در علم روانکاری، عنصر آب به عنوان یک ماده مخرب قلمداد می گردد که باعث کاهش فاحش عمر ماشین آلات و قطعات درگیر می گردد و به همین دلیل، نظارت بر آلودگی (Contamination) آب و رطوبت، در مهندسی روانکاری، بسیار حائز اهمیت می باشد.
۲
تاریخ انتشارشنبه ۲۳ فروردين ۱۳۹۹ - ۱۲:۳۰
کد مطلب : ۱۲۱۷۸۳
تکنیک های کنترل فاکتور آلودگی آب در صنعت روانکار
مهندس علیرضا آمار محمدی/ کارشناس ارشد روانکارهای خودرویی و صنعتی
به گزارش آژانس رویدادهای مهم نفت و انرژی "نفت ما"؛ آب، عنصری تاثیر گذار در کلیه فرآیندهای شیمیایی شناخته شده است و کنترل اثرات مثبت و منفی آن در راکتورها، تجهیزات و فرایندهای مختلف شیمیایی، در کلیه صنایع، امری بسیار مهم می باشد. تکنیک های مختلفی در هر صنعت، برای این موضوع طراحی و اجرا می شود. در علم روانکاری، عنصر آب به عنوان یک ماده مخرب قلمداد می گردد که باعث کاهش فاحش عمر ماشین آلات و قطعات درگیر می گردد و به همین دلیل، نظارت بر آلودگی (Contamination) آب و رطوبت، در مهندسی روانکاری، بسیار حائز اهمیت می باشد.
انتخاب روش مناسب در کنترل آلودگی آب، با در نظر گرفتن شرایط محیطی و محدودیت های مختلف محل مصرف و راکتورها، عموماً از سه طرح ذیل پیروی می کند:
1- تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی
2- مانیتورینگ با کمک دستگاههای قابل حمل کوچک
3- نصب حسگرهای آنلاین و بازرسی دوره ای در میدان عملیات
تجزیه و تحلیل روغن آزمایشگاهی
اگرچه تجزیه و تحلیل روغن آزمایشگاهی همچنان متداول ترین روش برای کنترل آلودگی آب می باشد، ولی لزوماً مؤثرترین روش از نظر تشخیص زودرس خرابی قلمداد نمی شود چرا که ممکن است نمونه ارائه شده به آزمایشگاه، زمانی برداشت شده باشد که فرآیند آسیب به دستگاه، انجام شده است، فلذا نتیجه حاصل از گزارش عملکردی آزمایشگاهی صرفا میزان آسیب را نمایان نموده و لزوما نمی تواند از ابتلای سیستم به این عارضه جلوگیری کند. لذا ارسال نمونه های اتفاقی از سیستم و یا کنترل کیفیت روانکارهای ورودی به آن تا حدی می تواند دلگرم کننده باشد و فرض را در این مورد بر شرایط دلخواه و سرعت کافی در جوابدهی آزمایشگاه قلمداد می نماییم.
یکی از متدهای آزمایشگاهی و دستگاهی قابل اطمینان و پر تقاضا در کنترل آلودگی سیستم از آب، تکنیک «کارل فیشر» یا همان طیف سنجی مادون قرمز FTIR می باشد که با تست متد ASTM D6304 در حال استفاده است.
میزان دقت در ارائه نتایج با واحد PPM (شمارش یک ذره از میلیون ذره) مورد نظر کارشناسان می باشد.
دستگاه FTIR به عنوان منبع شناخته شده، اغلب در صنعت روانکارها مورد استفاده می باشد و گرانی این دستگاه، کارشناسان کنترل کیفی را به روشهای دیگری که کم هزینه تر هستند سوق می دهد. دو مورد از مهم ترین آنها تست متد ASTM D7414 و ASTM E2412 می باشد.
تقطیر، دیگر فرآیند قابل استفاده می باشد. در فرآیند تقطیر، با گرم کردن نمونه روغن، که از قبل با یک حلال مخلوط شده است، از روغن یا فرآورده نفتی استخراج می شود. آب تبخیر شده و در یک محفظه جمع می شود. کمترین مقدار آب قابل اندازه گیری در این روش تقریباً 0.05-0.1 درصد است. در این روش باید از تست متد ASTM D95 پیروی کرد که نیاز به تجهیزات پیچیده ای ندارد ، اما بسیار مفید است.
