آنالیز روغن چیست؟

با درود و احترام

هدف از این پست، ارائه پاسخ به سوال مطرح شده از طرف یکی از مخاطبین محترم این وبلاگ است.

شرح سوال: آنالیز روغن چیست؟ و آیا می توان از آن در راستای تکنیک هایی مانند آنالیز ارتعاشات یا ترموگرافی استفاده کرد؟

حقیقتش را بخواهید، این یکی از پایه ای ترین سوالاتی است که تاکنون پاسخ گفته ام. معمولا، پاسخ به این سوال در قالب سطح مقدماتی دوره آموزشی آنالیز روغن ماشین آلات صنعتی ارائه می شود.

در کتاب Machinery Failure Analysis & Troubleshooting, Vol. II (2012) ، صفحه 472، آنالیز روغن بصورت زیر تعریف شده است:

«آنالیز روغن تکنیکی آزمایشگاهی است که هدف از آن آنالیز ترکیبات حاضر در محتوای یک روغن روانکار بمنظور تعیین حضور یا عدم حضور عناصر مرتبط با مواد تشکیل دهنده برینگ ها می باشد. چراکه حضور عناصر تشکیل دهنده مواد برینگ نشاندهنده فرسایش برینگ بوده و مقدار آنها بیانگر شدت این فرسایش است.»

هرچند در درستی و صحت این تعریف شکی نیست! اما، این تعریف دامنه کاربرد آنالیز روغن را محدود و پرخطا نشان می دهد. حال آنکه اصلا اینطور نیست!

با مراجعه به وبسایت Wikipedia، شاهد تعریف دامنه دار تری هستیم:

«آنالیز روغن تکنیکی آزمایشگاهی با هدف آزمایش خواص فیزیکی یک روانکار، آلودگی های معلق در آن، و رسوبات ناشی از فرسایش قطعات در تماس با آن است که بعنوان یک تکنیک در نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه و بمنظور ارائه تصویری دقیق و واضح از وضعیت سلامت ماشین و سیستم روغنرسانی آن انجام می شود.»

آنچه که در این میان نباید از نظر دور داشته شود، قابلیت تفسیر آماری و عددی و، در عین حال، ترسیم هندسی سوابق آنالیز یک مشخصه از روغن در طول یک بازه زمانی مشخص است که منجر به کاهش چشمگیر هزینه های تعمیراتی می گردد. آنالیز روغن، برخلاف آنچه که در دو منبع فوق بدان اشاره شد، یک تکنیک پیشگیرانه نیست! یا لااقل دیگر نیست! این تکنیک، بصورت سازمان یافته، در ابتدای دهه 50 قرن بیستم و بمنظور پیشگیری از وقوع خرابی های پرهزینه در سطح تعمیرات جاری، ابتدا در نیروی دریایی ایالات متحده و سپس در بخش های مختلف راه آهن این کشور کلید خورد. اما، از خیلی قبلتر از آن وجود داشت. بطوریکه در 1946، آزمایشگاه روغن در یکی از بخش های تعمیرات جاری لکوموتیو های راه آهن سراسری ایالات متحده قادر به شناسایی و پیشگیری از خرابی های ناشی از فرسایش قطعات در موتور های دیزلی بکار رفته در ادوات ریلی آن زمان بود.

آنالیز روغن در ابتدای کار با توسل به آزمایش های شیمیایی با تکیه بر معرف های گوناگون بمنظور شناسایی عناصری چون آهن و مس در ساختار نمونه های اخذ شده از موتور های دیزلی انجام می شد. اما، با ورود فناوری طیف سنجی، امکان تشخیص بازه وسیعی از عناصر شیمیایی با تکیه بر این فناوری برای کارشناسان آنالیز خرابی پیشگیرانه فراهم شد. این فناوری چنان تغییری در گسترش این تکنیک ایجاد کرد که در سال 1955 شاهد بکارگیری آنالیز روغن بمنظور شناسایی علل خرابی در موتور های هوایی ارتش ایالات متحده برای اولین بار در جهان هستیم. خیلی زود، استفاده از این تکنیک به بخش های دیگر صنعت نیز راه پیدا کرد. بطوریکه در 1958 برای اولین بار، یک شرکت خصوصی حمل و نقل جاده ای در ایالات متحده اقدام به راه اندازی یک آزمایشگاه خصوصی بمنظور آنالیز خرابی پیشگیرانه در ناوگان حمل و نقل جاده ای خود نمود. اما، در این بین، فقدان مرجعی بیطرف برای مطالعه و تفسیر گزارش آزمون های آنالیز روغن همچنان احساس می شد. تا اینکه در 1960، اولین شرکت خدمات تفسیر و صدور دستور تعمیراتی در زمینه آنالیز روغن در ایالات متحده آغاز به کار کرد.

