استفاده از روغن هیدرولیک برای پمپ سانتریفیوژ. درست یا غلط؟

با درود و احترام

هدف از این پست، پاسخ به درخواست یکی از مخاطبین محترم این وبلاگ در مورد امکان استفاده از روغن هیدرولیک برای روغنرسانی به پمپ های یک پلنت نفتی است که بدلیل ترافیک کاری بسیار بالای بنده در این چند وقته، معطل مانده بود.

شرح سوال: در حال نصب پمپ های یک پلنت پالایش و فرآورش محصولات نفتی در عسلویه هستیم. حدود 90 پمپ داریم از انواع مختلف. با دبی ها و هد های مختلف. سرویس ها نیز متفاوت است؛ از آب گرفته تا متانول، و کندانس، و... . همه پمپ ها از یک وندور خریداری شده و حدود 90 درصد پمپ ها از نوع سانتریفیوژ است. وندور برای روغنرسانی به تمامی پمپ های خود استفاده از روغن با گرید VG 46 را توصیه کرده است. پیمانکار نصب ما روغن هیدورلیک L-HV 46 را به شرح عکس های 1 و 2 خریداری کرده است تا بمنظور Preservation روغنکاری پمپ ها مصرف شود. آیا این روغن که یک روغن هیدرولیک است برای روغنکاری پمپ های ما مشکلی بوجود نمی آورد؟ آیا استفاده از روغن هیدرولیک برای روغنرسانی به پمپ ها، بویژه پمپ های سانتریفیوژ، مجاز است؟

شکل 1: روغن هیدرولیک خریداری شده برای روغنکاری پمپ ها

شکل 2: روغن هیدرولیک خریداری شده برای روغنکاری پمپ ها

پاسخ به این سوال کمی مشکل است. چراکه روغن پایه و گروه ادتیو های بکار رفته در روغن هیدرولیک کاسپین مشخص نیست. تنها می دانیم که وندور توصیه کرده از روغن با گرید VG46 استفاده شود و از سوی دیگر، روغن خریداری شده نیز در کلاس HL روغن های هیدرولیک از نظر کیفی قرار می گیرد.

در ابتدای امر، برای اینکه بدانیم روغن هیدرولیک اصلا چی هست و کجا کاربرد دارد، مطالعه دو پست از همین وبلاگ با عناوین «روغن هیدرولیک چیست؟» و «انتخاب روغن هیدرولیک» توصیه می شود. در مرحله دوم، به معرفی سطوح مختلف کیفیت برای روغن های هیدرولیک می پردازیم (بمنظور تدوین این بخش از مقاله، از پاورپوینت با عنوان «روغن های هیدرولیک»، اسلاید های 4 تا 6، تهیه شده در شرکت Rashen Hydraulic Nopak به آدرس وبسایت www.rashennopak.com، به همراه اندکی اصلاحات در متن توسط نویسنده این مقاله، استفاده شده است):

اکثر سیستم های هیدرولیکی از روغنهای هیدرولیکی با پایه معدنی استفاده می کنند. انتخاب صحیح روغن هیدرولیکی در رضایت بخش بودن عملکرد سیستم بسیار مهم می باشد. خواص روغنهای هیدرولیکی به نوع روغن پایه و نوع مقدار افزودنیها بستگی دارد. روغن های با خواص مقاومت حرارتی پایین از روغنهای با پایه نفتنیک ترکیب شده اند. این نوع روغنها در شرایط دمایی حداکثر تا 30 درجه سانتیگراد بدون مشکل کار می کنند. روغن های با پایه پارافینیک نسبت به روغنهای با پایه نفتنیک مقاومت بیشتری در برابر اکسیداسیون داشته و خواص ویسکوزیته سینماتیک – دمایی آنها بهتر است. برای اینکه روغن های هیدرولیکی کاربرد وسیع تری داشته باشند روغنهای پایه نفتنیک را با روغنهای پایه پارافینیک ترکیب می کنند.

