دستگاههای آنالیز و نحوه پایش کیفیت روغنهای توربین گازی و بخار

اهمیت راهبردی پایش وضعیت روغن توربین

نقش روانکار در سیستم‌های توربین و ریسک‌های عملیاتی

​توربین‌ها، چه از نوع گازی، بخار یا سیکل ترکیبی، از گران‌ترین و حیاتی‌ترین دارایی‌های یک واحد صنعتی محسوب می‌شوند و قابلیت اطمینان آن‌ها به شدت به سلامت روانکارشان وابسته است. روغن توربین نقشی چندوجهی ایفا می‌کند؛ از جمله ایجاد فیلم روانکار برای یاتاقان‌ها و چرخ‌دنده‌ها، انتقال حرارت برای خنک‌سازی، و معلق نگه داشتن آلاینده‌ها. اگرچه این روغن‌ها برای عمر طولانی، گاهی تا ۱۰ تا ۲۰ سال، مهندسی می‌شوند، اما تنش‌های محیطی و عملیاتی مانند اکسیداسیون، تخریب حرارتی، و آلودگی می‌توانند یکپارچگی سیال را در زمانی کوتاه‌تر به خطر اندازند.

​عدم پایش مؤثر روغن می‌تواند منجر به کاهش راندمان حرارتی و افزایش مصرف سوخت شود، اما مهم‌تر از آن، خطر خرابی و توقف‌های ناگهانی و پرهزینه را به شدت افزایش می‌دهد. به همین دلیل، آنالیز روغن بر مبنای ردیابی روندهای تخریب روانکار، شناسایی خرابی ماشین‌آلات، و اندازه گیری سطح آلاینده ها استوار است.

استانداردهای بین‌المللی و راهنمای سازندگان تجهیزات اصلی (OEMs)

​پایش وضعیت روغن توربین یک فعالیت خودسرانه نیست، بلکه تحت مدیریت دستورالعمل‌های رسمی سازمان‌های بین‌المللی مانند ASTM و ISO و همچنین مشخصات فنی سازندگان اصلی تجهیزات قرار دارد. استاندارد کلیدی و مرجع برای نظارت بر روغن‌های معدنی توربین‌های بخار، گاز، و سیکل ترکیبی، استاندارد ASTM D4378 می باشد. این استاندارد شامل محدوده های نظارتی و حدود هشدار کیفیت را برای حفظ عملکرد بهینه و جلوگیری از خرابی تشریح می‌کند. علاوه‌بر این، OEMها غالباً حدود مشخصی را برای عناصر سایش و سایر پارامترهای حیاتی تعیین می‌کنند که متخصصان باید به دقت آن‌ها را دنبال کنند.

پارامترهای حیاتی تخریب روانکار (Lubricant Degradation)

​این پارامترها، سلامت شیمیایی و عمر باقیمانده‌ی روغن توربین را تعیین می‌کنند. تخریب شیمیایی، به‌ ویژه اکسیداسیون، مهم‌ترین عامل محدودکننده‌ی طول عمر روغن است. اکسیداسیون در روغن توربین، نتیجه‌ی ترکیب شیمیایی روغن با اکسیژن است. این فرآیند توسط عوامل کاتالیستی مانند دما، حضور آب و فلزات سایش (مانند مس و آهن) تسریع می‌شود. با پیشرفت اکسیداسیون، روغن به تدریج دچار تخریب شده و محصولات جانبی نامطلوبی از جمله اسیدهای ضعیف آلی و محصولات نامحلول اکسیداسیون تولید می‌شوند. تجمع این محصولات نامحلول، منجر به تشکیل وارنیش و رسوب بر روی سطوح حیاتی مانند یاتاقان‌ها، کولرهای روغن، و قطعات حساس گاورنر می‌شود.

آزمون RPVOT (Rotating Pressure Vessel Oxidation Test)

​برای ارزیابی پایداری روغن در برابر اکسیداسیون، آزمون RPVOT (ASTM D2272) به کار می‌رود. طی این آزمون نمونه روغن در حضور آب و یک کاتالیست مس در یک محفظه تحت فشار اکسیژن، گرمایش و حرکت دورانی قرار می‌گیرد. زمان لازم برای افت فشار اکسیژن در اثر مصرف آن توسط آنتی‌اکسیدان‌ها، به عنوان معیار پایداری اکسیداسیون ثبت می‌شود.

