آلودگی آب در روغن ، یکی از مهم‌ترین آلوده‌کننده‌های هر مدار روانکاری است.
در¬حقیقت بدون مزاحمت آلودگی آب در روغن، عمر روانکارهـا بـه چنـدین برابـر افزایش می‌یابد،
اما آلودگی آب در روغن، به‌صورت بخار پراکنده در هوا،
به شکل مایع درون لوله‌ها برای مصارف مختلف، به‌صورت بخار داغ درون لوله‌ها و تجهیزات مولد نیرو و…،حضور دارد.
بنابراین باید در پی راه‌هایی برای کاهش و حـذف مـوارد آلودگی آب در روغن بود
تا اثرات زیان‌بار آن به حداقل برسد.

شکل ۱

شکل 2

آلودگی آب در روغن

در فرایند آلودگی آب در روغن، نخست مولکول‌های آب با روغن ترکیب شده و کاملاً در آن حل می‌شوند.
پس‌ازاینکه میزان آلودگی آب در روغن به حد اشباع خود رسید،
مقدار آب اضافی به شکل امولسیون در روغن پراکنده می‌شود.
در این مرحله رنگ روغن به روشنی می‌گراید و با افزایش مقـدار آب رنگ روغن به سمت سفید شیری میل می‌کند.
با افزایش مقدار آب دیگر فضایی برای امولسیون هم باقی نمی‌ماند و آب به‌صورت لایه‌ای جدا از روغن درمی¬آید.
چون آب از روغن سنگین‌تر است، پایین می‌رود (شـکل شـمارۀ 3)، همان‌طور کـه در کـف مخـازن و محفظه‌های روغن قابل‌مشاهده است.
لازم به یادآوری است که نقطۀ اشباع انحلال آب در روغن تابع متغیرهـایی همچـون دمـا، کارکرد و نوع افزودنی‌های روغن است.

شکل 3

انواع آلودگی آب در روغن

1- آب حل‌شده

در این حالت مولکول‌های آب در بین مولکول‌های روغن قرار دارند.
وجود آب حل‌شده مانند یک هوای شرجی بـا رطوبـت بـالا است.
ما می‌دانیم که آب در هوا است، اما بسیار ریزتر از آن هستند که دیده شوند.
اغلب روغن‌ها می‌توانند بسته به سن و دمای روغن میزان آب را از ۲۰۰ تا ۶۰۰ PPM در خود نگه دارند.
میزان آب در روغن کهنه ۳ تـا ۴ برابـر بیشـتر از آب در روغـن نـو است.

2- آب امولسیون

اگر میزان آلودگی آب در روغن اندکی از ماکزیمم حل‌شدگی بیشتر شود به حـل اشـباع می‌رسد.
در ایـن حالـت روغـن به‌صورت قطـرات ریـز میکروسکوپی است که به حالت امولسیون قرار دارد.
این مانند مه در یک روز سرد بهاری است. بـرای جداسـازی آب امولسـیون نیاز به جداسازها داریم که باعث می‌گردد آب‌های امولسیون تبدیل به آزاد شود.

3- آب آزاد

این نوع آلودگی آب در روغن مانند قطرات باران است.
در مواردی که چگالی نسبی روغن کمتر از یک باشد.
آب در زیر روغن و روغن روی سـطح آب قـرار می‌گیرد.

