به نام خدا دوستان سلام من سعید کردی زاده هستم، کارشناس ارشد مکانیک. در این ویدیو قصد دارم در مورد turbine oil foam tendency & stability مطالبی را با شما به اشتراک بگذارم.
در این فیلم 3 دقیقه ای درباره کف کردن روغن توربین به شما میگویم:
- دلایل کف کردن روغن توربین
- مشکلات کف آلود بودن روغن
- عوامل کف کردن روغن توربین
- اظهار نظر توربین سازها در مورد foam tendency & stability
کف کردن روغن توربین
همانطور که در مقاله قبل توضیح داده شد، کف روغن یکی از انواع حالات هوا در روغن بوده و از به هم پیوستن حبابهای هوا در سطح روغن تولید میشود. از آنجایی که سیستم روانکاری در توربینها از نوع گردشی است، همواره مقداری کف روی سطح تانک روغن مشاهده خواهد شد. مقدار کف ایجاد شده در سطح روغن بهسرعت ترکیدن حبابهای کف بستگی دارد. در این مقاله ابتدا عوامل کف کردن روغن توربین را برای شما شرح داده و در ادامه مشکلات ناشی از افزایش کف روغن توربین و راهکارهای جلوگیری از آن را بررسی و تحلیل مینماییم.
ادتیو آنتیفوم روغن توربین
وقتی حباب هوا به سطح تانک روغن میرسد، کف سطحی تشکیل میشود. درواقع کف از تعداد زیادی مولکول هوا تشکیلشده که با لایهای از روغن احاطهشدهاند؛ بنابراین کشش سطحی مولکولهای روغن با تشکیل کف روی روغن ارتباط دارد. ادتیوهای آنتیفوم روغن، مواد پلیمری [Polymeric] هستند که کشش سطحی مولکولهای روغن را کاهش میدهند.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، ادتیو آنتیفوم به حباب کف چسبیده و با لاغرکردن دیواره حباب و کاهش کشش سطحی روغن به نابودی حباب کف منجر میشود.
همچنین ادتیو آنتیفوم به هم پیوستن حبابهای هوا را تسریع کرده و با بزرگتر شدن حبابها، ترکیدن آنها سریعتر اتفاق میافتد. آنتی فومها معمولاً در روغن پایه نامحلول میباشند و بهصورت مایع معلق در روغن شناور هستند. بنابراین ادتیوهای آنتی فوم باید به خوبی در روغن پراکنده[Dispersed] شوند تا حتی پس از انبارداری طولانی مدت نیز به اندازه کافی پایدار باشند. این ادتیوها به دو دسته کلی حاوی سیلیکون و بدون سیلیکون تقسیمبندی میشوند.
15-1-1 ضدکف حاوی سیلیکون
کفزداهای سیلیکونی به ویژه در غلظتهای پایین حدود 1% کارآمدترین مواد ضدکف محسوب میشوند. این ضدکفها معمولاً در حلالهای معطر[Aromatic Solvents] از قبل حلمیشوند تا پراکندگی پایداری ایجاد کنند. آنها در حالت مایع و معلق در روغن هستند و اندازهای بین μm 0.5 تا μm 7 دارند. از ضدکف حاوی سیلیکون میتوان به پلیسیلوکسان [Poly Siloxanes]، پلی دی متیل سیلوکسانها [Polydimethylsiloxane] اشاره کرد.
با این حال، دو عیب قابل توجه در ارتباط با آنتی فوم سیلیکونی وجود دارد. اول اینکه به دلیل حل نشدن [Insolubility] آنها در روغن، به راحتی میتوانند از روغن خارج شوند. به همین علت، در روغنهایی که از ادتیو آنتی فوم سیلیکونی استفاده شده، معمولاً تصفیهکردن روغن با فیلترهای کمتر از μm 5 توصیه نمیشود. مشکل دوم آنتی فوم سیلیکونی میل شدید آنها به چسبیدن به سطوح فلزی است.
15-1-2 ضدکف بدون سیلیکون
در توربینهای بزرگ صنعتی مجهز به سیستم سیرکولاسیون روغن، معمولاً از ضدکف بدون سیلیکون استفاده میشود. آنها نیز مشابه آنتیفوم سیلیکونی بهصورت مایع معلق در روغن شناور هستند ولی اندازه کوچکتری نسبت به همتای سیلیکونی خود دارند. پلیاکریلات [Polyacrylate]، پلیمتیل متاکریلات [Polymethacrylate]، پلی اتیلن گلیکول[Poly Ethylene Glycols] (PEG)، کوپلیمرهای آلی[Organic Copolymers]. تری بوتیل فسفات[Tributylphosphate] در گروه ضدکفهای بدون سیلیکون دستهبندی میگردند.