​بر اساس استاندارد ASTM D4378، کاهش زمان RPVOT به کمتر از ۲۵ درصد مقدار اولیه روغن، به عنوان یک حد در نظر گرفته می‌شود. برخی از OEMها ممکن است این معیار را ساده‌تر کرده و صرفاً از ۲۵ درصد اولیه به عنوان مرز استفاده کنند، یا حتی یک حداقل زمان ثابت (مثلاً ۱۰۰ دقیقه) را برای روغن در حال کار تعیین نمایند.

اندازه‌گیری مستقیم اکسیداسیون و افزودنی‌ها

روش ​FTIR: اسپکتروسکوپی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) که مطابق با ASTM D7414 انجام می‌شود، برای اندازه‌گیری مستقیم پیک‌های جذب اکسیداسیون در روغن به کار می‌رود.

روش ​RULER: ارزیابی طول عمر باقیمانده (RULER) از روش ولتامتری روبش خطی استفاده می‌کند تا محتوای آنتی‌اکسیدان‌های فنولیک و آمین‌های آروماتیک را به صورت کمی اندازه بگیرد. این آزمون روند کاهش افزودنی‌ها (Anti Oxidant Trend) را نشان می‌دهد که قبل از شروع اکسیداسیون شدید رخ می‌دهد.

عدد اسیدی کل (Total Acid Number – TAN)

​عدد اسیدی کل (TAN) که با تیتراسیون (ASTM D664) اندازه‌گیری می‌شود، اسیدیته نسبی روانکار را نشان می‌دهد. افزایش معنی‌دار در TAN می‌تواند نشان‌دهنده‌ی تجمع اسیدهای کربوکسیلیک باشد که مستقیماً با شرایط اکسیداسیون مرتبط است. محصولات اکسیداسیون باعث اسیدی شدن جزئی روغن می‌شوند و در صورت شدید شدن اکسیداسیون، این اسیدیته می‌تواند منجر به خوردگی سطوح حیاتی تجهیزات شود.

​حدود هشدار متداول پیشنهاد شده توسط ASTM D4378 برای AN، افزایش ۰.۳ تا ۰.۴ میلی‌گرم KOH/g بالاتر از مقدار روغن نو است. با این حال، بسیاری از تحلیلگران روانکاری، هرگونه حرکت صعودی کوچک، حتی به میزان ۰.۱، را نیز به عنوان نشانه‌ای از نگرانی تلقی می‌کنند، اگرچه باید توجه داشت که عدد اسیدی از نظر قابلیت بازتولید بین آزمایشگاه‌های مختلف (Poor Reproducibility) عملکرد ضعیفی دارد و نتایج آن باید با سایر آزمون‌ها تأیید شوند.

خواص فیزیکی اولیه

​ویسکوزیته (Viscosity): ویسکوزیته به عنوان مقاومت سیال در برابر جریان، یک پارامتر اساسی در آنالیز روغن توربین است. تغییر شدید ویسکوزیته (که می‌تواند ناشی از رقیق‌شدگی توسط سوخت یا غلیظ شدن در اثر تخریب گرمایی یا اکسیداسیون باشد) به طور مستقیم بر توانایی روغن در حفظ فیلم روانکار و پشتیبانی از بار یاتاقان‌ها تأثیر می‌گذارد.

​نقطه اشتعال (Flash Point): این دما که در آن روغن بخار کافی برای اشتعال تولید می‌کند، در صورت کاهش، می‌تواند نشان‌دهنده‌ی آلودگی توسط سوخت‌های سبک یا حلال‌ها باشد.

پارامترهای مشکل‌ساز آلودگی (Contamination Parameters)

​آلودگی، چه از بیرون (آب، کثیفی) و چه از داخل (محصولات تخریب)، یکی از شایع‌ترین علل کاهش عمر روغن و سایش زودهنگام تجهیزات است.

آلودگی آبی (Water Contamination)

​آب شایع‌ترین آلاینده مایع در نیروگاه‌ها محسوب می‌شود و پایش مستمر آن ضروری است. آب می‌تواند باعث زنگ‌زدگی و خوردگی شود، سرعت اکسیداسیون روغن را تسریع بخشد، و با ایجاد امولسیون، در تشکیل فیلم روانکار اختلال ایجاد کند.