1. تقسیم بندی روغن های هیدرولیک از دیدگاه کیفی:

الف) روغن های کلاس HL:

این دسته از روغن های هیدرولیک در استاندارد DIN 51524, part 1 تعریف شده و مشخصه اصلی آنها مقاومت به خوردگی است. محدوده کاری این دسته از روغن های هیدرولیک 50 درجه سلسیوس می باشد. بدین ترتیب، این دسته از روغن ها برای دما های کاری بالاتر از این محدوده دمایی بصورت مکرر و مداوم انتخاب مناسبی نیستند.

ب) روغن های کلاس HLP:

این تیپ از روغن های هیدرولیک در استاندارد DIN 51524, part 2 تعریف شده اند و نسبت به کلاس HL محافظت بهتری در برابر خوردگی از خود نشان می دهند. این برتری، بیشتر، بدلیل اضافه شدن ادتیو های گروه AW یا Anti-Wear و Anti-Rust به ساختار شیمیایی این روغن ها و عملکرد در ترکیب با ادتیو های گروه Anti-Oxidation می باشد. در خصوص سقف دمای کاری، همچنان با همان محدودیت 50 درجه سلسیوسی در این روغن ها نیز روبرو هستیم. بنابراین، برای کاربرد هایی که دمای کاری زیر 50 درجه سلسیوس بوده و حساسیت به محافظت در برابر خوردگی و خواص ضد سایشی مطرح باشد، استفاده از این تیپ بجای HL توصیه می شود. کاربرد اصلی این تیپ از روغن های هیدرولیک در سیستم هایی است که در معرض فشار هیدرواستاتیک بالا قرار داشته، دما های پایینی را تجربه کرده، و فیلتر پذیری یا Filterability روغن در آنها بسیار مهم است.

نکته: گاهی اوقات، روغنسازانی مانند AGIP، اقدام به عرضه این تیپ از روغن های هیدرولیکی در سبد محصولات خود با استفاده از ادتیو های بدون روی یا Zinc Free می نمایند. برای اطلاعات بیشتر در این خصوص، مراجعه به پست «جایگزین سازی روغن هیدرولیک بدون روی (Zinc free)» درهمین وبلاگ مهندسی توصیه می شود.

ج) روغن های کلاس HVLP-D:

در این دسته از روغن های هیدرولیک، که در استاندارد DIN 51524 part 3 تعریف شده اند، علاوه بر ادتیو های گروه ضد خوردگی و ضد سایش، شاهد اضافه شدن ادتیو های گروه VI-improvers هم هستیم. ازاین گذشته، ادتیو های گروه Detergent-Dispersant نیز در ساختار شیمیایی این روغن ها حضور پررنگی داشته و بدین ترتیب، سیستم روغن های هیدرولیک کلاس HVLP-D قادر به تحمل نوسان دمایی و شوک حرارتی، در عین انحلال آلودگی های محیطی و ذرات فرسایشی، خواهد بود. کاربرد اصلی این دسته از روغن های هیدرولیک در سیستم هایی است که در معرض شوک حرارتی قرار داشته و نیاز به تعویض روغن هیدرولیک در فواصل بسیار طولانی داشته باشند.

د) روغن های کلاس HLP-D:

این دسته از روغن های هیدرولیک که در استاندارد DIN 51524 تعریف شده اند، بدلیل حضور ادتیو های گروه Detergent-Dispersant در ساختار شیمیایی خود معروف هستند. بدین ترتیب، قابلیت جداسازی ذرات و آلاینده ها در این تیپ از روغن ها بیشتر از بقیه انواع روغن های هیدرولیک است. به همین دلیل، و از آنجا که این ذرات و آلاینده ها باید فیلتر شده و از جریان روغن جدا شوند، بنابراین، نقش فیلتراسیون در سیستم هایی که چنین روغن هایی را بکار می گیرند پررنگتر از بقیه انواع روغن های هیدرولیک است. سایز فیلتر باید بگونه ای باشد که شرط ΔP=0.2bar تامین گردد. معمولا فیلتراژ با 10micron مورد استفاده قرار می گیرد.

تمامی کلاس های کیفی که در بالا عنوان شد، در صورتیکه در برچسب بشکه یا بسته بندی خود دارای اشاره ای حداقلی به سینتتیک بودن نداشته باشند، دارای روغن پایه مینرال هستند. هیچکدام از این روغن ها در حالت مینرال بودن برای دما های کاری بالاتر از 60 درجه سلسیوس توصیه نمی شوند.