علتهای کفکردن روغن توربین
قبل از هر چیز باید گفت، مسئله کفکردن روغن به خودی خود مسئله وخیمی نیست، اما کفکردن روغن توربین و مخصوصاً تشکیل کف ناگهانی، نشاندهنده وقوع مشکل در روغن توربین است و از این جهت مشاهده کف در روغن جای نگرانی دارد. به عنوان مثال در یک توربین گازی V94.2 و پس از سرریز یک بشکه روغن به تانک روغن توربین، وضعیت فومینگ توربین بهیکباره تغییر کرد. همانطور که در شکل (15-3) نشان داده شده است، شرایط ظاهری روغن این توربین از طریق چشمی [ Sight Glass] نصبشده در مسیر برگشت یاتاقان ژنراتور قابلمشاهده بود و تغییر شدید مقدار کف روغن این توربین از وقوع اتفاقی در آن حکایت میکرد. در بررسیهای تکمیلی مشخص شد که خرید روغن از منابع غیررسمی و تزریق روغن موتور بهجای روغن توربین، این مشکل را ایجاد کرده است. درنهایت و پس از انجام عملیات فلاشینگ و تمیزکاری، روغن این توربین بهطور کامل تخلیه با روغن نو جایگزین گردید.
منشأ کفکردن روغن توربین
کاهش ادتیو آنتیفوم روغن، مهمترین عوامل گزارش شده در خصوص فومینگ روغن توربین اما افزایش آلایندههای موجود در روغن، کیفیت ضعیف روغن پایه، تداخل ادتیو بازدارنده زنگزدگی، اکسیداسیون روغن، ارتعاشات توربین و تلاطم روغن در تجهیزات مکانیکی در کف کردن روغن سهیم میباشند.
1- مصرف شدن ادتیو آنتیفوم روغن توربین
ادتیوهای آنتیفوم میتواند به روشهای زیر از روغن توربین حذف شوند:
1- چسبیدن ادتیو آنتیفوم به سطوح فلزی و ذرات فرسایشی معلق در روغن
2- فیلترهای ریز و دستگاه سانتریفیوژ حذف آب
3- تنش برشی[Mechanical Shearing] شدید در فیلم روغن
4- تهنشین شدن ادتیو آنتیفوم به دلیل ساکنبودن روغن
مسئله تهنشینی در ادتیو آنتیفوم سیلیکونی اتفاق شایعی است. سیلیکونها در مقایسه با دیگر کفزداها راحتتر از روغن جدا میشوند، زیرا علاقه زیادی به سطوح قطبی فلزات دارند. علاوه بر این، به علت چگالی زیاد ممکن است در اثر ساکن بودن، تهنشین شوند.
چرا انبارداری بشکه روغن در فضای خیلی سرد و خیلی گرم به کاهش ادتیوهای آنتیفوم روغن منجر میشود؟
روش اضافهکردن ادتیو آنتی فوم به روغن کارکرده توربین
اگر ادتیو آنتی فوم از بین رفته یا مصرف شده باشد، میتوان به روغن دوباره ادتیو آنتی فوم اضافه کرد. با این حال، باید بسیار مراقب بود زیرا اگر عامل کفکردن روغن به حذف ادتیو آنتی فوم ربطی نداشته باشد، مصرف بیش از حد این ادتیو میتواند اثر معکوس ایجاد نموده و باعث افزایش کف شود. ادیتوهای آنتیفوم سیلیکونی کشش سطحی کم و سطح فعالی داشته و تمایل دارند به حباب هوای معلق در روغن نیز جذب گردند. سیلیکون چگالی بالایی دارد و زمانی که به حباب هوای معلق متصل شود، وزن حباب را افزایش داده و سرعت رسیدن حباب به سطح روغن را کاهش میدهند. درنتیجه این رخداد، ماندگاری هوا در روغن افزایشیافته و توانایی روغن در جداشدن از هوا کاهش مییابد؛ بنابراین برای افزودن ادتیوهای ضدکف احتیاط کنید و از سازنده روغن راهنمایی بگیرید. در بعضی موارد مشاهده شده که استفاده بیش از حد ادتیو آنتیفوم به افزایش کف روغن توربین منجر شده است.