مانیتورینگ با کمک دستگاه های قابل حمل کوچک
این روش به نوعی همان کنترل آزمایشگاه های مجهز می باشد که با تعداد پارامترهای کمتر و بعضا دقت پایین تر، با کمک تجهیزات قابل حمل، انجام می شود.
برای آزمون هایی از این دست، معمولاً فقط یک قطره روغن مورد نیاز است و نتایج را می توان در عرض چند دقیقه گزارش کرد که در آن رطوبت تشخیص داده می شود. عمده ترین انگیزه در استفاده این روش، کاهش هزینه و همچنین سرعت عمل آن است.
کیت هیدرید کلسیم یک دستگاه آزمایش میدانی متداول است. در این آزمایش از یک معرف و یک حلال (نفت سفید یا تولوئن) استفاده می شود.
در درجه اول آب امولسیون و آزاد را اندازه گیری می کنند. اگرچه غلظت کم آب قابل تشخیص است، اما به نظر می رسد این تکنیک برای غلظت های بالاتر از 200-150 ppm نیز قابل اطمینان است.
آزمایش ترک خوردگی، نمونه دیگری از یک آزمایش میدانی مورد تایید است. از دو قطره روغن روی یک سطح داغ برای ارزیابی وجود آب امولسیون شده و آزاد استفاده می کنند. حداقل غلظت هایی که می توان شناسایی کرد تقریباً 1000-500 ppm است. با استفاده از این تست، توجه به هر حباب کوچک یا صدای ترک خوردگی بسیار مهم است.
بازرسی های میدانی برای آلودگی آب عمدتاً بصری است. ازطریق ظرف شفاف و قابل رویت، می توان میزان رسوبات ته نشین و آب در نمونه را تشخیص داد. باید مد نظر داشت که فقط آب امولسیون و آزاد دیده می شود، بنابراین اگر نتیجه تست مثبت باشد بدین معناست که غلظت آن بسیار زیاد است. طراحی برنامه زمانبندی و قراردادهای مهندسی شده در نمونه گیری و آزمون، به عنوان بخشی اعظمی از پیش نیاز این روش، یادآوری می گردد.
سنسورهای آنلاین
برخی از سنسورها می توانند اشباع آب و همچنین میزان رطوبت کل را اندازه گیری کنند. سنسورهای آنلاین می توانند در خطوط و یا شاهرگهای عبور سیال یا مخازن نصب شوند. آنها غلظت آب را مستقیماً توسط یک آشکارساز یا از طریق یک پارامتر غیرمستقیم مانند ثابت دی الکتریک روغن، کنترل می کنند. این استراتژی ممکن است بهترین گزینه را از نظر تشخیص زودهنگام آلودگی ارائه دهد. سنسورهای آنلاین یا بدون نظارت نیز ممکن است جایگزین برخی از تحلیل های روزانه آزمایشگاهی شوند. به همین دلایل، گرایش صنعت به سمت استفاده از این نوع استراتژی نظارت، همیشه دیده شده است.
هدف از یک سنسور آنلاین انتشار سیگنال های الکتریکی است که پاسخگو به تغییر در خصوصیات فیزیکی یا شیمیایی مایع تحت نظر هستند. بیشتر سنسورها حاوی الکترودهای کوچکی هستند که در مایع غوطه ور می شوند.
این الکترودها ولتاژ الکتریکی ایجاد می کنند و واکنش روغن را از نظر خازن، مقاومت، ثابت دی الکتریک یا جریان تشخیص می دهند.
اندازه گیری ها با تغییرات شناخته شده در خاصیت روغن مانند آلودگی آب، اکسیداسیون، آلودگی متقابل با مایعات دیگر و بقایای ذرات رابطه دارد. بعضی از سنسورها چندین مؤلفه اندازه گیری دارند که امکان نظارت بر چند پارامتر را ایجاد می کنند که در زیر چند نمونه از این نوع سنسورها ی قابل دسترس و موجود معرفی می شود:
سنسورهای اشباع رطوبت
در این نوع سنسورها، نقطه شبنم و درصد اشباع آب محلول در روغن نمایان می گردد. یک پلیمر با نفوذ آب بین دو الکترود مسطح، قرار می گیرد تا یک خازن تشکیل شود. آب برای تغییر خازن به پلیمر نفوذ می کند، و این موضوع باعث اندازه گیری غلظت آب در روغن شده که در این تکنیک از تست متد ASTM D7546 استفاده میگردد.
