روش حذف وارنیش روغن چیست؟

با توجه به ماهیت پرهزینه خرابی‌های مربوط به وارنیش، روش‌های متعددی برای کاهش وارنیش ابداع شده است. همان‌طور که در ابتدای این مقاله اشاره شد، تغییر فاز بین وارنیش محلول و وارنیش نامحلول دستخوش یک تعادل شیمیایی برگشت‌پذیر می‌باشد؛ درنتیجه، حتی پس از تشکیل رسوب وارنیش، می‌توان شرایط را به‌گونه‌ای تغییر داد که موقعیت تعادل در جهت بازگشت رسوبات به حالت وارنیش محلول جابجا شود و رسوب وارنیش رفته‌رفته حذف گردد. طبق اصل لوشاتلیه، در واکنش‌های برگشت‌پذیر با تغییر غلظت یکی از واکنشگر‌ها می‌توان جهت واکنش را تغییر داد؛ بنابراین روش‌های حذف وارنیش در دو مرحله انجام می‌شود:

مرحله اول، حذف وارنیش محلول و نامحلول از روغن توربین است. در این مرحله با تمیز شدن روغن، ظرفیت انحلال‌پذیری آن افزایش پیدا می‌کند. مرحله دوم، تلاش برای حذف رسوب وارنیش از سطوح سیستم روانکاری است. در این مرحله رسوب وارنیش در روغن حل‌شده و با گذشت زمان سطوح از شر رسوب وارنیش خلاص می‌شود. لازم به ذکر استکه اگر زمان زیادی از تشکیل رسوب وارنیش گذشته باشد، عملیات وارنیش‌زدایی سخت‌تر و مستلزم صرف وقت و هزینه بیشتری خواهد بود. تصور کنید می‌خواهید ظرفی را که مدام دچار سوختگی شده و کلکسیونی از غذا‌های سوخته را با خود دارد تمیز نمایید. بی‌شک تمیزکاری این ظرف به‌مراتب نسبت به ظرف مشابهی که فقط یک‌بار دچار سوختگی شده، دشوارتر است؛ بنابراین فرآیند پاک‌سازی سطوح از رسوب سرسخت وارنیش، بسته به‌شدت و ماهیت شیمیایی وارنیش، محل تشکیل، عمر رسوبات، حجم روانکار و راندمان سیستم وارنیش‌زدایی می‌تواند تا چندین ماه به طول انجامد.

حذف وارنیش روغن به کمک فیلترهای بستر عمیق سلولزی (Cellulose-Based Depth Filter)

در این روش معمولاً روغن به کولر دستگاه واردشده و سرد می‌شود. با کاهش دما ظرفیت انحلال‌پذیری روغن [Solubility] کاهش‌یافته و بخش زیادی از وارنیش محلول به وارنیش نامحلول تبدیل می‌شود. در ادامه روغن سرد به کمک پمپ و با فشار به فیلتر بستر عمیق سلولزی وارد می‌شود و از گذرگاه‌های تنگ و پرپیچ‌وتاب فیبر‌های سلولزی عبور می‌کند.

در این شرایط ذرات فرسایشی (آلاینده‌های سخت) و وارنیش‌های نامحلول (آلاینده‌های نرم) که سایز‌های بزرگ‌تری دارند، نمی‌توانند از فیبر‌های سلولزی عبور کنند و در داخل و عمق فیلتر شکار می‌شوند. این پدیده ابسورپشن [Absorption] نامیده می‌شود و در پایان مطابق با شکل زیر، روغن عاری از وارنیش از فیلتر خارج‌ گردیده و به تانک روغن توربین بازگردانده می‌شود.

تصویر (1)– فیلترهای بستر عمیق سلولزی

این فرایند مدام تکرار می‌شود و حذف وارنیش از روغن توربین، حذف رسوب وارنیش از سطوح سیستم روانکاری را به همراه دارد. همان‌طور که توضیح داده شد، پاک‌سازی سطوح از وارنیش به‌صورت مستقیم نمی‌باشد، بلکه از طریق واکنش تعادلی بین دو فاز وارنیش محلول و وارنیش نامحلول و به‌واسطه روغن انجام خواهد شد.