آلودگی حاصل از سر ریز روغن متفاوت یکی دیگر از علل شایع کف کردن روغن است. حتی مقادیر کمتر از 10% مخلوط کردن دو روغن با اجزای افزودنی مختلف، باعث تولید کف شود؛ از این رو آزمایش تمایل به کف با استفاده از ASTM D 892همیشه باید بخشی از آزمایشهای ارزیابی سازگاری دو روغن باشد.
2- افزایش آلایندههای موجود در روغن
آلایندهها با سطحفعال [Surface-Active Contaminant] عامل ایجاد حباب و تشکیل فوم در روغن توربین هستند. برای مثال، گیریسکاری بیش از حد بیرینگ پمپ روانکاری میتواند به ورود گیریس به تانک روغن منجر شود. در این شرایط، قوام دهندگان مرسوم گیریس ازجمله لیتیم، سدیم و یا کلسیم که همگی بهشدت قطبی هستند به پایداری کف روغن توربین کمک میکنند. از طرفی وجود آب در روغن توربین باعث افزایش کف روغن میشود.
3- کیفیت ضعیف پایه روغن توربین
مقاومت روغن در برابر کفکردن به نوع نفت خام و کیفیت تصفیه روغن پایه وابسته است. اگر روغن در زمان تولید بهخوبی پالایش نشده و به همراه خود آلودگی داشته باشد، نیاز است که در راستای جبران مشکلات کشش سطحی به روغن ادتیو آنتیفوم اضافه گردد. بهطورکلی ادتیوها بخش کوچکی از روغن توربین را تشکیل میدهند و به همین علت اگر روغن پایه از سطح کیفی مناسبی برخوردار باشد، معمولاً به ادتیو آنتیفوم نیاز ندارد.
4- تداخل ادتیو بازدارنده از زنگزدگی
در اولین روزهای بهرهبرداری از توربین، باقیمانده ادتیو بازدارنده زنگزدگی و خوردگی روغن که هنوز فرصت جذب به سطوح فلزی را پیدا نکردهاند، میتوانند به کفکردن روغن توربین منجر شوند. همچنین در بعضی موارد دیده شده است که تداخل روغن سرریز و روغن کارکرده توربین نیز افزایش کف روغن را به همراه داشته است.
چرا روغن نو در اولین روز تزریق به تانک بیشتر کف میکند؟
5- اکسیداسیون روغن
محصولات حاصل از اکسیداسیون روغن؛ موادی قطبی هستند و خاصیت قطبی روغن [Fluid Polarity] را افزایش میدهند. این مسئله ایجاد فوم پایدار در روغن توربین را باعث میشود.
6- عوامل مکانیکی
ارتعاشات توربین بهعنوان یکی از مهمترین عوامل کفکردن روغن توربین شناخته میشود. به عنوان مثال، پدیده شلاق روغن میتواند کفکردن روغن توربین را به همراه داشته باشد. علاوه بر این، تلاطم روغن در تجهیزات مکانیکی به دلیل سرریز بیش از حد روغن توانایی افزایش کف در روغن توربین را دارد. بنابراین هر اقدامی که تلاطم روغن را بهبود ببخشد، میتواند به کاهش کف روغن کمک نماید. مثلاً در یک توربین گازی V94.2 با نصب دو صفحه فلزی در دو طرف چرخ توربین پلتون مربوط به سیستم ترنینگیر، از تشکیل کف در حالت ترنینگیر توربین جلوگیری گردیده و مقدار کف کاهش چشمگیری داشت.
عوامل مکانیکی در کف کردن روغن توربین گازی V94.2
همچنین بعضی از توربینهای گازی که هوای فشرده کمپرسور به ناحیه لابیرنت سیل[Labyrinth Seals] یاتاقان کمپرسور تزریق میشود، مستعد تولید کف در روغن هستند.
ا
با خاصیت Air release روغن بیشتر آشنا شوید.
مشکلات حاصل از کف کردن روغن توربین
وجود کف در روغن توربین مشکلات زیر را به همراه دارد:
1- ماندگاری بیشتر هوا در سطح روغن و تسریع اکسیداسیون روغن
2- سرریز کف از یاتاقان ژنراتور و ورود کف به داخل ژنراتور
3- ایجاد اختلال در تجهیزات کنترلی نصبشده در تانک روغن
مقاله RBOT روغن توربین و پایداری اکسیداسیون را از دست ندهید.
