آلودگی و آزمایش های مربوط به روغن انتقال حرارت


خلاصه

روغن هاي عمليات حرارتي قابل كاربرد در دامنه وسيعي از دما هستند. حرارت دادن و آلودگي هايي نظير نمك، آب، سيالات هيدروليك و خاكستر مي توانند اثرات نامطلوبي بر كارآيي اين روغن ها داشته باشند و موجب عدم يكپارچگي انتقال حرارت شده و در نهايت به كاهش طول عمر روغن حرارتي منجر شوند. بنابراين براي كنترل دقيق عمليات حرارتي لازم است تا تغييرات كيفيت روغن كوئينچينگ در مدت زمان استفاده ثبت و بررسي شود كه اين امر با انجام آزمايش هايي جهت تعيين مشخصات فيزيكي روغن از جمله ويسكوزيته، حجم آب، نقطه اشتعال، عدد اسيدي (AN) ، عدد رسوب، آناليز عنصري و يا مطالعه سرعت خنك كنندگي روغن قابل انجام است.

    


چکیده

مطالعه مشخصات فيزيكي روغن

 ويسكوزيته : كارآيي يك روغن كوئينچينگ به تغييرات ويسكوزيته آن ارتباط مستقيم دارد. تجزيه روغن به دليل حرارت و اكسيد اسيون موجب تغيير ويسكوزيته روغن مي شود و به دنبال آن ميزان سرعت انتقال حرارت با كاهش ويسكوزيته افزايش و با افزايش آن، كاهش مي يابد. در بررسي پروسه رفع نقص سيستم، مي بايست تغييرات ويسكوزيته سيال كوئينچينگ به عنوان تابعي از دما در مدت زمان استفاده از آن ثبت و سپس داده ها به صورت نمودار رسم گردد كه نمونه اي از آن در شكل 1 آورده شده است. هم چنين مي بايست ويسكوزيته را در دماي تقريبي 40 درجه سانتي گراد جهت پيدا كردن اولين نقطه نمودار در زمان صفر بر اساس استاندارد ASTM-D-445 تخمين زد.

 حجم آب: آب حاصل از تجزيه و يا آلودگي روغن در حدود 0/1 درصد ممكن است موجب بروز پديده Soft Spot ، سختي غيريكنواخت، لكه، كف و در نهايت آتش سوزي شود. زماني كه روغن آلوده به آب حرارت داده شود صدايي نظير شكسته شدن از آن به گوش مي رسد كه اين امر اساس تست كيفيت براي شناسايي آب در روغن است. اغلب آزمايشگاه ها، آناليز كارل- فيشر را بر اساس استاندارد ASTM-D-6304 و يا تقطير را بر اساس استاندارد ASTM-D-95 به همين منظور انجام مي دهند.

    نقطه اشتعال: نقطه اشتعال دمايي است كه روغن و بخار آن در تعادل با يكديگر توليد گاز قابل احتراق مي كنند، كه در كنار منبع اشتعالي محترق مي شود. تغيير در اين پارامتر نشان دهنده آلودگي موجود در روغن و يا تجزيه آن است. دو نوع آزمايش جهت تعيين اين مشخصه قابل استفاده است : Open Cup ، Closed Cup

     در روش Closed Cup بر اساس استاندارد ASTM-D-93 ، مايع و بخار در يك محفظه بسته حرارت داده مي شوند. حضور مقدار كمي آلودگي با دماي جوش پايين در فاز بخار موجب مي شود تا نقطه اشتعال پايين تري به ثبت برسد. ولي در روش Open Cup محصولات جانبي در زمان حرارت دادن از بين مي رود.

    معمول ترين روش Open Cup ، آزمايش «Cleveland» بر اساس استاندارد ASTM-D-92 است. كمترين نقطه اشتعال يك روغن در شرايط معمولي مي بايست 90 درجه سانتي گراد بالاتر از دمايي باشد كه روغن مورد استفاده قرار مي گيرد.

    عدد اسيدي: محصولات جانبي توليد شده حاصل از تجزيه روغن توسط آناليز شيميايي قابل شناسايي و اندازه گيري است. تعيين عدد اسيدي (AN) يكي از معمول ترين روش ها بر اساس استاندارد D-974 و ASTM-D-664 است كه در آن اين پارامتر، با استفاده از تيتراسيون KOH به صورت mg(KOH)/g3(samp) گزارش مي شود. با اكسيد شدن روغن عموماً اين عدد افزايش يافته و روغن خاصيت اسيدي بيشتري پيدا مي كند.