تصویر (2)– فیلترهای بستر عمیق سلولزی

حذف وارنیش به کمک فیلترهای نانو با ساختار لوله مویین (Nano Capillary Tubes)

در این روش فرآیند حذف آلودگی‌ها از طریق میلیون‌ها لوله مویین انجام می‌شود. فرایند کار به این صورت است: ابتدا روغن آلوده به کمک پمپ و با فشار و به‌صورت محوری از لوله‌های مویین در داخل مدیای فیلتر عبور می‌کند. این لوله‌های مویین از جنس نانو سلولز و هموپلیمر هستند و هرکدام از آن‌ها مانند یک فیلتر مجزا عمل می‌کند. بر اساس الگوی سرعت سیالات نیوتنی، سرعت جریان روغن در وسط مقطع لوله بیشترین مقدار و در دیواره به کمترین حد خود می‌رسد. به همین علت، ذرات آلاینده نرم و سخت که وزن و اصطکاک بیشتری نسبت به مولکول‌های روغن دارند، به سمت دیواره لوله مویین جابجا می‌شوند؛ بنابراین جریان روغن توربین به‌صورت محوری از بالا تا پایین مدیای فیلتر در کنار تعداد زیاد و ابعاد و اندازه‌های نانومتری لوله‌های مویین، سطح تماس روغن با فیلتر را به بیشترین مقدار ممکن رسانده و درنهایت این ذرات در حفره‌های موجود در دیواره لوله مویین به دام می‌افتند و از روغن حذف می‌شوند. با حذف وارنیش روغن و افزایش ظرفیت انحلال‌پذیری روغن طبق اصل تعادل لوشاتلیه، رسوبات انباشته‌شده بر روی سطوح داخلی سیستم روانکاری نیز حذف می‌شوند.

تصویر (3)– فیلترهای نانو با ساختار لوله مویین

حذف وارنیش روغن با فیلتر الکترواستاتیک صفحه ای (Electrostatic separator)

نحوه عملکرد رسوب‌دهنده الکترواستاتیک [Electrostatic Precipitator (EP)] بر اساس اصل نیروی کولن [Columb Force] استوار است. ابتدا برق DC با ولتاژ بالا از المان‌های فیلتر عبور می‌کند و میدان الکترواستاتیکی قدرتمندی در المان‌های فیلتر ایجاد می‌نماید. با ورود روغن توربین به این المان‌ها، آن دسته از ذرات و آلاینده‌های روغن که بار الکتریکی منفی دارند به سمت الکترود مثبت و بقیه آلاینده‌ها مثل وارنیش نامحلول که بار مثبت دارند توسط الکترود منفی جذب می‌شوند. به‌بیان‌دیگر در این روش ذرات باردار نمی‌شوند بلکه ذرات خود دارای بار هستند و به سمت صفحات با بار مخالف متمایل می‌شوند. درنتیجه نه‌تنها وارنیش نامحلول به صفحات باردار جذب‌شده و از روغن زدوده می‌شود، بلکه با حذف سایر ذرات باردار روغن، احتمال وقوع قوس تخلیه الکترواستاتیک و تخریب حرارتی روغن نیز کاهش می‌یابد. لازم به یادآوری است که آب و همچنین آلاینده‌های رسانا [Conductive Contaminants] موجود در روغن توربین بر عملکرد این فیلتر اثر منفی دارند.

تصویر (4)– حذف وارنیش روغن با فیلتر الکترواستاتیک (Electrostatic separator)

فیلتر الکترواستاتیک در دو نوع صفحه‌ای و استوانه‌ای کاربرد دارد. ساختار فیلتر الکترواستاتیک صفحه‌ای به‌گونه‌ای می‌باشد که تعدادی صفحه مستطیلی به‌موازات هم در یک مخزن قرار دارند و این صفحات به‌صورت یکی در میان به ولتاژ مثبت و منفی متصل می‌باشند. روغن با عبور پایین به بالا از بین این صفحات از میان میدان الکترواستاتیک هشت تا بیست کیلوولت DC عبور می‌کند. به ذرات دارای بار q نیروی F معادل F=E*q وارد می‌شود و این ذرات را به سمت صفحات فلزی رسوب می‌دهد. از آنجایی که طبق قوانین فیزیک همواره تجمع بار در نقاط نوک‌تیز بیشتر هست در گوشه‌های نوک‌تیز این صفحات مستطیلی احتمال جرقه زدن در صورت وجود پلیسه یا ذرات ریز فلزی رسانا یا رطوبت درون روغن زیاد می‌باشد. در این صورت بخشی از ادتیو‌های روغن نیز در اثر این تخلیه بار آسیب می‌بینند.