علاوه بر موارد فوق، کلاس های دیگر و استاندارد های دیگری نیز برای روغن های هیدرولیک تعریف شده است که خلاصه ای از آنها در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 3: دیاگرامی از انواع روغن های هیدرولیک و استاندارد های حاکم بر آنها (منبع: Rexroth-Bosch Group)

2. اثرات استفاده از روغن هیدرولیک در پمپ های سانتریفیوژ:

براساس مقاله «Centrifugal Pump Cooling & Lubricant Application: a Best Technology Update» نوشته Heinz P. Bloch، جدول 1، صفحه 2، براساس دمای کاری و نوع برینگ های بکار رفته در یک پمپ سانتریفوژ می توان گرید روغن را انتخاب کرد:

جدول 1: توصیه انتخاب گرید روغن برای روغن های مینرال

بدین ترتیب، می توان حدس زد که برینگ های بکار رفته در پمپ های سانتریفیوژ وندور شما از نوع Ball & Cyndrical Roller Bearings بوده و وندور دمای عملکردی پمپ هایی که به پلنت شما فروخته است را 70 درجه سلسیوس فرض کرده است. با توجه به تعاریف و شرحی که در بخش «الف» از بند 1 این مقاله ارائه شد، تا اینجای کار، استفاده از روغن هیدرولیک کلاس HL برای پمپ های سانتریفیوژ شما، حتی در مرحله Preservation، بهیچوجه توصیه نمی شود. این عدم توصیه به دلایل زیر است:

الف) روغن های هیدرولیک از VI یا شاخص ویسکوزیته پایینی برای کاربرد شما برخوردارند. این شاخص در مورد بهترین روغن های هیدرولیک از 100 فراتر نمی رود. حال آنکه نیاز شما براساس تجربه نویسنده این مقاله حداقل روی 125 می ایستد. این یعنی روغن های برینگ برای شما مناسبترند. به شکل شماره 4 این مقاله نگاه کنید:

شکل 4: نمودار تغییرات ویسکوزیته دینامیک در برابر دما در انواع روغن هیدرولیک با VI=100 (منبع: Rexroth-Bosch Group)

نمودار شکل 4 نشان می دهد که با فرض استفاده از روغن هیدرولیک VG46، در دمای 60 درجه سلسیوس، ویسکوزیته دینامیک این روغن چیزی در حدود نصف میزان نامی آن خواهد بود!

برای اطلاعات بیشتر در مورد شاخص ویسکوزیته و تاثیر آن در انتخاب یک روغن، مطالعه پست «اندیس (شاخص) ویسکوزیته چیست؟» در همین وبلاگ توصیه می شود.

از سوی دیگر، روغن های پمپ معمولا نباید دارای ادتیو های Detergent-Dispersant باشند. این ادتیو ها که از نمک های کلسیم، سدیم، و باریم تشکیل شده اند، در دما های بالا و در اثر شوک حرارتی اقدام به آزاد سازی برخی ترکیبات شیمیایی می کنند که موجب ایجاد رسوب و حمله اسیدی از طریق افزایش TAN در سیستم روغنرسانی پمپ شما می شود. روغن های هیدرولیک سینتتیک معمولا دارای عدد اسیدی کل یا TAN بالاتر از 0.5 در ساختار خود هستند که همین آنها را برای کاربرد در پمپ های سانتریفوژ نامناسب می کند. لازم به بذکر است که براساس مطالعات نویسنده این مقاله، عدد اسیدی مناسب برای روغن های بکار رفته در پمپ ها نباید از 0.1 بیشتر شود.

برای اطلاعات بیشتر در این زمینه، مطالعه پست «عدد اسیدی، عدد قلیایی، و pH روغن» در وبلاگ دانش روغنکاری توصیه می شود.

3. نتیجه گیری و پیشنهاد

بعنوان نتیجه گیری، نویسنده این مقاله، استفاده از روغن هیدرولیک VG46-HL کاسپین را حداقل برای پمپ های سانتریفیوژ مناسب نمی دانم. توصیه بنده استفاده از روغن Shell Morlina S4 B46 یا معادل آن است.