در خصوص پدیده وارنیش تعاریف زیادی وجود دارد اما کمیته ASTM طبق مدرک ASTM.D02C.01  این تعریف برای وارنیش روغن ارائه میکند: رسوبی براق، سخت و نازک حاصل از مواد نامحلول در روغن بوده که غالباً از پسماندهای مواد آلی تشکیل شده و به وسیله شدت رنگ قابل تشخیص است. این رسوبات به راحتی با یک دستمال خشک، نرم و بدون مواد پاک کننده پاک نمی‌شود و نسبت به حلال‌های اشباع (هیدروکربن های سبک) مقاوم است. وارنش روغن رنگ‌های متفاوت دارد اما معمولاً به رنگ ‌های خاکستری، قهوه ای و کهربایی ظاهر می‌شود.

تصویر (1) –تعریف ASTM درباره وارنیش روغن

با توجه به بازخوردهای ارائه شده توسط تعداد زیادی از کاربران توربین میتوان استنباط کرد که مشکلات وارنیش روغن در نیروگاه ها افزایش شدیدی داشته و گزارش‌های هولناکی ارائه شده است. به عنوان نمونه شرکت Mobil Exxon 192 نیروگاه مشتمل بر 626 توربین گازی را به لحاظ وارنیش به بررسی کرده و در 40% این توربین ها مشکل وارنیش روغن را گزارش کرده است.

 

وارنیش روغن از شروع تا رسوب

از نخستین روزهای شروع به کار یک توربین، روغن آن توربین ناگزیر دستخوش واکنش‌های شیمیایی برگشت‌ناپذیری قرارمی‌گیرد و آرام آرام تخریب‌می‌شود. همانطورکه در فصول قبلی گفته شد، یکی از شایع‌ترین علت‌های تخریب شیمیایی روغن، اکسیداسیون روغن است. این فرآیند برگشت‌ناپذیر با تغییر مولکول‌های روغن و مصرف‌کردن افزودنی‌های آن، زوال روغن را به همراه دارد. اکسیداسیون اغلب با واکنش شیمیایی بین هیدروکربن و اکسیژن موجود در هوای سیستم روانکاری توربین آغاز شده و به تولید رادیکال‌های آزاد منجر می‌شود. رادیکال‌های‌ آزاد، مولکول‌های بسیار فعالی بوده، و نه تنها به خودشان بلکه به مولکول‌های سالم روغن نیز حمله‌ور شده و زنجیره‌ای از واکنش‌ها را منجر می‌شوند. طی این واکنش‌ها محصولات جانبی اکسیداسیون (oxidation by-product) مانند ترکیبات اسیدی، الکل، استر، آلدئید، کتون و غیره تولید می‌شود که همه آنها در گروه آلاینده‌های نرم قرار می‌گیرند. این ذرات نرم با پنبه سر روغن توربین را می‌برند!. ویژگی مشترک همگی این پسماندها و ضایعات نرم، قطبی بودن آنها است و همگی آنها در آغاز به صورت محلول (solution) در روغن باقی می‌مانند. در اینجا ممکن است این دو سوال برای شما پیش بیاید:

سوال اول: محلول چیست؟

در پاسخ باید گفت: در دانش شیمی، ترکیب همگن ماده حل‌شونده در حلال را محلول می‌نامند؛ به عنوان مثال، شکر (حل شونده) در آب (حلال) حل می‌شود و محلولی به نام شربت را تولید می‌کند. در روغن‌توربین آلاینده‌های نرم نقش حل­شونده و روغن نقش حلال را بازی می کند.  

سوال دوم: چه موادی تمایل دارند در روغن حل شوند؟

ساده‌ترین پاسخ به این سوال عبارت است: مواد قطبی در حلال‌های قطبی و مواد غیرقطبی در حلال‌های غیرقطبی بهتر حل‌می‌شوند. پایه روغن‌های استفاده شده در توربین‌ها غیرقطبی است، به همین علت میزان انحلال‌پذیری (Solubility) آلاینده‌های قطبی در روغن توربین کم است. در آغاز، مقدار پسماندهای حاصل از تخریب روغن ناچیز است و در حالت محلول در روغن قرار گرفته و به آنها وارنیش محلول گفته می‌شود. تا به اینجا احتمالا متوجه شده‌اید که وارنیش یک مولکول خاص نیست بلکه گستره وسیعی از انواع مولکول‌های ریز و درشت بوده که حجم قابل توجهی از آلاینده‌های نرم روغن را به خود اختصاص می‌دهد.  

