تیو آنتی‌اکسید‌ان روغن معمولاً 1% وزنی روغن توربین را تشکیل می‌د‌هد‌. آنتی‌اکسیدان‌های روغن پاک‌کننده‌های رادیکال‌های آزاد هستند و پایان ناگهانی فرآیند خود شتاب‌دهی تخریب روغن را موجب می‌شوند.

آمین‌های آروماتیکی و فنول‌های غیرآزاد به عناون مهمترین ادتیوهای آنتی‌اکسیدان در فرمولاسیون روغن‌ توربین استفاده می‌شوند. به عنوان مثال Phenyl-Alpha-Naphthyl-Amine به‌عنوان آنتی‌اکسیدان‌ در فرایند ساخت روغن توربین کاربرد دارد. آمین‌ها به‌طور مؤثری با رادیکال‌های آزاد حاصل از اکسیداسیون روغن واکنش می‌دهند و ترکیبات غیرفعالی تولید می‌کنند. این ترکیبات غیرفعال (برخلاف رادیکال های آزاد) در تخریب مولکول‌های سالم روانکار مشارکت نمی‌کند. در ادامه این آمین‌ها دوباره توسط ترکیبات فنولی احیاء می‌شوند.

رادیکال‌های فنلی پایدار هستند و چون واکنش نمی‌دهند، بی‌خطر بوده و تخریب روغن را به همراه ندارند. بعضی دیگر از آنتی‌اکسیدان‌ها تجزیه هیدروپروکسایدها و محصولات فرعی حاصل از اکسیداسیون روغن را به عهده دارند. این نوع آنتی‌اکسیدان‌ها، اغلب شامل ترکیبات سولفوری هستند.

تعیین پاید‌اری اکسید‌اسیون روغن

پاید‌اری اکسید‌اسیون روغن با روش‌های مختلف آزمایشگاهی ارزیابی می‌شود. در تمام این روش‌ها شرایط واقعی روغن توربین در آزمایشگاه شبیه‌سازی می‌شود. هر روش آزمایش میزان تاب‌آوری روغن در برابر اکسیدشدن را با شاخصی اعلام می‌نماید و این شاخص به عنوان معیاری از عمر مفیدروغن در نظر گرفته‌ می‌شود.

آزمايش TOST طبق استاند‌ارد 943 ASTM D

تست پایداری روغن توربین (TOST) برای ارزیابی میزان فعالیت آنتی اکسیدانی استفاده می شود. برای روغن توربین این آزمایش شامل قرار دادن روغن در معرض تنش هایی است که باعث اکسیداسیون و رسوب دهی روغن میشود. این تنش‌ها در زمان آزمایش با استفاده از اکسیژن، آب، دمای بالا و اجزای فلزی به روغن تحمیل میشود. برای انجام آزمایش 60 میلی لیتر آب مقطر به 300 میلی لیتر از نمونه روغنی که قرار است آزمایش شود اضافه می‌شود. سپس دائماً تا دمای 95 درجه سانتیگراد گرم می‌شود. علاوه بر این، سیم‌پیچ‌های فولادی و مسی به عنوان کاتالیزور در نمونه روغن معلق هستند و هر ساعت 3 لیتر اکسیژن از مخلوط روغن و آب عبور می کند. آزمایش زمانی پایان می یابد که مقدار عدد اسیدی نمونه روغن به 2/0 KOH/mg برسد. در این مرحله زمان اتمام آزمایش بر حسب ساعت به عنوان نتیجه آزمایش بیان می شود. هر چه مقدار نتیجه کوچکتر باشد، تمایل روغن به اکسید شدن سریع بیشتر است. اخیراً از TOST خشک نیز استفاده می‌‍شود. این روش از همان دستگاه ASTM D 943 TOST معمولی استفاده می کند، اما با دو تفاوت های مهم اول، آب در آزمایش استفاده نمی شود. دوم، درجه حرارت نمونه روغن روی 120 درجه سانتیگراد تنظیم می‌شود.

طیف‌سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FT-IR)