فیلتر‌های الکترواستاتیک استوانه‌ای با هدف کاهش احتمال و ریسک تخلیه بار در گوشه‌های نوک‌تیز فیلتر‌های صفحه‌ای توسعه یافتند. این فیلتر‌ها از صفحات استوانه‌ای چین‌خورده که به‌صورت یکی در میان به ولتاژ مثبت و منفی متصل هستند تشکیل شده‌اند. در حالت استوانه تودرتو احتمال رویارویی نقاط نوک‌تیز فقط در قسمت تحتانی و فوقانی استوانه وجود دارد و به میزان بسیار زیادی از طول لبه‌های نوک‌تیز باقابلیت تخلیه بار کاسته شده است. همچنین با هدف افزایش کارایی فیلتر و عدم بازگشت وارنیش رسوب‌کرده بر روی صفحات، بین هر دو صفحه از تعدادی لایه سلولز پلیسه شده پر شده است. در این روش روغن به‌صورت محوری از پایین استوانه وارد می‌شود و از بالا خارج می‌گردد، وجود میدان یکنواخت باعث رسوب دادن ذرات و مولکول‌های وارنیش به سمت دیواره‌ها می‌شود. هنگامی‌که وارنیش‌ها به سمت دیواره‌ها منحرف می‌شوند با دیواره سلولزی برخورد کرده و در میان بافت سلولز به دام می‌افتند و احتمال بازگشت مجدد آن‌ها به درون جریان روغن به حداقل ممکن می‌رسد.

حذف وارنیش به کمک روش (BCA) Balance Charge Agglomeration

در روش BCA همان‌گونه که در شکل (5) مشاهده می‌کنید، جریان روغن به دو بخش مجزا تقسیم می‌شود و هر قسمت با بار الکتریکی مخالف قسمت دیگر شارژ می‌گردد. در این فرایند وارنیش‌های نامحلول روغن باردار می‌شوند. یک گروه از ذرات وارنیش نامحلول بار مثبت و گروه دوم بار منفی پیدا می‌کنند. در پایان هر دو گروه تحت شرایط مغشوش باهم ترکیب می‌شوند. در اثر این اختلاط، ذرات وارنیش نامحلول باردار مثبت و منفی همدیگر را جذب کرده و لخته‌های بزرگی از ذرات وارنیش نامحلول را تشکیل می‌دهند. به همین دلیل، ذرات زیر یک میکرون [Submicron] وارنیش به ذراتی با سایز بالای یک میکرون [Multimicron-Sized Particles] تبدیل شده و در فیلتر‌های فایبرگلاس معمولی شکار می‌شوند. اما این روش محدودیت‎‌هایی نیز دارد. به عنوان مثال، ایجاد ذرات وارنیش نامحلول مستلزم کاهش دمای روغن توربین است و در عمل انجام این فرایند در زمان خاموش بودن توربین کارایی بیشتری دارد. علاوه بر اینکه یکی از مهم‌ترین معایب این روش یونیزاسیون روغن و ادتیو‌های آن می‌باشد.

تصویر (5)– مراحل حذف وارنیش روغن توربین با فیلتر الکترواستاتیک

حذف وارنیش با استفاده از بستر یونی ICB) Ion Charged Bonding)

یکی دیگر از روش‌های حذف وارنیش محلول استفاده از ICB است. در این تکنولوژی از رزین‌های مبادله کننده یونی مانند زغال فعال، سلولز فشرده [Compressed Cellulose]، پنبه‌دانه [Cotton Linters]، سبوس برنج [Rice Hulls] و حتی کاغذ روزنامه برای حذف وارنیش محلول استفاده می‌شود. با عبور روغن آلوده از روی بستر، سطح جاذب بستر با وارنیش محلول روغن توربین پیوند مولکولی ضعیفی مانند پیوند واندروالسی و یا حتی پیوند هیدروژنی تشکیل می‌دهد به روش جذب سطحی وارنیش روغن را حذف می‌کند. این روش جداسازی الکتروفیزیکی [Electrophysical Separation] و یا پیوند یونی بار[Ion-Charge Bonding (ICB)] نیز نامگذاری می‌شود. همان‌طور که توضیح داده شد، وارنیش نامحلول معمولاً اندازه‌ای کمتر از 1 μm دارد، اما به علت نیروی چسبندگی بین‌مولکولی واندروالس [Van der Vaals Force] به سطح رزین جذب‌شده و اصطلاحاً جذب‌سطحی [Surface Attraction] می‌شود.