همچنین حسگرهای آنلاینی وجود دارد که میزان کل آب را براساس درصد یا در ppm اندازه گیری می کنند. آنها قادر به ارزیابی آب محلول، آب امولسیون و آزاد موجود در روغن هستند. این سنسورها اطلاعات مشابهی را با نتایج آزمایشگاه شناخته شده برای محتوای آب ارائه می دهند. با این حال، وضوح سنسورهایی که میزان کل آب را رصد می کنند ممکن است به اندازه آنهایی که برای نظارت بر اشباع آب استفاده می شوند، خوب یا دقیق نباشد.
سنسورهای ثابت دی الکتریک
این نوع سنسور خاصیت روغن را اندازه گیری می کند که با اکسیداسیون، آلودگی یا ذرات حاصل از سایش سطوح، تغییر می کند. این خاصیت با نام ثابت یا مقاومت نسبی دی الکتریک مربوط به قابلیت روغن برای ذخیره یک میدان الکتریکی ثبت می شود که می توانند تغییرات در وضعیت روغن را به دلیل تخریب یا آلودگی تشخیص دهند. آنها باید برای شرایط خاص مایعات که در آن کار خواهند کرد، کالیبره شوند.
سنسورهای چند منظوره
در این تکنیک، از ثابت دی الکتریک، درصد اشباع، تغییرات دما و مقدار رسانایی محلول بهره می گیرند که باعث می شود اطلاعات جامع تری در مورد سیال مورد آزمون ارائه دهند و به راحتی می توانند نتایج را به صوت وایرلس به پرینتر و یا موبایل ارسال نمایند.
در حالی که استفاده از سنسورهای آنلاین نویدبخش تشخیص زودهنگام شرایط غیر طبیعی و کاهش در راندمان روانکاری می باشد ، بایستی برخی از چالش ها برای کاربران مهم جلوه نماید. انتخاب درست سنسور مناسب، با محاسبه دقیق پارامترهای مورد نظر و محدوده های اندازه گیری ضرایب و ذرات، اولین قدم در استفاده از این روش می باشد.
برای ارتباط سیگنال الکتریکی سنسور با پارامترهای خاص روغن ممکن است پشتیبانی آزمایشگاهی نیز مورد نیاز باشد و البته باید یادآوری کرد که همه سنسورها وضوح و دقت یکسانی ندارند، بنابراین با ویژگی ها، برنامه ها و قابلیت های مختلف باید انتخاب و مورد استقاده قرار بگیرند.
آنچه که در نهایت بایستی مورد توجه قرار بگیرد چگونگی طراحی فرایند کنترل و همچنین تکنیک های اندازه گیری آلودگی آب در سیستم می باشد که می توانند از تحمیل هزینه های گزاف تامین و نگهداری تجهیزات بکاهند و همچنین در رتبه بندی کیفیتی تولیدکنندگان مختلف و بالطبع، محاسبه هزینه تمام شده نهایی با احتساب میزان ساعت کارکرد محصولات آنها، مورد ارزیابی دقیقتر قرار گیرند.
انتخاب روش مناسب در کنترل آلودگی آب، با در نظر گرفتن شرایط محیطی و محدودیت های مختلف محل مصرف و راکتورها، عموماً از سه طرح ذیل پیروی می کند:
1- تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی
2- مانیتورینگ با کمک دستگاههای قابل حمل کوچک
3- نصب حسگرهای آنلاین و بازرسی دوره ای در میدان عملیات
تجزیه و تحلیل روغن آزمایشگاهی
اگرچه تجزیه و تحلیل روغن آزمایشگاهی همچنان متداول ترین روش برای کنترل آلودگی آب می باشد، ولی لزوماً مؤثرترین روش از نظر تشخیص زودرس خرابی قلمداد نمی شود چرا که ممکن است نمونه ارائه شده به آزمایشگاه، زمانی برداشت شده باشد که فرآیند آسیب به دستگاه، انجام شده است، فلذا نتیجه حاصل از گزارش عملکردی آزمایشگاهی صرفا میزان آسیب را نمایان نموده و لزوما نمی تواند از ابتلای سیستم به این عارضه جلوگیری کند. لذا ارسال نمونه های اتفاقی از سیستم و یا کنترل کیفیت روانکارهای ورودی به آن تا حدی می تواند دلگرم کننده باشد و فرض را در این مورد بر شرایط دلخواه و سرعت کافی در جوابدهی آزمایشگاه قلمداد می نماییم.