​سطوح آلودگی آبی بسیار حساس هستند و با نوع توربین فرق می‌کنند:

• ​برای اکثر تجهیزات، آب نباید از 0.25% تجاوز کند.
• ​برای سیستم‌های روغن‌کاری توربین و سیستم‌های کنترل هیدرولیک حساس، سطح بحرانی زیر ۱۰۰ ppm است.

• ​به طور کلی، برای توربین‌های گازی، آب باید زیر ۵۰۰ ppm و برای توربین‌های بخار، زیر ۱۰۰۰ ppm نگه داشته شود.

​فن‌آوری‌های جدیدتری برای تشخیص آب در روغن‌های روانکار، از جمله حسگرهای قابل حمل توسعه یافته‌اند که نتایج آن‌ها نزدیکی بالایی با نتایج تکنیک‌های آزمایشگاهی مانند کارل فیشر دارد.

آلودگی ذرات جامد و تمیزی ISO

​تمیزی روغن از طریق اندازه‌گیری تعداد ذرات (Particle Counting) مشخص می‌شود. این آزمون حیاتی برای توربین‌ها، سیستم‌های هیدرولیک و گیربکس‌های فیلترشده است. تعداد ذرات در میلی‌لیتر در محدوده‌های اندازه‌ی مختلف بر اساس استاندارد ISO 4406 گزارش می‌شود. شمارش ذرات نه تنها برای نظارت بر ورود کثیفی و گرد و غبار (آلودگی خارجی) بلکه برای ارزیابی عملکرد سیستم‌های فیلتراسیون نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پتانسیل وارنیش (Varnish Potential)

​وارنیش (Varnish) یا رسوبات نامحلول چسبنده، محصولات نهایی اکسیداسیون شدید یا تنش حرارتی روغن هستند که بر روی سطوح داخلی سیستم رسوب می‌کنند. وارنیش بر روی یاتاقان‌های داغ، انتقال حرارت را مختل کرده و می‌تواند منجر به داغ شدن بیش از حد یاتاقان‌های ژورنال شود. همچنین، وارنیش می‌تواند عناصر کنترلی توربین (مانند ولوهای اسپول هیدرولیک حساس) و مبدل‌های حرارتی را مسدود و خراب کند.

آزمون‌های کلیدی پیش‌بینی وارنیش

​به دلیل نقش وارنیش در خاموش کردن‌های ناگهانی توربین‌های گازی و اختلال در مدارهای هیدرولیک کنترلی ، استفاده از آزمون‌های تخصصی پیش‌بینی وارنیش ضروری است:

رنگ‌سنجی پچ غشایی (MPC – Membrane Patch Colorimetry)

استاندارد ASTM D7843. به عنوان استاندارد آنالیز وارنیش در نظر گرفته می شود. این روش میزان تغییر رنگ یک پچ فیلتر را که محصولات نامحلول روغن بر روی آن جمع شده‌اند، در مقایسه با یک پچ تمیز (ΔE) اندازه‌گیری می‌کند. ΔE≥40 به عنوان معیار وارنیش بالا در نظر گرفته می‌شود.

آزمون اولترا سانتریفیوژ (UC Rating – Ultracentrifuge):

یک روش آزمایشگاهی است که نمونه روغن را تحت نیروی گریز از مرکز بالا (۱۸,۰۰۰ دور در دقیقه به مدت ۳۰ دقیقه) قرار می‌دهد. این کار باعث می‌شود آلاینده‌های نامحلول ناشی از تخریب روغن که معمولاً با وارنیش مرتبط هستند، متراکم و رسوب کنند. UC Rating≥ 4 (در مقیاس ۱ تا ۸) نشان‌دهنده‌ی سطوح بالای مواد نامحلول است.

تحلیل سایش ماشین‌آلات (Wear Debris Analysis) و فن‌آوری‌های تشخیص

​تشخیص زودهنگام ذرات سایش، عنصر کلیدی در نگهداری پیش‌بینانه است؛ زیرا این ذرات نشان‌دهنده‌ی آغاز تخریب مکانیکی قطعاتی مانند یاتاقان‌ها و چرخ‌دنده‌ها هستند.