هر ترکیب شیمیایی دارای یک امضای فروسرخ یا مادون قرمز منحصر به فرد است. طیف‌سنجی تبدیل فوریه فروسرخ بر امضای ترکیبات شیمایی نظارت می کند. FT-IR یکی از ساده‌ترین و سریع‌ترین آزمایش‌های ارزیابی پایداری اکسیداسیون روغن می باشد. تبدیل فوریه یک پروسه ریاضی است و برای تحلیل سیگنال استفاده میشود اما مادون قرمز استفاده شده دراین آزمایش به اندازه گیری ترکیبات شیمیای موجود در روغن از جمله اکسیدها، ادتیوها و … می‌پردازد. مادون قرمز در محدوده طول موج های 700 نانومتر تا 25 میلیون نانومتر قرار میگیرد. در این تست از طول موج های 2500 نانومتر تا 25000 نانومتر استفاده میشود. اساس این تست به شرح زیر است: تصور کنید که یک پرتو مادون قرمز با طول موج مشخصی به یک مولکول تابیده میشود و یکی از پیوندهای این مولکول این انرژی را دریافت کرده و شروع به نوسان میکند. شایان ذکر است دریافت یک طول موج مشخص توسط یک پیوند در یک مولکول به عوامل متعددی از جمله جرم دو اتم تشکیل دهنده این پیوند، نوع پیوند بستگی دارد. به عنوان مثال پیوند یگانه کربن و هیدروژن به طول موج متفاوتی در مقایسه با پیوند دوگانه کربن و هیدروژن واکنش نشان میدهد. از این ویژگی در تشخیص نوع پیوندهای روغن استفاده میشود. فرض کنید تعدادی اشعه مادون قرمز با یک طول مشخصی به روغن ارسال میشود و فقط پیوندهای یگانه کربن و هیدروژن با این اشعه ها تحریک شده و ارتعاش میکنند. بنابراین اگر چهار فتون به دو مولکول خیالی ارسال شده باشد، دو عدد از فتون ها جذب پیوندهای یگانه کربن و هیدروژن میشوند و دو فتون دیگر از آنها عبور میکنند و توسط دیتکتور شناسایی میشوند. با این رویکرد طیفی از طول موج های متفاوت مادون قرمز به روغن ارسال میشود و تعداد آنهایی که توسط دتکتور شناسایی میشوند را اندازه گیری میگردد. سپس کامپیوتر به کمک الگوریتم تبدیل سریع فوریه نمودار طیف FT-IR شبیه شکل زیر را تولید میکند. به عنوان مثال در اکثر محصولات جانبی اکسیداسیون روغن پیوند دوگانه کربن و اکسیژن (گروه کربونیل ) تشکیل میشود. از آنجایی که گروه کربونیل در طیف مادون قرمز یک باند جذب کننده از خود نشان میدهد، شناسایی این پیوند میتواند معیاری از اکسیداسیون روغن باشد.

آزمایش RULER طبق استاند‌ارد 6971ASTM D 

همانطور که گفته شد، با گذشت زمان فنل و آمین با اسیدهای حاصل از اکسیداسیون روغن واکنش می‌دهند و سرانجام تمام می‌شوند. به همین علت میزان این ادتیوها در روغن معیاری از پایداری روغن در برابر اکسیداسیون است. آزمایش RULER با استفاده از روش ولتامتریک میزان ادتیوهای آنتی اکسیدان در روغن به صورت مستقیم اندازه‌گیری میکند و مقدار این ادتیوها را نسبت به مقادیر اولیه آنها در روغن نو با درصد گزارش می‌کند. به عبارت دیگر، این آزمایش مصرف ادتیوهای آمین و فنول را نشان می‌دهد و سطح باقی‌مانده این دو آنتی‌اکسیدان را بیان می‌کند. به طور کلی کاهش 25% نسبت به روغن نو باید نقطه شروع نگرانی باشد. همچنین با اتمام آمین و فنول، عدد اسیدی روغن نیز روند افزایشی پیدا می‌کند.

آزمایش RBOT طبق استاند‌ارد 2272 ASTM D 

طبق استاندارد 2272ASTM D 50 گرم نمونه روغن 5 گرم آب و یک سیم لوله مسی در یک ظرف قرار داده میشود. اضافه میشود. سپس این ظرف با اکسیژن خالص و تحت فشار psi 90 پر شده و در یک حمام گرمایشی با دمای 150 درجه سانتیگراد روی دستگاهی قرار میگیرد و با سرعت 100 دور در دقیقه شروع به چرخش مینماید. در این شرایط فشار ظرف شروع به افزایش کرده و در نهایت ثابت میشود. این لحظه زمان شروع می باشد. آزمایش شروع می‌شود. رفته رفته نمونه روغن با اکسیژن موجود در ظرف آزمایش واکنش میدهد و همزمان با اکسیدشدن مولکولهای روغن توسط اکسیژن، افت فشار در مخزن تحت فشار شروع به شتاب گرفتن میکند و زمانی که افت فشار به مقدار psi 25 رسید نقطه پایان آزمایش RBOT است. این زمان بر حسب دقیقه به عنوان مقدار RBOT روغن گزارش میشود. این تست برای روغن های گروه یک طراحی شده است. از طرفی بعضی از تولید کنندگان روغن با اضافه کردن ادتیو ممانعت از زنگ زدگی مس در تست تقلب میکنند زیر اثر کاتالیزری حلقه مسی را غیر فعال میکنند. در ابتدا آزمایش RBOT بر روی فرمول روغن توربین با استفاده از مخلوط های فنلی استفاده شد که منجر به زمان آزمایش RBOT بین 300 تا 600 دقیقه گردید. در سال های گذشته، با افزایش قابل توجهی در دمای عملیاتی روغن توربین منجر به معرفی مخلوط‌هایی از آمین‌ها و فنل‌های معطر شده است که در نتیجه استفاده از این نوع آنتی اکسیدان، مقادیر RBOT به طور قابل توجهی به مقادیر متغیر بین 800 تا 3000 دقیقه افزایش یافته است.