تصویر (2 ) –سرفصل مطالب

  همانطور که گفته شد، روغن توربین و آلاینده های نرم در ابتدا محلول غیر اشباع است. بنابراین روغن هنوز قادر است حل‌شونده یا وارنیش بیشتری را در خود حل‌کند. اما رفته رفته میزان وارنیش محلول به حدی میرسد که روغن از وارنیش اشباع شده و دیگر نمی‌تواند وارنیش بیشتری را در خود حل‌کند. از این مرحله به بعد آلاینده‌­های جدید تولید شده در روغن، به صورت نامحلول در روغن معلق شده (suspension)  و آنها را وارنیش نامحلول نامگذاری می‌نماییم. از این لحظه وارنیش محلول و وارنیش نامحلول در یک واکنش تعادلی قرار گرفته و اصل لوشاتلیه (Le Chatelier’s principle) میزان نسبی وارنیش محلول و وارنیش نامحلول را تعیین میکند. ذکر این نکته اهمیت دارد که نامحلول بودن وارنیش به معنی بزرگ بودن اندازه وارنیش نیست. به عبارت دیگر وقتی روغن توربین از آلاینده‌ها اشباع شود تولید حتی یک مولکول از محصولات جانبی اکسیداسیون به تشکیل یک مولکول وارنیش نامحلول منجر می‌شود. البته ناگفته نماند که همین ذرات مولکولی وارنیش نامحلول در شرایطی به یکدیگر جذب شده و توده هایی در اندازه کمتر از 1μm (submicron) را به وجود می‌آورند.

تصویر (3) – اصل لوشاتلیه و تعادل شیمیایی وارنیش محلول و وارنیش نامحلول

  حضور وارنیش نامحلول در روغن مسئله خطرناکی است و بحران توربین با پدیده وارنیش از این لحظه جدی‌تر می‌شود. زیرا وارنیش نامحلول پیش‌فرآیندی در تشکیل رسوب وارنیش است. به بیان دیگر، وارنیش نامحلول تمایل دارد به سطوح فلزی سیستم روانکاری مانند یاتاقان‌ها، کولرروغن، بدنه تانک روغن و غیره جذب شده و رسوب وارنیش ایجاد کند. اگرچه وارنیش محلول و نامحلول در یک واکنشی تعادلی قرار داشته و طبق اصل لوشاتلیه به یکدیگر قابل تبدیل هستند و این امیدواری وجود دارد که مقدار وارنیش نامحلول با تبدیل شدن به محلول، کاهش یابد. اما خبر بد این است: هر بار که وارنیش نامحلول به سطح فلز جذب می‌شود، یک لایه نازک حتی درحد مولکولی روی فلز تشکیل داده و این لایه علاقه چندانی ندارد که در واکنش تعادلی وارنیش نامحلول و وارنیش محلول مشارکت ‌کند. دور باطل با تداوم تشکیل آلاینده‌ها ادامه پیدا می‌کند؛ به این صورت که روغن توربین در نقاط سرد سیستم روانکاری مانند کولر روغن و یا سطح روغن تانک روغن، مقداری وارنیش نامحلول آزاد می‌کند و همواره بخشی از این وارنیش نامحلول به سطوح مهاجرت کرده و رسوب وارنیش روز به روز ضخیم‌تر و وخیم‌تر می‌شود.

تصویر (4) – رسوب وارنیش در توربین

  به عنوان مثال و همانطور که در تصویر (5) مشاهده می‌کنید، در یک تانک توربین بخار و در سطح تماس روغن با بدنه تانک، رسوب شدیدتری از وارنیش تشکیل شده است. علت شدت رسوب‌گذاری در سطح روغن به این خاطر است که در این ناحیه، بدنه تانک سردتر می‌باشد و بنابراین طبق اصل لوشاتلیه وارنیش محول تمایل بیشتری دارد که به وارنیش نامحلول تبدیل شده و رسوب نماید. به طور کلی در بیشتر تانک‌های روغن توربین آلوده به وارنیش، تشکیل نوار ضخیم رسوب در ناحیه بالای تانک روغن مشاهده شده است.

تصویر (5)–نوار ضخیم  رسوب وارنیش در تانک روغن توربین بخار