اثرات آلودگی آب در روغن روی قطعات طبق آزمایش Quantifier Particle

آب یکی از مهم‌ترین عوامل اکسیداسیون و خوردگی در توربین‌ها به‌ویژه توربین‌های بخار است
که با کـاهش تحمـل بـار لایـۀ روغـــــن، ســـــبب تشـــــدید ســـــایش و درنتیجه کـــــاهش طـــــول عمـــــر یاتاقان‌ها می‌شود
ازجمله تأثیرات منفی دیگر آب می‌توان تخریب ادتیوها و توسعۀ رشد باکتری‌ها در مخازن را نـام بـرد کـه منجـر بـه گرفتگـی فیلترها خواهد شد.
در سیستم‌هایی که روغن در معرض آب قرار گیرد (نشتی سیستم)،
اختلاط آب و روغن باعث عملکرد نامطلوب سیسـتم می‌شود.
اگر روغن با توجه به زمان توقف سیستم (زمان راکد ماندن روغن در مخزن) بتواند با سرعت قابل قبـولی از آب جـدا شـود،
پایداری اکسیداسیون آن بیشتر شده و عمر آن افزایش می‌یابد.
این خاصیت برای توربین‌هایی کـه مخـازن کوچک‌تری دارنـد،
مهم‌تر است و در توربین‌های بخار به‌صورت سالانه انجام می‌شود.
آلودگی آب در روغن در دو فاز آزاد و امولسیون بسیار خطرناک است.
آب در روغن باعث می‌شود که روغن به‌صورت یک سیال تراکم ناپذیر گردد (در ژورنال بیرینگ¬ها)،
درنتیجه باعث از بین رفتن ضخامت فیلم روغن و تغییر رژیم هیـدرودینامیکی و مقـدار تحمـل بـار مکانیکی می‌گردد
که درنهایت سبب سایش و خرابی سطح بیرینگ خواهد شد.
همان‌گونه کـه در نمـودار خـواهیم دیـد وجود درصد آب در روغن می‌تواند عمر بیرینگ¬ها را تا ۹۰ درصد کاهش دهد (شکل شمارۀ 4)

شکل 4

برای بال¬بیرینگ¬ها شرایط بدتر است. نه‌تنها فیلم روغن را از بین می‌برد،
بلکه هم آب آزاد و هـم آب امولسـیون، تحـت دمای زیاد و فشار زیاد بار متمرکز به رول¬بیرینگ¬ها وارد می‌کند
که درنهایت باعث تبخیر ناگهانی آب می‌گردد و سایش ایجاد می‌گردد. (شکل شمارۀ 5)

شکل 5

شکل 5.1

در بعضی شرایط، آب به دلیل فشار زیاد که در یک نقطه در رول بیرینگ¬ها وارد می‌شود می‌تواند به اکسیژن و هیدروژن تجزیه شود.
درنتیجه یون‌های هیدروژن به دلیل سایز کم می‌توانند در مسیر حرکت ساچمه در یاتاقان قرار گیرد که اصطلاح پدیدۀ شکست هیدروژنی رخ می‌دهد.
این پدیده می‌تواند باعث خوردگی سطح زیرین بیرینگ¬ها شود،
زیرا باعث می‌گردد سطح بیرینگها ضعیف گردد و در معرض شکستگی قرار گیرد.
وقتی این ترک‌های زیرسطحی گسترش یابد باعث ایجاد چاله یا کچلی در بیرینگها می‌گردد.
نظر به خرابی‌ای که توسط آب‌های آزاد و امولسیون صورت می‌گیرد،
باید میزان آلودگی آب در روغن همواره زیر خط اشباع قرار گیرد
که با توجه بـه دمای کاری روغن و نوع روغن بین ppm ۳۰۰ – ۱۰۰ هرچند بار امکان دارد خرابی در سیستم باز رویت شود.
لذا میـزان آب را تا می‌شود باید کاهش داد.

تأثیر آلودگی آب در روغن روی سطوح و عمر یاتاقان‌ها

۱ -وجود آب آزاد داخل روغن روانکار، طول عمر یاتاقان غلطشی را از ۱۰ تا بیش از ۱۰۰ بار کاهش می‌دهد.
۲ -وجود آب آزاد داخل روغن روانکار باعث به‌وجود‌آمدن محیط خورنده و ازبین‌رفتن لایۀ مرزی روغن می‌شود.
۳ -وجود آب آزاد داخل روغن روانکار در ایجاد انواع خوردگی‌ها، حفره‌ها و صدمه-زدن بـه سـطوح یاتاقان‌های ژورنـال کمک می‌کند.
۴ -یاتاقان‌های بابیتی که اکثراً از سرب و قلع تشکیل شده‌اند به‌آسانی در مجاورت آب و اکسیژن اکسیده می‌شوند.
۵ -حفرات بخاردار همراه با تبخیر آب از داخل می‌توانند حفره‌هایی به شکل لانه‌زنبوری روی سـطوح یاتاقان‌ها به وجود آورند.
۶ -کلیۀ قسمت‌های آهنی داخل موتور که با آب در تماس باشند در معرض خوردگی شیمیایی قرار می‌گیرند و ذرات به‌تدریج از سطوح جدا شده و وارد روغن می‌گردند.