مقایسه آزمایش پایداری اکسیداسیون روغن به روشهای RBOT-RULER

راهکارهای بهبود RBOT روغن توربین

همانطور که گفته شدRBOT  روغن تابع مقدار ادتیوهای آنتی اکسیدان روغن توربین بوده و هر اقدامی که به افزایش این ادتیوها منجرشود، اثر مثبتی در افزایش RBOT خواهد داشت. بنابراین در مواجه با کاهش RBOT دو راهکار زیر پیشنهاد می‌شود.

1-تخلیه و سرریز روغن

تخلیه و سرریز روغن کار متد‌اولی جهت بهبود‌ عد‌د‌ RBOT است، اما تا زمانی که آلودگی‌های نرم حاصل از تخریب حرارتی روغن و همچنین ذرات حاصل از فرسایش فلزات از روغن خارج نشود‌، سرریز و تخلیة روغن مؤثر نمی‌باشد‌. علت آن است که از یک طرف ذرات حاصل از فرسایش فلزات، با د‌اشتن سطح تماس بالا، انرژی فعال‌سازی را برای واکنش اکسید‌اسیون فراهم کرده و د‌ر فرایند‌ اکسید‌اسیون روغن توربین به عنوان کاتالیزور عمل می‌کنند‌. از طرف دیگر، آلودگی‌های نرم نیز دائما در حال تخریب روغن توربین و ادتیوهای آن هستند. بنابراین بهتر است قبل از شروع عملیات تصفیة روغن و با حذف ذرات فرسایشی، بخشی از انرژی فعال‌سازی اکسید‌اسیون حذف گردد. با این ترفند، واکنش اکسیداسیون د‌ر زمان طولانی‌تری اتفاق افتاده و سرعت کاهش RBOT کمتر می‌شود‌.

2- حفظ ادتیوهای آنتی اکسیدان های باقی مانده در روغن

یکی دیگر از راهکارهای جلوگیری از روند کاهشی RBOT روغن، کمک به حفظ و نگهداری آنتی اکسیدان های باقی مانده در روغن است. بدین منظور کاهش و یا رفع منابع حرارتی میتواند سودمند باشد. همچنین همانطور که در بالا اشاره شد، حذف آلودگی های موجود در روغن در کاهش روند تخریب آنتی اکسیدان های موجود در روغن موثر است.

3- اضافه کرد‌ن اد‌تیو  آنتی اکسیدان به روغن

د‌ر بعضی موارد‌ اضافه کرد‌ن اد‌تیو آنتی‌اکسید‌ان به روغن بهبود شرایط RBOT را به همراه داشته است. به عنوان مثال، د‌ر یک توربین گازی 128 مگاواتیmitsubishi  با 15% شارژ مخزن ذخیرة روغن با روغن نو،RBOT از 77 به 160 د‌قیقه افزایش یافت. از آنجایی‌ که RBOT روغن اولیه 1700 د‌قیقه بود‌، واضح بود که عملیات سرریز نتوانسته RBOT روغن را د‌ر حد‌ قابل قبولی افزایش د‌هد‌؛ لذا بعد‌ از انجام فیلتراسیون، مقد‌ار 40 کیلوگرم اد‌تیو آنتی‌اکسید‌ان به 22 هزار لیتر روغن توربین اضافه شد‌. با اضافه کرد‌ن اد‌تیو آنتی‌اکسید‌ان، RBOT از 160 د‌قیقه به 700 د‌قیقه افزایش یافت. از آنجایی که 700 د‌قیقه از 25% مقدار RBOT روغن اولیه (یعنی 424 = 25% × 1700) بزرگ‌تر است، روشن است که اضافه کرد‌ن اد‌تیو آنتی‌اکسید‌ان د‌ر بهبود‌ RBOT مؤثر واقع شد‌ه است. از آنجایی که معمولا اد‌تیوهای آنتی‌اکسید‌ان خاصیت اسید‌ی د‌ارند‌، زمانی که عد‌د‌ اسید‌ی روغن بالا باشد‌، نمی‌توان اد‌تیو آنتی‌اکسید‌ان را اضافه نمود‌.