 تشكيل رسوب: يكي از مشكلات مهم موجود در روغن هاي عمليات حرارتي تشكيل رسوب است. وجود رسوب باعث عدم يكپارچگي انتقال حرارت، افزايش گراديان هاي حرارتي و تجزيه ملكول ها مي شود. هم چنين رسوب موجب انسداد فيلترها و كثيف شدن سطوح مبدل حرارتي شده و به اين ترتيب نرخ انتقال حرارت كاهش يافته و تجمع حرارت در سيستم موجب آتش سوزي مي شود.

    رسوب ها اغلب توسط تجزيه حرارتي و اكسيداسيون روغن ها ايجاد مي شوند. واكنش هاي اكسيداسيون موجب پليمريزه شدن و تجزيه ملكول هاي غير محلول در روغن مي شود. به طور كلي ميزان متوسط رسوب در روغن توسط اضافه كردن برش نفتا به روغن و تخمين كاهش حجم بعد از سانتريفوژ كردن تعيين مي شود. هم چنين با مقايسه تشكيل رسوب در روغن تازه و كاركرده، عمر باقيمانده روغن محاسبه مي شود.

 روش هاي آزمايشگاهي قابل استفاده عبارتند از:

    -Conradson Carbon Number

    -Hot-Panel Coker Test

    -Rotary Pressure Vessel Oxidation Test(RPVOT)

    آناليز عنصري: زماني كه ادتيوهاي فلزي آلي مانند نمك هاي فلزي در تركيبات روغن هاي عمليات حرارتي استفاده مي شود سرعت انتقال حرارت اين روغن ها تسريع مي شود. يكي از روش هاي معمول، اسپكتروسكوپي پلاسماي القايي زوج بر اساس استاندارد، ASTM-D-4951 or D-6595 است كه معمولاً غلظت عناصر را برحسب PPM در روغن اندازه گيري مي كند:

    Al-Ba-B-Ca-Cd-Co-Cr-Cu-Fe-Mg-Mn-Mo-Ni-P-Ag-Pb-S-Sb-Si-Sn-Ti-V-Zn

مطالعه سرعت خنك كنندگي

    يكي از قديمي ترين آزمايش هاي كمي در تعيين كيفيت خنك كنندگي روغن، انتقال حرارت روش GM تست»Nickel ball « بر اساس استاندارد ASTM-D-3520 است(شكل 2). در اين آزمايش يك توپ نيكلي تا دماي 885 درجه سانتي گراد حرارت داده مي شود و سپس در يك ظرف حاوي روغن كوئينچينگ با دماي 27-21 درجه سانتي گراد رها مي شود.

   دمايي كه در آن توپ نيكلي خاصيت پيدا مي كند حدود 354 درجه سانتي گراد است كه در اين زمان، اين توپ جذب آهنرباي موجود در كنار ظرف مي شود. به اين ترتيب زماني كه لازم است تا توپ نيلكي از دماي 885 به 354 درجه سانتي گراد برسد ثبت مي شود. 

 كوئينچ متر GM به مدت 40 سال براي تخمين و تقسيم بندي روغن هاي عمليات حرارتي مورد استفاده بوده است ولي چنانچه در نمودار شكل 3 ملاحظه مي شود اين روش هيچ نوع اطلاعاتي در زمينه مكانيسم خنك كنندگي و جزئيات آن ارائه نمي دهد.

    در شرايط بحراني براي مشخص نمودن جزئيات، بجاي استفاده از روش GM بايد بر اساس استاندارد ISO-9950 و يا ASTM-D-6200 و آناليز منحني خنك كنندگي، تغييرات ايجاد شده را بررسي كرد. شكل 4 نشان دهنده تغييرات سرعت خنك كنندگي بعد از اكسيداسيون روغن در زمان هاي متفاوت و شكل 5 نشان دهنده اثر آب با درصدهاي متفاوت بر روي سرعت خنك كنندگي روغن عمليات حرارتي مي باشد.

    نكته قابل توجه اين است كه گرچه آناليزمنحني خنك كنندگي وسيله اي با ارزش جهت ثبت و رفع نقص كارآيي روغن كوئينچينگ است ولي هنوز تعيين مشخصات فيزيكي جهت شناسايي علت و رفتارهاي متفاوت خنك كنندگي مورد نياز است

لینک دانلود