اثرات آلودگی آب در روغن

آلودگی آب در روغن نه‌تنها باعث از‌بین‌رفتن قطعات می‌گردد،
بلکه باعث کاهش عمر سریع (پیر شدن سـریع) روغـن می‌شود.
آب در روغـن باعث می‌شود سرعت اکسید شدن ۱۰ برابر گردد کۀ نتیجه آن پیری زودهنگام روغن است،
خصوصاَ اثـر بـدی روی فلـزات ماننـد مس، سرب و قلع دارد.
در روغن‌های سنتتیک مانند استرهای فسفات (روغن‌های مقاوم در برابر آتش)،
اسـترهای دو فازی به‌راحتی با آب واکنش نشان می‌دهند
که نتیجۀ آن ایجاد اسید و ازبین‌رفتن خواص پایه روغن است.
آب نه‌تنها خواص پایه روغن را از بین می‌برد، بلکه روی ادتیوها اثر دارد.
ازبین‌رفتن ادتیوها و ایجاد اسید باعث می‌گردد کـه خورندگی (فساد) به‌خصوص در قطعاتی که دارای فلزات نرم مانند بابیت در ژورنال بیرینگ و برنز و برنج هستند ایجاد گردد.
همچنین ادتیوهای ضدزنگ‌زدگی و ضد جذب آب و ضد سایش نیز از بین می‌رود
و درنهایت لجن ایجـاد می‌گردد و فیلترهـا کیپ شده و آب به‌راحتی با روغن حل می‌شود. (شکل شمارۀ 6)

شکل 6

مهم­ترین آثار ناشی از آلودگی آب در روغن

١-خوردگی کاویتاسیون در سیستم­های هیدرولیک

این خوردگی مشابه خوردگی سایشی، وقتی که یک سیال در مجاورت سطوح فلزی با سرعت زیاد در جریان باشد روی می­دهد. با این تفاوت که عامل اصلی در خوردگی کاویتاسیون، وجود آب آزاد یا امولسیون در داخل سیال است. اجزاء متحرک در ماشین آلات هیدرولیکی به طور متناوب تولید فشار و خلاء می­نماید. در هنگام خلاء، آب و رطوبت موجود در روغن ضمن تبخیر آنی به طور قابل توجهی (5000/1 در ۷۰ درجه سانتی­گراد) در فاز بخار افزایش حجم می­یابد و در فشار، حباب­های مایع تشکیل می­شوند. این حباب­ها با ایجاد تنش و اعمال ضربه باعث ایجاد خوردگی بر سطوح و اجزاء خواهند گردید. با تداوم این فرایند، خوردگی به شدت افزایش می­یابد. کاویتاسیون سبب از بین رفتن پوشش محافظ ایجاد شده توسط مواد افزودنی ضد سایش و تولید ذرات سایشی جدید خواهد گردید.

در واقع در این نوع خوردگی که در اثر تغییرات فشار هیدرودینامیک روی می­دهد، آب به سطوح فلزی حمله می­کند و باعث تشکیل جوانه خوردگی می­گردد، در حالی که خوردگی سایشی در اثر برخورد به سطوح فلزی اتفاق می­افتد.

در 1 و ۲ خواص ماده با لایه محافظ کنترل می­شود. ۳، ایجاد خشونت سطحی است. این نقطه محل مناسبی برای جوانه زدن حباب بعدی است. بدین ترتیب با افزایش خشونت سطحی و تکرار مراحل ۴ و ۵ شدت خوردگی افزایش می­یابد. ذرات سایشی اولیه مربوط به لایه محافظ و سپس از جنس فلز سطح می­باشند.

حتی مقدار کم آب در بلبرینگ­ها، باعث افزایش شدید سایش و کاهش عمر این اجزاء خواهد شد.