یکی از متدهای آزمایشگاهی و دستگاهی قابل اطمینان و پر تقاضا در کنترل آلودگی سیستم از آب، تکنیک «کارل فیشر» یا همان طیف سنجی مادون قرمز FTIR می باشد که با تست متد ASTM D6304 در حال استفاده است.
میزان دقت در ارائه نتایج با واحد PPM (شمارش یک ذره از میلیون ذره) مورد نظر کارشناسان می باشد.
دستگاه FTIR به عنوان منبع شناخته شده، اغلب در صنعت روانکارها مورد استفاده می باشد و گرانی این دستگاه، کارشناسان کنترل کیفی را به روشهای دیگری که کم هزینه تر هستند سوق می دهد. دو مورد از مهم ترین آنها تست متد ASTM D7414 و ASTM E2412 می باشد.
تقطیر، دیگر فرآیند قابل استفاده می باشد. در فرآیند تقطیر، با گرم کردن نمونه روغن، که از قبل با یک حلال مخلوط شده است، از روغن یا فرآورده نفتی استخراج می شود. آب تبخیر شده و در یک محفظه جمع می شود. کمترین مقدار آب قابل اندازه گیری در این روش تقریباً 0.05-0.1 درصد است. در این روش باید از تست متد ASTM D95 پیروی کرد که نیاز به تجهیزات پیچیده ای ندارد ، اما بسیار مفید است.
مانیتورینگ با کمک دستگاه های قابل حمل کوچک
این روش به نوعی همان کنترل آزمایشگاه های مجهز می باشد که با تعداد پارامترهای کمتر و بعضا دقت پایین تر، با کمک تجهیزات قابل حمل، انجام می شود.
برای آزمون هایی از این دست، معمولاً فقط یک قطره روغن مورد نیاز است و نتایج را می توان در عرض چند دقیقه گزارش کرد که در آن رطوبت تشخیص داده می شود. عمده ترین انگیزه در استفاده این روش، کاهش هزینه و همچنین سرعت عمل آن است.
کیت هیدرید کلسیم یک دستگاه آزمایش میدانی متداول است. در این آزمایش از یک معرف و یک حلال (نفت سفید یا تولوئن) استفاده می شود.
در درجه اول آب امولسیون و آزاد را اندازه گیری می کنند. اگرچه غلظت کم آب قابل تشخیص است، اما به نظر می رسد این تکنیک برای غلظت های بالاتر از 200-150 ppm نیز قابل اطمینان است.
آزمایش ترک خوردگی، نمونه دیگری از یک آزمایش میدانی مورد تایید است. از دو قطره روغن روی یک سطح داغ برای ارزیابی وجود آب امولسیون شده و آزاد استفاده می کنند. حداقل غلظت هایی که می توان شناسایی کرد تقریباً 1000-500 ppm است. با استفاده از این تست، توجه به هر حباب کوچک یا صدای ترک خوردگی بسیار مهم است.
بازرسی های میدانی برای آلودگی آب عمدتاً بصری است. ازطریق ظرف شفاف و قابل رویت، می توان میزان رسوبات ته نشین و آب در نمونه را تشخیص داد. باید مد نظر داشت که فقط آب امولسیون و آزاد دیده می شود، بنابراین اگر نتیجه تست مثبت باشد بدین معناست که غلظت آن بسیار زیاد است. طراحی برنامه زمانبندی و قراردادهای مهندسی شده در نمونه گیری و آزمون، به عنوان بخشی اعظمی از پیش نیاز این روش، یادآوری می گردد.
سنسورهای آنلاین
برخی از سنسورها می توانند اشباع آب و همچنین میزان رطوبت کل را اندازه گیری کنند. سنسورهای آنلاین می توانند در خطوط و یا شاهرگهای عبور سیال یا مخازن نصب شوند. آنها غلظت آب را مستقیماً توسط یک آشکارساز یا از طریق یک پارامتر غیرمستقیم مانند ثابت دی الکتریک روغن، کنترل می کنند. این استراتژی ممکن است بهترین گزینه را از نظر تشخیص زودهنگام آلودگی ارائه دهد. سنسورهای آنلاین یا بدون نظارت نیز ممکن است جایگزین برخی از تحلیل های روزانه آزمایشگاهی شوند. به همین دلایل، گرایش صنعت به سمت استفاده از این نوع استراتژی نظارت، همیشه دیده شده است.