طیف‌سنجی عنصری (Elemental Spectroscopy – ES)

​طیف‌سنجی عنصری، غلظت فلزات موجود در روغن (شامل فلزات سایش، آلاینده‌ها و افزودنی‌ها) را بر حسب PPM (بخش در میلیون) اندازه می‌گیرد. این تکنیک به طور گسترده‌ای برای پایش روند سایش عادی و ردیابی عناصر مشخصی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، سطح بالای کروم (Cr) در روغن هیدرولیک می‌تواند نشان‌دهنده‌ی خط افتادن روی میله‌های هیدرولیک باشد.

فروگرافی تحلیلی (Analytical Ferrography – AF)

​برای پوشش دادن محدودیت طیف‌سنجی، از تحلیل بقایای سایش (WDA) یا فروگرافی تحلیلی استفاده می‌شود. این تکنیک شامل جداسازی ذرات سایش مغناطیسی از نمونه روغن و رسوب دادن آن‌ها بر روی یک اسلاید شیشه‌ای به نام فروگرام است.

تجهیزات و فن‌آوری‌های نظارت بر روغن توربین

​پایش وضعیت جامع روغن توربین مستلزم ترکیبی از آزمون‌های آزمایشگاهی مرجع، دستگاه‌های پرتابل برای پاسخ سریع، و سیستم‌های نظارت بلادرنگ پیشرفته است.

دستگاه‌های آزمایشگاهی استاندارد

• ​تجهیزات RPVOT (ASTM D2272) برای پایداری اکسیداسیون.
• ​تجهیزات تیتراسیون (ASTM D664) برای عدد اسیدی.
• ​اسپکتروسکوپی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) برای اندازه‌گیری مستقیم اکسیداسیون (ASTM D7414).
• ​تجهیزات MPC (ASTM D7843) و اولترا سانتریفیوژ برای پایش پتانسیل وارنیش.
• ​تجهیزات تخصصی برای فروگرافی تحلیلی.

سیستم‌های نظارت در محل و پرتابل (On-Site/Portable Kits)

​کیت‌های آنالیز روغن قابل حمل امکان بررسی سریع وضعیت روغن و سایش را در محل کارخانه (On-Site) فراهم می‌کنند. این دستگاه‌ها برای متخصصان خدمات و مدیران نگهداری که نیاز به تصمیم‌گیری‌های سریع میدانی دارند، ایده‌آل هستند. نمونه‌هایی از این تجهیزات عبارتند از:

• ​FluidScan® 1100: یک آنالیزور فروسرخ دستی که می‌تواند وضعیت روغن، از جمله آب و عدد اسیدی را اندازه بگیرد.

• ​MiniVisc 3000: ویسکومتر سینماتیک پرتابل برای اندازه‌گیری مقاومت سیال در برابر جریان.

• ​FerroCheck 2000: دستگاهی برای اندازه‌گیریFerrous Wear Metal در روانکارها.

نوآوری‌ها: پایش وضعیت بلادرنگ (Real-Time Condition Monitoring)

​تقاضا برای قابلیت‌های نظارت از راه دور و به حداقل رساندن نیاز به نگهداری فیزیکی، نیاز به نظارت بر وضعیت روغن به صورت ۲۴ ساعته را تشدید کرده است.

​فن‌آوری حسگر فروسرخ میانی (Mid-Infrared Sensor Technology):

این حسگرها یک پیشرفت مهم در پایش وضعیت 24 ساعته محسوب می‌شوند. آن‌ها از همان تکنیک اسپکتروسکوپی فروسرخ میانی استفاده می‌کنند که در آزمایشگاه‌ها به کار می‌رود و قادرند تغییرات مولکولی در روغن را تعیین کنند. این فن‌آوری می‌تواند پارامترهای تخریب و آلودگی مختلف را به صورت همزمان اندازه بگیرد.

پارامترهای حیاتی تکمیلی و ملاحظات عملیاتی

جداپذیری از آب (Demulsibility)

​قابلیت جدا شدن روغن از آب (Demulsibility) که با استاندارد ASTM D1401 اندازه‌گیری می‌شود، توانایی حیاتی روغن برای جلوگیری از تشکیل امولسیون و حفظ خواص روانکاری است. OEMها معمولاً عدم تجاوز از ۱۵ میلی‌لیتر امولسیون پس از ۳۰ دقیقه را به عنوان حد قابل قبول تعیین می‌کنند.