٢- تخریب روغن در اثر اکسیداسیون و افزایش اسیدیته

آب به شدت باعث افزایش اکسیداسیون روغن می­گردد. اکسیداسیون روغن ضمن اینکه عامل تخریب و از بین رفتن خواص روغن است، با تولید محصولاتی نظیر مواد اسیدی، رزین و لجن سبب بروز مشکلاتی در عملکرد سیستم می­شود.

اثر آب بر روی سرعت اکسیداسیون و افزایش اسیدیته روغن توسط نتایج تست­های ذیل به وضوح مشخص می­گردد.

٣- تخریب مواد افزودنی موجود در روغن

حضور آب شرایط ایده آلی را برای نمو باکتری­ها فراهم می­نماید و این باعث تخریب و از بین رفتن ادتیوهای روغن می­شود.

تأثیر آلودگی آب در روغن روی افزودنی‌ها و پایه روغن روانکارها

استحکام و پایداری شیمیایی و فیزیکی روانکارها حتی با کمترین مقدار آب معلق مورد تهدید قرار می‌گیرد.
آب می‌تواند به‌عنوان یک میزبان برای فعل‌وانفعالات شیمیایی با انواع ترکیبات و عناصر شامل افزودنی‌ها، روغن پایه و آلاینده‌های معلق در روغن به شمار آید.
آب به محدودکننده‌های زنگ‌زدگی و پایه روغن حمله می‌کند و باعث تشکیل لعاب و لجن در روغن می¬شود.

زیان‌های ناشی از آلودگی آب در روغن

آب به شیوه‌های مختلفی کارکرد روغن را دچار مشکل می‌کند که از آن جمله می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:
• افزایش میل به اکسیداسیون
• کاهش مقاومت ضدزنگ‌زدگی
• افزایش میل حباب‌زایی
• تغییرات گرانروی
• افزایش احتمال ترکیبات اسیدی
• افزایش میل به کاویتاسیون

انواع آثار مخرب ناشی از آلودگی آب در روغن

۱ -آلودگی آب در روغن سبب جذب سطحی مواد افزودنی می‌شود و این مواد را از روغن جدا می‌کند.
۲ – آلودگی آب در روغن باعث تسریع واکنش‌های شیمیایی در محیط روغن می-شود و احتمال اکسیداسیون را افزایش می‌دهد.
۳ -آب با مادۀ پاک‌کننده روغن تولید امولسیون (کف سفیدرنگ) می‌نماید که ممکن است سوراخ‌های فیلتر را مسدود کند.
۴- آب باعث زنگ‌زدگی سطوح مسیرهای روغن مشود.
۵- مخلوط آب با روغن باعث تولید امولسیون و اکسیداسیون روغن می‌شود که نتیجه آن تولید اکسید و لجن می‌شود.
۶ -در سیستم‌های هیدرولیک موجب خوردگی و کاویتاسیون می‌گردد.
۷ -وجود آب موجب زنگ‌زدن و فرسایش سطوح فلزات مجاور روغن می‌شود و با ضعیف کردن فیلم روغن، فرسایش را تشدید می‌کند.
۸ -از نقاطی از ماشین که به آلودگی آب بسیار حساس هستند یاتاقان‌ها می‌باشند. افزایش شدید مس و سـرب در روغـن کـه از عناصر تشکیل‌دهندۀ لایۀ رویی یاتاقان است، می‌تواند نشان از فرسایش در اثر آلودگی با آب باشد.

میزان اثرگذاری آب در روغن به ۵ فاکتور مربوط می‌گردد.

1- حساسیت روغن و ماشین به آب

برخی از ماشین‌ها و قطعات حساسیت زیادی بـه آب دارنـد کـه شـامل خـوردگی، کاویتاسـیون، خوردگی هیـدروژنی و… است.
همچنین روغن پایه و ادتیوها نیز به‌شدت تحت‌تأثیر آب قرار می‌گیرند.

2- مدت‌زمانی که آب در روغن مانده

هرچه که زمان معلق بودن آب در روغن زیاد باشد، ریسک بیشتری به ماشین و روغن وارد می‌کند.
طول عمر آب در روغن تحت‌تأثیر مواردی از قبیل اغتشاش، امولسیون‌سازی، نسبت آب وارد‌شده به آب حذف‌شده، تبخیر و آب‌زدایی و ته‌نشینی است.