از آنجایی که وارنیش‌ها به سطحِ رزین جذب می‌شوند این پدیده ادسورپشن [Adsorption] نامیده می‌شود؛ به عبارت دیگر، به پیوند‌های شیمیایی و یا فیزیکی اتم‌ها، مولکول‌ها و یا ذرات با یک سطح پدیده ادسورپشن نامیده می‌شود.

تصویر (6)–حذف وارنیش با استفاده از بستر یونی براساس پیوند واندروالس

یادآوری می‌کنیم که هرچقدر سطح تماس فیلتر با روغن بیشتر باشد جذب سطحی بیشتر اتفاق می‌افتد. از این رو حین عبور روغن توربین از رزین، جذب سطحی [Surface Attraction] وارنیش محلول به رزین، جدا شدن وارنیش از روغن را باعث می‌شود. لازم به ذکر است، این روش در محدوده وسیعی از شرایط دمایی قادر است وارنیش روغن را حذف کند و به همین جهت در زمان روشن بودن توربین و دمای بالای روغن کاربرد دارد.

حذف وارنیش با استفاده از شستشوی شیمیایی سطوح هم‌زمان با کارکرد ماشین

معمولاً شستشوی شیمیایی سطوح آلوده به وارنیش در روغنی که به آخر عمرش رسیده پیشنهاد جذابی است. در شستشوی شیمیایی هم‌زمان با کارکرد توربین مواد پاک‌کننده به روغن توربین اضافه می‌شوند. در این روش نیازی به خارج کردن توربین نبوده و فقط کافی است مقداری از مایع شستشو دهنده وارنیش را به روغن توربین اضافه نمایید. مقدار سرریز این مواد به ضخامت رسوب وارنیش بستگی داشته و معمولاً بین 5% تا ۱۰% وزن روغن موجود در تانک می‌باشد. بعد از اضافه‌کردن این مواد، حلالیت روغن افزایش چشمگیری پیداکرده و به همین علت رسوب وارنیش از دیواره‌ها جدا شده و وارد روغن می‌گردد. این عملیات بین یک هفته تا یک ماه زمان می‌برد. در پایان روغن توربین کاملاً تخلیه می‌شود و تانک روغن را با روغن نو پر می‌گردد. شکل زیر روند حذف رسوب وارنیش از سطوح به کمک شستشوی شیمیایی را نشان می‌دهد.

از کاربرد‌های این روش می‌توان به حذف وارنیش داغ تشکیل شده در سطوح یاتاقان‌ها اشاره نمود. در بعضی مواقع ازیک‌طرف نمی‌توانید توربین یا کمپرسور را از مدار خارج نمایید و از سوی دیگر به دلیل وقوع وارنیش داغ، دمای یاتاقان در محدوده هشدار قرار گرفته است. در این شرایط، با استفاده از این روش و حذف وارنیش داغ، مشکل یاتاقان موقتاً برطرف می‌شود تا در زمان مناسب نسبت به تعویض روغن اقدام گردد.

برای مثال مطابق با شکل زیر، یکی از یاتاقان‌های یک کمپرسور دچار وارنیش داغ شده و به همین علت دما آن به °C 115 رسیده است. پس ‌از اینکه مواد پاک‌کننده به روغن این کمپرسور اضافه شد با شروع حذف وارنیش داغ (که با ایجاد یک‌لایه عایق باعث افزایش دمای یاتاقان شده بود) دمای یاتاقان کاهش چشمگیری داشت.