​ارزیابی ریسک مرتبط با Demulsibility: اگرچه نارسایی در خواص جداپذیری آب لزوماً در لحظه نشانه‌ی یک ریسک عملیاتی حتمی نیست ، اما این نارسایی، مقاومت روغن را در برابر شایع‌ترین آلاینده‌ی مایع (آب) از بین می‌برد. در توربین‌های بخار که ورود آب (Ingress) یک پدیده رایج است ، یک روغن با Demulsibility ضعیف به آب اجازه می‌دهد تا به سرعت فرآیندهای اکسیداسیون و خوردگی را تسریع کند. بنابراین، حفظ Demulsibility در سطوح بالا، یک اقدام پیشگیرانه کلیدی برای تضمین آمادگی سیستم در برابر آلودگی‌های ناخواسته است.

کف‌کردن و انتشار هوا (Foaming and Air Release)

​کف در مخزن روغن توربین، که با ASTM D892 اندازه‌گیری می‌شود، می‌تواند راندمان روانکاری را کاهش داده و منجر به پدیده Cavitation شود. این آزمون پایداری و تمایل به کف را در سه توالی دمایی اندازه‌گیری می‌کند.

​استاندارد ASTM D4378 حد هشداری ۴۵۰ میلی‌لیتر تمایل به کف (Tendency) و ۱۰ میلی‌لیتر پایداری کف (Stability) را پیشنهاد می‌دهد. مهم‌تر از حجم کف تولید شده (Tendency)، پایداری کف است؛ پایداری صفر میلی‌لیتر نشان می‌دهد که حباب‌های کف به خوبی در حال شکستن هستند و سیستم در شرایط عملیاتی عادی دچار کف بیش از حد نخواهد شد. کف بالا باید با بررسی دقیق علل مکانیکی، آلودگی یا تمیزی نامناسب قبل از هرگونه افزودن عوامل ضدکف (Defoamant) در میدان، مورد رسیدگی قرار گیرد.

نتیجه‌گیری (Conclusion)

​قابلیت اطمینان طولانی‌مدت توربین‌های صنعتی به یک برنامه چند محوری و جامع آنالیز روغن توربین وابسته است که به طور مداوم و دقیق سه عامل تخریب، آلودگی، و سایش را تحت نظر داشته باشد.

1. ​پایش تخریب شیمیایی: استفاده از آزمون RPVOT و روش‌های مستقیم اندازه‌گیری آنتی‌اکسیدان‌ها (RULER) برای تخمین دقیق عمر باقیمانده‌ی روغن و نه صرفاً تکیه بر افزایش دیرهنگام عدد اسیدی. رعایت حد هشدار کاهش RPVOT به ۲۵٪ مقدار اولیه، یک اقدام پیشگیرانه ضروری برای کاهش ریسک است.
2. ​کنترل آلودگی شامل حفظ تمیزی روغن در حد کد ISO ۱۸/۱۵/۱۳ یا کمتر، و پایش سختگیرانه‌ی آب (زیر ۱۰۰ ppm برای سیستم‌های کنترلی) می باشد. استفاده از آزمون‌های تخصصی مانند MPC و UC برای پیش بینی حضور وارنیش نیز کاربردی است.
3. ​تشخیص سایش شامل ترکیب طیف‌سنجی عنصری با فن‌آوری‌های مکمل مانند فروگرافی تحلیلی برای اطمینان از پوشش کامل طیف اندازه‌ی ذرات فرسایشی و مشخصه‌یابی منبع خرابی است.

مشاوره وخرید تجهیزات مرتبط روغن توربین

شرکت رامان تجهیز آزما با سابقه طولانی در زمینه تجهیز آزمایشگاههای صنعت روغن و روانکارها و همچنین تعمیرات و خدمات پس از فروش کلیه دستگاههای تخصصی آنالیز روغن با تکیه تیم فنی و متخصص و همچنین قطعات و لوازم یدکی دستگاههای گوناگون آنالیز آماده ارائه پیشنهادات و راهکارهای علمی و تخصصی در زمینه تجهیز، رفع عیب و تعمیر و مشاوره تخصصی متخصصان آزمایشگاههای صنایع روغن کشور می باشد. برای خرید و ارائه پیشنهاد قیمت دستگاهها و تجهیزات گوناگون با این شرکت در تماس باشید.