آزمایش تمایل روغن توربین به تشکیل کف
تمایل روغن به تشکیل کف، براساس استاندارد ASTM D 892 و در سه مرحله قابل اندازهگیری و گزارش است. رایجترین آزمایش، تمایل روغن به تشکیل کف مرحله اول [Sequence I]، براساس استاندارد ASTM D 892 میباشد. این آزمایش برای روغنهای توربین کارکرده کاربرد دارد. در این آزمایش mL 190 روغن در دمای °C 24 با هوادهی متلاطم میگردد. این کار به مدت پنج دقیقه ادامه مییابد و بلافاصله بعد از قطع هوادهی، مقدار فوم تشکیل شده یادداشت میشود. این عدد، تمایل روغن به تشکیل کف [Foam Tendency] را نشان داده و در ادامه و پس از گذشت ده دقیقه از قطع هوادهی، مجدداً مقدار کف روغن اندازهگیری و ثبت میگردد. این عدد معرف پایداری کف روغن [Foam Stability] است. در پایان نتیجه آزمایش با نوشتن این دو عدد گزارش شده و عدد اول تمایل روغن به تشکیل فوم و عدد دوم پایداری فوم روغن را نشان میدهد.
به عنوان مثال اگر نتیجه آزمایش بهصورت پنج/بیست باشد:
- عدد بیست: به معنای mL 20 کف و نشاندهنده تمایل روغن به تشکیل فوم است.
- عدد پنج: به معنای mL 5 کف و نشاندهنده پایداری فوم بعد از گذشت ده دقیقه است.
گفتنی است که برای نمونه روغنهای یکسان نتیجه این آزمایش در آزمایشگاههای مختلف، متفاوت گزارش شده است.
آزمایشهای کف مرحله دوم و سوم ASTM D 892 بیشتر برای ارزیابی وضعیت ادتیو آنتی فوم در روغن توربین نو کاربرد دارند. کلیه مراحل آزمایش کف مرحله دوم مشابه آزمایش مرحله اول است با این تفاوت که در این آزمایش دمای روغن °C 93.5 میباشد. اما در آزمایش کف مرحله سوم دمای روغن °C 24 میباشد و از روغنی استفاده میشود که در آزمایش کف مرحله دوم را انجام داده است. در این شرایط اگر ادتیو آنتیفوم در روغن وجود داشته باشد ولی از روغن پایه جدا شده باشد، با افزایش دمای روغن تا دمای °C 93.5، این احتمال وجود دارد که این ادتیو به توده روغن برگردد؛ بنابراین اگر ادتیو آنتیفوم در روغن وجود داشته باشد در آزمایش کف مرحله سوم شاهد بهبود نتیجه خواهیم بود. علاوه بر این، هدف دیگر آزمایش کف مرحله سوم ارزیابی تاثیر هرگونه آلاینده آبی و فراری است که احتمال دارد پس از حرارت دادن به °C 93.5 تبخیر شده باشد.
ارزیابی وضعیت کف روغن توربین در محل
از روغن توربین درحال کار نمونه روغنی گرفته و مطابق توضیحات جدول زیر وضعیت کف روغن توربین را بررسی نمایید. استفاده از چراغ قوه به تشخیص بهتر کمک خواهد کرد.
نظر سازندگان توربین در مورد کف روغن توربین
سازندگان توربین در مورد محدوده مجاز تمایل روغن به تشکیل کف و همچنین پایداری کف روغن توربین، اظهارنظر کردهاند. به عنوان مثال، شرکت زیمنس حد مجاز تشکیل کف روغن توربین را کمتر از mL 400 و حداکثر مقدار کف پایدار را mL 10 اعلام نموده است.
نظر استاندارد ASTM D 4378 در مورد کف روغن توربین
استاندارد ASTM D892، مقدار مجاز تشکیل کف مرحله اول را کمتر از mL 450 و مقدار مجاز پایداری کف روغن توربین را کمتر از mL 10 اعلام نموده است. در صورتی که تمایل روغن به تشکیل کف از حد مجاز بیشتر شود، باید در بازدید چشمی از تانک روغن، کف کردن روغن مشاهده و تأیید گردد. در صورت تأیید بازدید چشمی باید در خصوص پیادهسازی فیلتراسیون روغن و یا تخلیه بخشی از روغن و سرریز روغن نو [Bleed & Feed] با تولیدکننده روغن مشورت شود. ذرات معلق در روغن یکی از مهمترین عوامل کفکردن روغن است و توصیه میگردد، در صورت افزایش کف روغن توربین، نتایج آنالیز عنصری و آزمایش ISO 4406 را بررسی کنید.
برای دانلود مقاله « کف کردن روغن، دوماهنامه نگهداری و تعمیرات در صنایع معدن، سیمان و فولاد، سال یازدهم، شماره پنجاه و سه، صفحات 41 الی 47، خرداد و تیر ماه 1400» به لینک زیر بروید.
