کنترل عامل رطوبت در روان‌کار

آب عنصری مؤثر در تمام فرایندهای شیمیایی شناخته‌شده است و کنترل اثرات مثبت و منفی آن در راکتورها، تجهیزات و فرایندهای شیمیایی گوناگون در همه صنایع بسیار مهم است. برای این موضوع در هر صنعت تکنیک‌های مختلفی طراحی و اجرا می‌شود. در علم روانکاری، آب ماده‌ای مخرب محسوب می‌شود که عمر ماشین‌آلات و قطعات درگیر را به‌شدت کاهش می‌دهد و به همین دلیل پایش آلودگی آب و رطوبت در مهندسی روانکاری بسیار مهم است.

انتخاب روش مناسب برای کنترل آلودگی آب، با در نظر گرفتن شرایط محیطی و محدودیت‌های گوناگون محل مصرف و راکتورها، عموماً از سه طرح زیر پیروی می‌کند:

– آنالیز آزمایشگاهی

– پایش با کمک دستگاه‌های قابل‌حمل کوچک

– نصب حسگرهای آنلاین و بازرسی دوره‌ای در حوزه بهره‌برداری

آنالیز آزمایشگاهی روغن

اگرچه آنالیز آزمایشگاهی روغن هنوز رایج‌ترین روش کنترل آلودگی آب است، لزوماً مؤثرترین روش از نظر تشخیص زودهنگام عیب نیست، زیرا نمونه ارسالی به آزمایشگاه ممکن است زمانی برداشته شده باشد که روند آسیب به دستگاه انجام شده است. بنابراین نتیجه گزارش آزمایشگاه فقط میزان آسیب را نشان می‌دهد و لزوماً نمی‌تواند از بروز این عارضه در سیستم جلوگیری کند. از این رو ارسال نمونه‌های تصادفی از سیستم یا کنترل کیفیت روان‌کارهای ورودی به آن تا حدی می‌تواند امیدوارکننده باشد و در این حالت شرایط مطلوب و سرعت کافی در پاسخ‌گویی آزمایشگاه را در نظر می‌گیریم.

یکی از معتبرترین و پرکاربردترین روش‌ها و دستگاه‌های آزمایشگاهی در کنترل آلودگی سیستم از آب، تکنیک کارل فیشر یا طیف‌سنجی مادون قرمز FTIR است که با روش آزمون ASTM D6304 به کار می‌رود.

سطح دقت در ارائه نتایج با واحد PPM (شمارش یک ذره در میان یک میلیون ذره) مورد نظر کارشناسان است.

دستگاه FTIR اغلب در صنعت روان‌کارها به‌عنوان منبعی شناخته‌شده استفاده می‌شود و هزینه بالای این دستگاه، کارشناسان کنترل کیفیت را به سمت روش‌های ارزان‌تر سوق می‌دهد. دو مورد از مهم‌ترین آن‌ها آزمون‌های ASTM D7414 و ASTM E2412 هستند.

تقطیر فرایند دیگری است که می‌توان از آن استفاده کرد. در فرایند تقطیر، با حرارت‌دادن نمونه روغن که از پیش با یک حلال مخلوط شده، آب از روغن یا فرآورده نفتی استخراج می‌شود. آب تبخیر شده و در یک محفظه جمع می‌شود. کمترین مقدار آبی که در این روش قابل اندازه‌گیری است تقریباً ۰٫۰۵ تا ۰٫۱ درصد است. در این روش باید از روش آزمون ASTM D95 پیروی کرد که به تجهیزات پیچیده نیاز ندارد اما بسیار مفید است.

پایش با کمک دستگاه‌های قابل‌حمل کوچک

این روش مشابه کنترل آزمایشگاه‌های مجهز است که با کمک تجهیزات قابل‌حمل با پارامترهای کمتر و گاهی با دقت پایین‌تر انجام می‌شود.

برای چنین آزمون‌هایی معمولاً تنها یک قطره روغن لازم است و نتایج ظرف چند دقیقه پس از تشخیص رطوبت قابل گزارش است. انگیزه اصلی استفاده از این روش کاهش هزینه و همچنین سرعت عملیات آن است.

کیت کلسیم هیدرید یک وسیله آزمون میدانی رایج است. در این آزمون از یک معرف و یک حلال (نفت سفید یا تولوئن) استفاده می‌شود.

پیش از همه امولسیون و آب آزاد را اندازه می‌گیرند. اگرچه غلظت‌های پایین آب قابل تشخیص است، این تکنیک برای غلظت‌های بالاتر از ۱۵۰ تا ۲۰۰ ppm قابل‌اعتماد به نظر می‌رسد.

آزمون ترک‌خوردگی (کراکل) نمونه دیگری از آزمون میدانی معتبر است. در آن دو قطره روغن را روی سطح داغ می‌ریزند تا وجود آب امولسیون‌شده و آزاد ارزیابی شود. حداقل غلظت‌های قابل تشخیص تقریباً ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ ppm است. در این آزمون توجه به هرگونه حباب‌های کوچک یا صدای ترقه اهمیت دارد.

بازرسی‌های میدانی برای آلودگی آب بیشتر بصری است. از طریق ظرف شفاف و قابل‌مشاهده می‌توان میزان رسوب و آب موجود در نمونه را تشخیص داد. باید به خاطر داشت که فقط امولسیون و آب آزاد دیده می‌شود، بنابراین اگر نتیجه آزمون مثبت باشد یعنی غلظت آن بسیار بالاست. طراحی برنامه زمان‌بندی و قراردادهای مهندسی‌شده در نمونه‌برداری و آزمون به‌عنوان بخش عمده پیش‌نیازهای این روش ذکر می‌شود.