3- میزان آب بین سطوح

اگر آب و روغن به‌صورت امولسیون قرار گیرند، نتیجه این می‌شود که سطوح بیشتری بین آب و روغن قرار می‌گیرند.
ایـن حالـت زمانی اتفاق می‌افتد که قطرات بزرگ بشکند و تبدیل بـه قطـرات ریـز آب شـوند کـه سـطح تمـاس را بـیش از یـک میلیـون (۱۰۰۰۰۰۰ )بار اضافه می‌کند.
با اضافه شدن این سطح تماس، واکنش شیمیایی بین آب و ادتیوها و روغن پایه زیاد می‌شود.

4- حرکت آب در بین ماشین

آب تمایلی به شکستن به ذرات ریزتر ندارد، مگر اینکه حرکت کند و در جریان اغتشاش قرار گیرد .
به‌بیان‌دیگر حرکت آب در روغن مانند پا برای آب است که خرابی‌ها را بالفعل کند.
آب هرکجا که روغن برود می‌رود، حتـی در قسمت‌های حساس ماشین.

5- گرما

گرما انرژی فعال‌کنندۀ موردنیاز برای فعالیت‌های شـیمیایی مانند خـوردگی، اکسـید شـدن، هیـدرولیز شـدن و… را فـراهم می‌کند
گرما با تضعیف فیلم روغن از اثر روانکاری مناسب مخصوصا در زمانی که بار زیادی وارد می‌شود و اصطکاک صـورت می‌گیرد، جلوگیری می‌کند.

روش‌های جداسازی آب از روغن

برای جداسازی آب از روغن روش‌های متنوعی موجود است.
به‌کارگیری هرکدام به عواملی همچون مقدار جداسازی لازم، سرعت جداسازی لازم، نوع روغن تحت جداسازی و… بستگی دارد.
ضمناً هنگـام انتخـاب هـر روش بایـد بـه مسائل دیگـری همچون هزینۀ تمام‌شدۀ اولیه، هزینه‌های نگهداری و تعمیرات، آموزش نفرات بهره‌بردار، در دسترس بودن قطعـات یـدکی و… هم توجه کرد.

1- جداسازی گریز از مرکز (Centrifugal separators)

در این روش روغن محتوی آب از مخزن روغن وارد مجرای ورودی و از آنجا هم وارد کلاهک دستگاه می‌شود که بـا دور بالایی در حال چرخش است.
مخلـوط روغـن و آب هنگـام چرخش دور کلاهک تحت‌تأثیر هم‌زمان نیـروی گریـز از مرکز و گرانش قـرار می‌گیرد و به¬خاطر اخـتلاف وزن ویـژۀ روغن و آب،
قطرات آب که سنگین‌ترند تحـت¬تأثیر وزن خود به پایین کلاهـک سـقوط می‌کنند.
سـپس از طریـق مجرایی درون کاسه تخلیۀ بیرون کلاهـک جمـع می‌شوند، روغن هم از مجرایی در میانۀ دستگاه دوباره به مخزن روغن برمی‌گردد.

مزایای جداسازی آب از روغن با روش گریز از مرکز

این روش سرعت مناسـبی دارد و هزینـۀ آن هـم نسبت به روش‌های تبخیـر در خلأ و تصـفیه گـازی کمتـر است.

معایب جداسازی آب از روغن با روش گریز از مرکز

جداسازی گریز از مرکز تنها قادر به جداسازی آب آزاد و امولسیون است و تنها در محدودۀ خاصـی از گرانـروی و دمـای روغـن قابـل انجام است.

شکل 7

2- تبخیر در خلأ (Vacuum distillation)

در این روش روغن وارد فضایی بـا فشـار منفـی یـا همـان خلأ شده و هم‌زمان روغن توسط گرم‌کن گرم می‌شود.
چون فشار نسبی کمتر از فشـار اتمسفریک است،
نقطه‌جوش آب پایین می‌آید و در دمای کم

تر بخار می‌شود و از روغن جدا می‌گردد.
البته لازم به یادآوری است که گرمـا دادن بـه روغـن باید در حدی باشد که ویژگی‌های فیزیکی و شـیمیایی آن ماننـد گرانـروی و… تغییر نکنند.
به این روش می‌توان هر سه حالت آب آزاد، امولسیون و محلول را جدا کرد و آلودگی آب را به کمتر از ppm ۵۰ رساند.