از دیدگاه فرآیندی، آنالیز روغن فرآیندی است که شامل زنجیره ای از فعالیت های به هم پیوسته زیر است:

- ارزیابی وضعیت ماشین آلات، شناخت آنها، و انتخاب آنها برای نمونه گیری؛

- انتخاب ظروف نمونه گیری و جمع آوری نمونه ها (برای اطلاعات بیشتر در این زمینه، مراجعه به پست «اصول نمونه گیری» در همین وبلاگ توصیه می شود)؛

- برچسب زنی و حمل نمونه ها به آزمایشگاه؛

- درخواست آزمون برای هر نمونه از آزمایشگاه به همراه تعیین روش آزمون و دقت نتیجه در گزارش؛

- تفسیر گزارش آزمون، ثبت، و نتیجه گیری؛ و

- صدور دستور تعمیراتی براساس نتایج آنالیز روغن و آنالیز مجدد روغن پس از انجام دستور تعمیراتی

گفتنی است که مسئولیت نظارت بر حسن انجام تمامی مراحل فوق بعهده کارشناس آنالیز روغن است. بدین ترتیب، کارشناس آنالیز روغن باید علاوه بر دانش فراگیر از علم مهندسی مکانیک (شامل ساختار تجهیز، وظیفه آن، حالات خرابی آن، و جنس قطعات آن) و شیمی (شامل مشخصات شیمیایی روغن ها، سوخت ها، و واکنش های شیمیایی)، باید با تکنیک های آماری و معادلات دیفرانسیل نیز آشنایی کامل داشته و قادر به پیش بینی رفتار تجهیز با در نظر گرفتن خطای تجمعی (شامل خطای اپراتور نمونه گیری + خطای نمونه گیری + خطای آزمایشگر + خطای دستگاه + خطای اندازه گیری + خطای گرد کردن + خطای قرائت + خطای گزارش + خطای تفسیر + خطای اپراتور تعمیرات) باشد. از این رو، آموزش آنالیز روغن در سه سطح مقدماتی، متوسط، و پیشرفته برگزار می شود که هر یک حداقل شامل 20 ساعت آموزش تئوری و عملی است.

اما، با توسل به آنالیز روغن به چه اطلاعاتی در مورد تجهیز می توان دست یافت؟

پاسخ به این پرسش، بستگی به این دارد که در مورد کدام شاخه از آنالیز روغن صحبت کنیم. از دیدگاه تخصصی، تکنیک آنالیز روغن شامل سه شاخه تخصصی است که در ذیل تعریف شده اند:

1- آنالیز خواص فیزیکی، شیمیایی، و مکانیکی روغن (به همراه ادتیو های آن):

هدف از این شاخه، تعیین سلامت روغن (نو یا کارکرده) از طریق نمونه گیری صحیح و سفارش آزمون های صحیح به همراه تفسیر صحیح نتایج واصله از آزمایشگاه است. این شاخه از آنالیز روغن مجموعه ای از آزمون ها را شامل می شود که خواص فیزیکی، شیمیایی، و مکانیکی روغن نو یا کارکرده جاری در سیستم روغنرسانی تجهیز را نشانه می روند. فهرست کوتاه و عمومی این آزمون ها در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1: فهرستی کوتاه و عمومی از آزمون های خواص فیزیکی، شیمیایی، و مکانیکی روغن

2- آنالیز آلاینده های روغن:

این بخش، شامل آزمون هایی است که حضور یا عدم حضور آلاینده های جریان روغن را هدف می گیرد. این آلاینده ها عبارتند از دوده، سوخت (بنزین، گازوییل، الکل یا ...)، گلیکول، آب (کامپاند های هیدراته)، هوا (کامپاند های نیتراته)، گرد و غبار، و... است که اغلب با توسل انواع روش های آزمایشگاهی استاندارد یا طیف سنجی اتمی یا فروسرخ انجام می شود.

3- آنالیز ذرات فرسایشی درون روغن:

این شاخه از آنالیز روغن که کمی از سایر بخش ها تخصصی تر محسوب می شود، شامل آزمون هایی بمنظور تشخیص کیفیت و کمیت حضور ذرات فلزی/شبه فلزی ناشی از فرسودگی قطعات دریافت کننده روغن در یک سیستم روغنرسانی است. از جمله معروفترین این آزمون ها می توان به فرّوگرافی و Particle Count اشاره کرد.

بدین ترتیب، با توسل به هر یک از شاخه های آنالیز روغن، می توان به اطلاعات زیر دست یافت:

1- وضعیت سلامت روغن نو:

آیا روغن نو و مصرف نشده (درون بشکه) ورودی به محل کارفرما از کیفیت لازم برخوردار است؟

آیا مطابق سفارش تولید/تامین شده است؟

آیا روغن تقلبی است؟

در ترکیب روغن نو از چه موادی استفاده شده است؟ و...

2- وضعیت سلامت روغن جاری درون سیستم روغنرسانی تجهیز:

آیا روغن هنوز سالم و قابل استفاده است؟

آیا سیستم روغنرسانی درست و کامل عمل می کند؟

کیفیت روغنرسانی به قطعه/قطعاتی خاص چگونه است؟

آیا حجم روغن در سیستم روغنرسانی کافی است؟ و...