هدف از یک سنسور آنلاین انتشار سیگنال های الکتریکی است که پاسخگو به تغییر در خصوصیات فیزیکی یا شیمیایی مایع تحت نظر هستند. بیشتر سنسورها حاوی الکترودهای کوچکی هستند که در مایع غوطه ور می شوند.
این الکترودها ولتاژ الکتریکی ایجاد می کنند و واکنش روغن را از نظر خازن، مقاومت، ثابت دی الکتریک یا جریان تشخیص می دهند.
اندازه گیری ها با تغییرات شناخته شده در خاصیت روغن مانند آلودگی آب، اکسیداسیون، آلودگی متقابل با مایعات دیگر و بقایای ذرات رابطه دارد. بعضی از سنسورها چندین مؤلفه اندازه گیری دارند که امکان نظارت بر چند پارامتر را ایجاد می کنند که در زیر چند نمونه از این نوع سنسورها ی قابل دسترس و موجود معرفی می شود:
سنسورهای اشباع رطوبت
در این نوع سنسورها، نقطه شبنم و درصد اشباع آب محلول در روغن نمایان می گردد. یک پلیمر با نفوذ آب بین دو الکترود مسطح، قرار می گیرد تا یک خازن تشکیل شود. آب برای تغییر خازن به پلیمر نفوذ می کند، و این موضوع باعث اندازه گیری غلظت آب در روغن شده که در این تکنیک از تست متد ASTM D7546 استفاده میگردد.
همچنین حسگرهای آنلاینی وجود دارد که میزان کل آب را براساس درصد یا در ppm اندازه گیری می کنند. آنها قادر به ارزیابی آب محلول، آب امولسیون و آزاد موجود در روغن هستند. این سنسورها اطلاعات مشابهی را با نتایج آزمایشگاه شناخته شده برای محتوای آب ارائه می دهند. با این حال، وضوح سنسورهایی که میزان کل آب را رصد می کنند ممکن است به اندازه آنهایی که برای نظارت بر اشباع آب استفاده می شوند، خوب یا دقیق نباشد.
سنسورهای ثابت دی الکتریک
این نوع سنسور خاصیت روغن را اندازه گیری می کند که با اکسیداسیون، آلودگی یا ذرات حاصل از سایش سطوح، تغییر می کند. این خاصیت با نام ثابت یا مقاومت نسبی دی الکتریک مربوط به قابلیت روغن برای ذخیره یک میدان الکتریکی ثبت می شود که می توانند تغییرات در وضعیت روغن را به دلیل تخریب یا آلودگی تشخیص دهند. آنها باید برای شرایط خاص مایعات که در آن کار خواهند کرد، کالیبره شوند.
سنسورهای چند منظوره
در این تکنیک، از ثابت دی الکتریک، درصد اشباع، تغییرات دما و مقدار رسانایی محلول بهره می گیرند که باعث می شود اطلاعات جامع تری در مورد سیال مورد آزمون ارائه دهند و به راحتی می توانند نتایج را به صوت وایرلس به پرینتر و یا موبایل ارسال نمایند.
در حالی که استفاده از سنسورهای آنلاین نویدبخش تشخیص زودهنگام شرایط غیر طبیعی و کاهش در راندمان روانکاری می باشد ، بایستی برخی از چالش ها برای کاربران مهم جلوه نماید. انتخاب درست سنسور مناسب، با محاسبه دقیق پارامترهای مورد نظر و محدوده های اندازه گیری ضرایب و ذرات، اولین قدم در استفاده از این روش می باشد.
برای ارتباط سیگنال الکتریکی سنسور با پارامترهای خاص روغن ممکن است پشتیبانی آزمایشگاهی نیز مورد نیاز باشد و البته باید یادآوری کرد که همه سنسورها وضوح و دقت یکسانی ندارند، بنابراین با ویژگی ها، برنامه ها و قابلیت های مختلف باید انتخاب و مورد استقاده قرار بگیرند.
آنچه که در نهایت بایستی مورد توجه قرار بگیرد چگونگی طراحی فرایند کنترل و همچنین تکنیک های اندازه گیری آلودگی آب در سیستم می باشد که می توانند از تحمیل هزینه های گزاف تامین و نگهداری تجهیزات بکاهند و همچنین در رتبه بندی کیفیتی تولیدکنندگان مختلف و بالطبع، محاسبه هزینه تمام شده نهایی با احتساب میزان ساعت کارکرد محصولات آنها، مورد ارزیابی دقیقتر قرار گیرند.