حسگرهای آنلاین

برخی حسگرها می‌توانند اشباع آب و همچنین محتوای کل رطوبت را اندازه بگیرند. حسگرهای آنلاین را می‌توان روی خطوط یا شاهرگ‌های عبور سیال یا مخازن نصب کرد. آن‌ها غلظت آب را مستقیماً با یک آشکارساز یا از طریق یک پارامتر غیرمستقیم مانند ثابت دی‌الکتریک روغن پایش می‌کنند. این راهبرد ممکن است بهترین گزینه از نظر تشخیص زودهنگام آلودگی باشد. حسگرهای آنلاین یا بدون اپراتور ممکن است برخی آنالیزهای آزمایشگاهی روزانه را نیز جایگزین کنند. به همین دلایل روند صنعت به‌سوی استفاده از این نوع راهبرد پایش همواره دیده شده است.

هدف حسگر آنلاین گسیل سیگنال‌های الکتریکی است که به تغییر خواص فیزیکی یا شیمیایی مایع تحت پایش پاسخ می‌دهند. بیشتر حسگرها شامل الکترودهای کوچکی هستند که در مایع غوطه‌ور می‌شوند.

این الکترودها ولتاژ الکتریکی تولید می‌کنند و پاسخ روغن را بر حسب ظرفیت خازنی، مقاومت، ثابت دی‌الکتریک یا جریان تشخیص می‌دهند.

اندازه‌گیری‌ها به تغییرات شناخته‌شده در خواص روغن مانند آلودگی آب، اکسیداسیون، آلودگی متقابل با سیالات دیگر و باقی‌مانده ذرات مرتبط است. برخی حسگرها اجزای اندازه‌گیری متعددی دارند که پایش چندین پارامتر را ممکن می‌سازد؛ در ادامه چند نمونه از این نوع حسگرهای موجود معرفی می‌شود:

حسگرهای اشباع رطوبت

در این نوع حسگرها نقطه شبنم و درصد اشباع آب حل‌شده در روغن نمایش داده می‌شود. یک پلیمر نفوذپذیر در برابر آب بین دو الکترود تخت قرار می‌گیرد تا یک خازن تشکیل شود. آب به پلیمر نفوذ کرده و خازن را تغییر می‌دهد و این امر باعث اندازه‌گیری غلظت آب در روغن می‌شود که در این تکنیک از روش آزمون ASTM D7546 استفاده می‌شود.

حسگرهای آنلاینی نیز وجود دارند که محتوای کل آب را به‌صورت درصد یا بر حسب ppm اندازه می‌گیرند. آن‌ها قادرند آب حل‌شده، امولسیون‌شده و آزاد را در روغن ارزیابی کنند. این حسگرها اطلاعاتی مشابه نتایج شناخته‌شده آزمایشگاهی برای محتوای آب ارائه می‌دهند. با این حال، وضوح حسگرهایی که محتوای کل آب را پایش می‌کنند ممکن است به خوبی یا دقت حسگرهای پایش اشباع آب نباشد.

حسگرهای دی‌الکتریک ثابت

این نوع حسگر خواص روغن را که با اکسیداسیون، آلودگی یا ذرات ناشی از سایش سطح تغییر می‌کند اندازه می‌گیرد. این خاصیت با نام ثابت یا مقاومت دی‌الکتریک نسبی ثبت می‌شود که به توانایی روغن در ذخیره میدان الکتریکی مربوط است و می‌تواند تغییرات وضعیت روغن ناشی از تخریب یا آلودگی را تشخیص دهد. آن‌ها باید برای شرایط خاص سیالی که در آن کار خواهند کرد کالیبره شوند.

حسگرهای چندمنظوره

در این تکنیک از ثابت دی‌الکتریک، درصد اشباع، تغییرات دما و مقدار رسانایی محلول استفاده می‌شود که اطلاعات جامع‌تری درباره سیال مورد آزمون در اختیار می‌گذارد و می‌توانند نتایج را به‌سادگی و به‌صورت بی‌سیم به چاپگر یا تلفن همراه ارسال کنند.

در حالی که استفاده از حسگرهای آنلاین وعده تشخیص زودهنگام شرایط غیرعادی و کاهش کارایی روانکاری را می‌دهد، برخی چالش‌ها باید برای کاربران مهم باشد. انتخاب صحیح حسگر مناسب، با محاسبه دقیق پارامترهای مورد نظر و محدوده ضرایب اندازه‌گیری و ذرات، نخستین گام در استفاده از این روش است.

ممکن است پشتیبانی آزمایشگاهی نیز برای مرتبط‌کردن سیگنال الکتریکی حسگر با پارامترهای خاص روغن لازم باشد و البته باید به یاد داشت که همه حسگرها وضوح و دقت یکسانی ندارند، بنابراین باید با ویژگی‌ها، برنامه‌ها و قابلیت‌های متفاوت انتخاب و استفاده شوند.

مهندس شیمی: علیرضا محمدی – Post DBA

آنچه در پایان باید مورد توجه قرار گیرد نحوه طراحی فرایند کنترل و نیز تکنیک‌های اندازه‌گیری آلودگی آب در سیستم است که می‌تواند هزینه‌های اضافی تأمین و نگهداری تجهیزات و همچنین رتبه‌بندی کیفیت تولیدکنندگان مختلف را کاهش دهد و البته محاسبه هزینه؛ محصول نهایی باید دقیق‌تر ارزیابی شود، از جمله تعداد ساعات کارکرد محصولاتشان.

مهندس علیرضا محمدی

کارشناس ارشد و مهندس محصول