همانطور که توضیح داده شد، این مواد با افزایش حلالیت روغن در حین کار به طور موثری رسوب وارنیش را در روغن حل می‌کند. این روش برای نرم‌کردن وارنیش مبتنی بر کربن که معمولاً رسوبات معدنی مانند آلدهیدها، کتون‌ها و اسیدهای چرب موجود در یاتاقان‌های ژورنال را شامل می‌گردند طراحی شده است. بنابراین، هنگامی که این رسوبات پایه کربنی نرم می‌شوند، می توان آنها را به راحتی حذف کرد. هنگامی که وارنیش در روغن حل ‌شوند، بی اثر می‌مانند و تا زمانی که از محلول خارج نشوند هیچ‌گونه نگرانی عملیاتی ایجاد نمی‌کنند. بنابراین انحلال مجدد این رسوبات در روغن، تأثیر نامطلوبی بر وضعیت روغن نمی‌گذارند و خطر تخریب بیشتر را نیز به همراه ندارد.

حذف وارنیش با استفاده از شستشوی شیمیایی سطوح در زمان خاموشی توربین

در این روش، ابتدا کلیه تجهیزات حساس ابزار دقیقی باز شده و سپس سیستم روانکاری توربین با استفاده از شوینده [Detergent] و به کمک فشار آب [Hydro Blasting] وارنیش‌زدایی، شستشو داده‌ و پس از رفع رسوبات با هوای فشرده سریع خشک می‌شود. در ادامه تانک روغن با روغن پر و عملیات فلاشینگ روغن آغاز می‌گردد. و روغن با دبی سیزده تا بیست مترمکعب در دقیقه به‌صورت کاملاً متلاطم جریان یافته و پس از بهبود سطح تمیزی روغن توربین برای بهره‌برداری آماده می‌شود. شستشوی شیمیایی سیستم، نیازمند خاموش کردن توربین و از مدار خارج شدن آن بوده و هزینه‌های کسر تولید را به مالک توربین تحمیل می‌کند.

حذف وارنیش با استفاده از تصفیه شیمیایی

در این روش روغن توربین ابتدا از مجموعه‌ای متشکل از فیلتر‌های 3 μm تا 50 μm عبور کرده و سطح تمیزی روغن به میزان استاندارد بهبود می‌یابد. پس‌ از آن با عبور از تانک خلأ رطوبت محلول در روغن نیز گرفته می‌شود. سپس روغن از راکتور‌های کاتالیستی مخصوصی عبور می‌کند. در راکتور‌های پلاگ فلو آلودگی‌های شیمیایی روغن شامل اسید‌های کربوکسیل، آلدهید‌ها، کتون‌ها، الکل‌ها، رادیکال‌های آزاد و پراکسید‌ها و سایر مواد پیش‌ساز وارنیش بر روی سطح کاتالیست واکنش داده و از جریان توده روغن حذف می‌شوند.

درنهایت ادتیوهای مورد نیاز روغن در شرایط استاندارد دمایی و اختلاط در میکسر‌های دور بالا درون روغن حل شده و به‌وسیله پمپ دوزینگ به جریان روغن در حال گردش تزریق می‌گردد.

معرفی بهترین روش وارنیش زدایی روغن

در این ویدئو انتخاب بهترین روش وارنیش زدایی روغن توضیح دادده می‌شود.

برطرف‌نشدن مشکل وارنیش با تعویض روغن

سؤال خیلی مهمی اینجا پیش می‌آید که چرا تعویض روغن به حذف وارنیش کمک نمی‌کند؟ در پاسخ باید گفت: چون وارنیش‌ها به دیوار‌ها چسبیده‌اند. فرض نمایید یک تانک روغن توربین است که دیواره آن رسوب وارنیش دارد. وقتی روغن قدیمی را با روغن جدید جایگزین کنید، این روغن جدید نسبت به وارنیش حلالیت بیشتری دارد و اصطلاحاً گرسنه است. بنابراین رسوب وارنیش‌ها را می‌خورد و وارنیش از دیواره تانک به داخل روغن حمله‌ور می‌شود. این وارنیش‌ها با مولکول‌های روغن نو واکنش داده و روغن را به‌سرعت از بین می‌برند. مشابه این قضیه در یخچال منزل شما اتفاق بیفتد. اگر یک‌تکه گوشت گندیده در یخچال وجود داشته باشد باید همان قطعه را خارج کنید. در غیر این صورت اگر تمام میوه‌ها و مواد داخل یخچال را تخلیه کرده و بشورید ولی آن تکه گوشت گندید در یخچال باشد، بوی بد یخچال برطرف نخواهد شد.