3- وضعیت سلامت سیستم فیلتراسیون تجهیز:

آیا فیلتر (های) روغن درست عمل می کنند؟

آیا فیلتر (های) هوا درست عمل می کنند؟

آیا استرینر درست عمل می کند؟

آیا فیلتر سوخت درست عمل می کند؟

4- وضعیت سلامت تجهیز و قطعات آن:

قطعه/قطعاتی خاص از تجهیز خورده شده اند؟

آیا واکنش روغن در سیستم روغنرسانی با قطعات دریافت کننده روغن معمول و منطقی است؟

وضعیت فرسایش قطعات چگونه است؟

آیا قطعه/قطعاتی خاص از تجهیز دچار ترک و شکستگی شده اند؟

وضعیت زوال قطعه/قطعاتی خاص از تجهیز چگونه است؟ کی باید تعویض/تعمیر شوند؟

آیا تجهیز مجاز به ادامه کار است؟ و...

اکنون، وقت پاسخ به این سوال فرا رسیده است که آیا آنالیز روغن به تنهایی برای نظارت بر وضعیت سلامت و رفتار خرابی یک تجهیز کافی است؟ مطلقا خیر!

چراکه سه تکنیک استاندارد آنالیز روغن، آنالیز ارتعاش، و ترموگرافی، هر یک دارای خطا های منحصر به فرد خود بوده و دامنه مشخصی از مشکلات را تشخیص می دهند. از این رو، ترکیب و هم افزایی این سه روش با یکدیگر می تواند کارشناس آنالیز خرابی تجهیز را در مورد وضعیت و سلامت حال و آینده آن با خبر ساخته و امکان اخذ تصمیمات دقیقتر و کم هزینه تری را در مورد نگهداری و تعمیرات آن فراهم سازد.

در این زمینه به یک مطالعه موردی یا Case Study می پردازیم: این مطالعه موردی از مقاله ای با عنوان «مقایسه دو روش آنالیز ارتعاشات و آنالیز روغن در  شناسایی خرابی یاتاقان کمپرسورHY90» استخراج شده است که توسط آقایان «حسین غلامزاده­ ثانی» و «علیرضا ­رضایی» از شرکت «اندیشه پردازان سپهر آپادانا» و در جریان نهمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب‌یابی ماشین‌آلات ایران، دانشگاه صنعت نفت اهواز، اسفند 1393 ارائه شده بود.

هوای فشرده مورد نیاز خط تولید در کارخانه سیمان زاوه تربت از طریق 5 دستگاه کمپرسورScrew HY90  تامین می شود (شکل 1) که مشخصات فنی آن در جدول 2 موجود است. ارتعاشات کلیه 5 دستگاه کمپرسور در نقاط مشخص شده بر روی شکل یک اندازه گیری شد. لذا کلیه فرکانس های مورد نیاز جهت ارزیابی وضعیت کمپرسور محاسبه و در جدول 3 قابل مشاهده است.

شکل 1: کمپرسور اسکرو مدل HY90

جدول 2: مشخصات فنی کمپرسور HY90

جدول 3: مشخصات فرکانسی اجزای کمپرسور HY90

در مرحله اول مقادیر ارتعاشات بر حسب پارامتر  RMS سرعت اندازه گیری شد. مقایسه مقادیر اندازه گیری شده از کمپرسورها با یکدیگر و همچنین مقایسه با مقادیر پیشنهادی استاندارد نشان دهنده عادی بودن وضعیت هر 5 کمپرسور بود. اما، در مرحله دوم ارتعاشات کمپرسورها بر حسب پارامتر RMS  شتاب و همچنین شاخص های Crest Factor  و Bearing Condition  اندازه گیری گردید. این بار مقایسه مقادیر ارتعاشات کمپرسورها با یکدیگر نشان دهنده غیرعادی بودن وضعیت ارتعاشات کمپرسور شماره یک بود. به همین دلیل، انجام آنالیز روغن نیز در دستور کار قرار گرفت که شامل تست های عناصر فرسایشی، شاخص های فرسایشی، افزودنی ها، آلاینده ها، و آلاینده ها بود.

با توجه به نتایج آنالیز روغن و ارتعاشات در خصوص وضعیت کمپرسور شماره یک، تصمیم گیری در خصوص اقدام اصلاحی پیشنهادی بسیار مشکل بود اما از آنجا که تجربه نشان داده ­است، تکنیک آنالیز ارتعاشات در خصوص شناسایی مراحل اولیه خرابی تجهیزات دوار از قدرت و حساسیت بیشتری برخوردار است، از این رو، تصمیم بر بازرسی کمپرسور شماره یک گردید. با بازرسی صورت گرفته مشخص شد که حلقه داخلی یاتاقان این کمپرسور دچار خوردگی و آسیب دیدگی شدید شده است که نسبت به تعویض آن اقدام شد.

شکل 2: تصویر حلقه داخلی آسیب دیده یاتاقان کمپرسور