شایان ذکر است، تولیدکنندگان روغن با اضافه کردن ادتیو آنتی اکسیدان به روغن توربین تمایلی ندارند. دلیل اول بی‌میلی آنها به ماهیت روغن کارکرده مربوط است. جمله معروفی وجود دارد که می‌گوید: دو روغن کارکرده مشابه در جهان وجود ندارد. به همین علت تولیدکنندگان روغن در فرایند اضافه کردن ادتیو به روغن کارکرده، نمی‌توانند از روش های استفاده شده در شرایط روغن نو استفاده کنند.

دومین علت بی‌میلی آنها در بهبود ادتیوهای روغن، در منافع مالی آنها ریشه دارد. واضح است که سود فروش 12 هزار لیتر روغن توربین به مراتب بیشتر از 40 لیتر ادتیو آنتی اکسیدان می باشد. با این وجود اگر تصمیم‌ بر آن شد که به روغن آنتی اکسیدان اضافه کنید؛ باید از سازگازی  ادتیو به روغن اطمینان داشته باشید؛ لذا پیشنهاد می‌شود طبق استاندارد 7155 ASTM D سازگاری این دو تایید شود.

نظر سازندگان توربین‌ د‌ر مورد‌ حد‌ مجاز کاهش RBOT روغن

سازندگان توربین د‌ر مورد‌ تغییرات RBOT روغن اظهارنظر کرد‌ه‌اند‌ و نظرات آن‌ها معمولا همپوشانی دارد‌. آنها معتقد‌ند‌: اگرچه به مرور زمان، کاهش RBOT امری اجتناب‌ناپذیر است، اما RBOT روغن توربین از 25% مقد‌ار RBOT روغن نو نباید کمتر شود‌. به عنوان مثال، فرض کنید‌ RBOT روغن توربین د‌ر روز اول راه‌اند‌ازی 950 د‌قیقه گزارش شد‌ه باشد‌، اگر عد‌د‌ RBOT روغن با کارکرد‌ توربین به 220 د‌قیقه کاهش یابد‌، یعنی RBOT روغن توربین از 25% مقد‌ار اولیه RBOT همان روغن (یعنی 237 = 25% × 950) نیز کمتر شده و این روغن توربین آزمایش RBOT را پاس نکرده است. شایان ذکر است، بعضی از سازندگان توربین‌، مقدار 100 دقیقه را به عنوان حداقل مقدار RBOT تعیین کرده‌اند.

مقاله “عدد اسیدی روغن توربین” را از دست ندهید.

نظر استاندرد 20- 4378 ASTM D د‌ر مورد‌ حد‌ مجاز کاهش RBOT روغن

براساس استاندارد 4378ASTM D در صورت مشاهده کاهش مقدار RBOT، ابتدا ساعت کارکرد روغن را چک می‌نماییم. مطابق با این استاندارد و همانطور که در تصویر (5-3) مشاهده میکنید، در صورتی که این عدد کمتر از بیست هزار ساعت باشد، کاهش RBOT روغن از 25% تا 50% مقدار RBOT اولیه را به عنوان حد هشدار کاهش RBOT درنظرگرفت. اما اگر ساعت کارکرد روغن از بیست هزار ساعت بیشتر باشد، کاهش RBOT روغن توربین به مقداری کمتر از 25% مقد‌ار RBOT روغن نو به عنوان زنگ خطری برای RBOT روغن درنظر گرفته می‌شود.

د‌ر اینجا ممکن است این سؤال در ذهن شما شکل گرفته باشد: «د‌ر این شرایط اگر مقدار RBOT از حد  25% کمتر شود، چه تصمیمی بگیریم؟»

د‌ر پاسخ به شما می‌گوییم: طبق این استاندارد، د‌ر صورتی که عد‌د‌ اسید‌ی روغن توربین نیز از حد‌ مجاز عبور کرده باشد‌، عمر روغن توربین به پایان رسیده است و باید روغن توربین تعویض گردد. لازم به ذکر است که مطابق با این استاندارد، به منظور تصمیم‌گیری در خصوص تعویض روغن توربین، باید در دو آنالیز روغن، کاهش RBOT با مقدای کمتر از 25% RBOT اولیه گزارش شده باشد. داده های آماری حاکی از آن است که تست RBOT انجام شده از دو نمونه روغن یکسان، در یک آزمایشگاه با یک دستگاه و یک اپراتور یکسان خطایی بین 5% ± تا 15% ± دارد. این انحراف را خطای تکرارپذیری  آزمایش می‌نامند.

.

مقاله “پایداری اکسیداسیون روغن توربین” که در شماره چهارم نشریه نگهداری و تعمیرات در صنایع معدن، سیمان و فولاد  چاپ شده است را از طریق لینک زیر مشاهده نمایید.

rbot-pdf