پاکسازی سطوح از وارنیش

هنگامی‌که وارنیش محلول به‌طور مداوم حذف شود، سطح وارنیش محلول موجود در روغن زیر نقطه اشباع قرار می‌گیرد؛ بنابراین ظرفیت روغن توربین برای نگهداری وارنیش محلول افزایش می‌یابد و حلالیت روانکار بهبود پیدا می‌کند. با ادامه روند کاهش وارنیش محلول، طبق اصل لوشاتلیه واکنش برای رسیدن به تعادل جدید در جهت کاهش وارنیش نامحلول و افزایش وارنیش محلول پیش خواهد رفت. درنتیجه، وارنیش نامحلول و رسوب وارنیش به‌تدریج در روغن با حلالیت بالا حل‌شده و به وارنیش محلول تبدیل می‌شوند. این گونه‌های وارنیش که دوباره به حالت محلول در آمده‌ند [Re-Dissolve]، به‌طور مداوم به‌وسیله دستگاه وارنیش‌زدا از روغن توربین خارج‌شده و درنهایت سطح تجهیزات عاری از رسوب وارنیش خواهد بود.

درصورتی‌که شاهد رسوب وارنیش در سیستم روانکاری باشیم مقدار ΔE در شروع عملیات وارنیش‌زدایی روند کاهشی دارد اما پس از حذف وارنیش محلول و افزایش حلالیت روغن توربین، رسوب وارنیش از سطوح تجهیزات به روغن مهاجرت کرده و باعث افزایش مقدار ΔE می‌شود. با ادامه فعالیت دستگاه وارنیش‌زدا، این وارنیش‌ها نیز حذف‌ شده و انتهای کار شاخص ΔE در محدوده قابل‌قبول قرار خواهد گرفت.

تصویر (7)– روند متداول تغییر ΔE در یک عملیات وارنیش‌زدایی موفق

آیا فیلتراسون روغن به منظور حذف وارنیش برای روغن توربین خطر آفرین است؟

معمولا در عملیات وارنیش‌زدایی این نگرانی وجود دارد که برخی از دستگاه‌های حذف وارنيش می‌توانند افزودني‌هاي موجود در روغن توربین را حذف کنند. به عنوان مثال ادعا می‌شود که این دستگاه‌ها قادر هستند ادتیو آنتي فوم روغن توربین را حذف کنند. همچنین یکی از مواردی که در کاربرد فیلترها برای حذف وارنیش حتما باید در نظر گرفته شود احتمال حذف دسته‌ای از مواد افزودنی قطبی روغن توربین به دلیل به دام افتادن در بستر یه علت اثر شبه کروماتوگرافی می‌باشد. لذا همواره باید قبل و در هنگام استفاده از این فیلتر ها برای حذف وارنیش روغن توربین میزان پایداری در برابر اکسیداسیون روغن (RBOT) اندازه گیری شود تا در صورت مشاهده کاهش RBOT عملیات را متوقف گردد.

در پاسخ به این ابهام استاندارد ASTM D 6439 در خصوص تمیزکاری، فلاشینگ و تصفیه روغن‌های توربین گازی، بخار و سیستم‌های هیدرولیکی می‌تواند راهگشا باشد. همانطور که در مقدمه این استاندارد آورده شده، به لزوم حذف آلودگی‌هایی که در حین کارکرد توربین در داخل روغن تشکیل می‌شود، تاکید شده است. همچنین در بند X1.2.1 همین استاندارد آمده است که تجهیزات رایج کنترل آلودگی‌های سیستم روانکاری نمی‌توانند آلودگی‌های محلول در روغن را حذف کنند.

در ادامه این استاندارد و در بند X3.1.10 و پس از معرفی روش‌های حذف ذرات به این نکته اشاره شده است که در حذف ذرات به روش جذب سطحی، سطوح بسیار فعال این فیلترها ممکن است ادتیوهای روغن را حذف نمایند و این روش تصفیه روغن باید با توافق و مشورت انجام‌گرفته بین بهره‌بردار توربین و تامین کننده روغن انجام شود. شایان ذکر است، استاندارد ASTM D 6439 به حذف‌شدن ادتیوهای روغن در سایر روش‌های فیلتراسیون، اشاره‌ای نکرده‌است.