مزایای جداسازی آب از روغن با روش تبخیر در خلأ

همان‌طور که می‌بینید درواقع مؤثرترین روش جداسازی آب از روغن است که همۀ اثرات زیان‌بار آلـودگی آب را برطرف می‌کند.
ضمناً سرعت جداسازی بالایی هم دارد که حتی بـه ۲۰۰۰ لیتـر در سـاعت هـم می‌رسد.
بـدین¬ترتیـب ازنظر کیفیـت کـار، مناسب‌ترین گزینه برای تجهیزاتی مانند توربین گاز، توربین بخار، کمپرسور هوا و… است.

معایب جداسازی آب از روغن با روش تبخیر در خلأ

بزرگ‌ترین محدودیت این روش هزینۀ نسبتاً بـالای آن اسـت.
البته در واحدهای بزرگ مانند پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها، پتروشیمی‌ها و… می‌توان دستگاهی قابل‌ حمل‌ونقل سفارش داد
و طبق برنامۀ منظم دوره‌ای یا بر اساس نتایج آنالیز نمونه‌های روغـن، آن را بـه مخازن روغن تجهیزات یادشده متصل کرد و آلودگی آب را برطرف ساخت.

شکل 8

روش‌های اندازه‌گیری مقدار آب در روغن

برای بررسی وجود آب در روغن سه روش مرسوم وجود دارد:

سانتریفیوژ

روش اول بررسی وجود آب در روغن با استفاده از سانتریفیوژ است.
در اثر عمل سانتریفوژ کردن، روغن و آب تفکیک‌شده و آب در انتهای تیوب قرار می‌گیرد.
در این روش حجم آب موجود در انتهای لوله نسبت به حجم نمونه اولیه تعیین می‌شود.
این روش وقتی استفاده می‌شود که درصد آب موجود در روغن 0.5 درصد حجمی یا بیشتر از آن باشد.

کرکل تست
ایــن روش به‌صورت مشــاهداتی است و معمولاً بــرای تشخیص آب در موتورهـا، گیربکس‌ها و سیستم‌های هیدرولیک ماشین‌آلات عمرانی و معدن و صنعت حمل‌ونقل کاربرد دارد.

کارل فیشر
سومین روش کارل فیشر است که در این روش می‌توان وجود آب در روغن را تا مقادیر 0.01 درصد حجمی تعیین کرد.
بنابراین برای سیستم‌های صنعتی کـه از حساسـیت بـالایی برخوردارنـد و
میــزان آب بایــد بــا دقــت بیشــتری در روغــن شناسایی و کنترل شود، استفاده می‌شود.

نتیجه
با توجه به شرایط اقلیمی و نیز وجود نشتی‌های اجتناب‌ناپذیر و زیاد بودن مقدار آلودگی آب در روغن،
لازم است در سیسـتم روانکـاری توربین‌ها، سیستمی جهت حذف آب در نظر گرفته شود.
چون تجمع آب و بالا آمدن سطح آب قطعاً باعث ساییدگی و فرسایش قطعات تجهیز خواهد شد،
لذا لازم است در توربین‌های بزرگ که دارای مخزن روغن است از دستگاه‌های جداکننده، عمـل آب‌گیری را در پریودهای برنامه‌ریزی‌شده انجام داد.

منبع: مهدی تیموری، محمد رضا صحرایی،”پایش وضعیت ماشین آلات از طریق شناسایی آلودگی آب با استفاده از آزمایشات آنالیز روغن “، ششمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب ­یابی ماشین آلات، تهران، دانشگاه صنعتی شریف اسفند 1390

و حمید جواهری، آزاد اکبریان مقدم ” مراقبت وضعیت ماشین آلات از طریق آنالیز روغن و پیشرفت‌های آن در پرس شاپ ایران خودرو”