روش آزمون ASTM D2896 در سنجش TBN؛ دقت، محدودیت و تفسیر نتایج

اهمیت TBN در دیزل و دریایی؛ تفاوت با TAN و سایر شاخص‌ها

عدد بازی کل یا TBN (Total Base Number) یکی از کلیدی‌ترین شاخص‌ها در آنالیز روغن موتور دیزل و کاربردهای دریایی است. هدف از TBN، سنجش ظرفیت قلیایی روغن برای خنثی‌سازی اسیدهایی است که در اثر احتراق سوخت‌های حاوی سولفور، نشت گازهای Blow-by و اکسیداسیون تشکیل می‌شوند. در موتورهای دیزلی سنگین و به‌ویژه ناوگان دریایی، بار اسیدی بالاتر است؛ بنابراین نگهداشت TBN در بازه مجاز، از خوردگی یاتاقان‌ها، حلقه‌ها و بوش‌ها پیشگیری کرده و به دوام روغن صنعتی و کاهش هزینه‌های توقف کمک می‌کند.

تفاوت مهم TBN با TAN (Total Acid Number) در جهت‌گیری شیمیایی آنهاست: TBN «ذخیره بازی» را نشان می‌دهد، درحالی‌که TAN شاخص «بار اسیدی» است. در روند کارکرد، معمولاً TBN کاهش می‌یابد و TAN افزایش. تحلیل هم‌زمان این دو، به جای تکیه بر یک عدد خام، تصویر دقیق‌تری از سلامت روغن و میزانی که تا تعویض فاصله دارید ارائه می‌دهد. علاوه بر این، باید همبستگی TBN با سایر پارامترها مانند فلزات سایش، دوده، سوخت رقیق‌شده، آب و کد پاکیزگی ISO را دید تا تصمیم تعویض «هوشمندانه» باشد، نه صرفاً تقویمی.

• نکته برجسته: برای روغن‌های دیزلی Extended Drain، پایش روند TBN در کنار TAN و دوده، معیار اصلی ایمنی تمدید دوره سرویس است.
• نیاز رایج در ایران: کیفیت سوخت متغیر و بارهای عملیاتی سنگین، اهمیت TBN بالاتر (به‌خصوص در مناطق معدنی و دریایی) را دوچندان می‌کند.

روش آزمون ASTM D2896 چیست؟ تیتراسیون پرکلریک اسید غیرآبی

ASTM D2896 روش مرجع اندازه‌گیری TBN بر پایه تیتراسیون پتانسیومتری با اسید پرکلریک در محیط غیرآبی (معمولاً سیستم‌های اسیدی بر پایه اسید استیک/انیدرید استیک) است. در این روش، بازهای قوی و متوسط موجود در روغن (عمدتاً از افزودنی‌های اوربیسد شوینده مانند سولفونات/فنات/سالیسیلات کلسیم یا منیزیم) با اسید تیتر می‌شوند و نقطه پایانی با تغییرات پتانسیل الکترود تشخیص داده می‌شود.

نتیجه آزمون بر حسب mg KOH/g گزارش می‌شود؛ یعنی معادل میلی‌گرم هیدروکسید پتاسیم لازم برای خنثی‌سازی اسیدها در هر گرم نمونه. به دلیل محیط غیرآبی و اسید قوی، D2896 حساسیت بالایی به اجزای بازی دارد و برای روغن‌های نو با TBN بالا (خصوصاً روغن موتورهای دیزلی سنگین و روغن‌های دریایی) بسیار مناسب است. بااین‌حال در روغن‌های مستعمل، حضور اکسیداسیون/نیتراسیون و آلودگی‌ها می‌تواند پاسخ را تحت تأثیر قرار دهد؛ موضوعی که در بخش محدودیت‌ها و مقایسه با ASTM D4739 مرور می‌کنیم.

«TBN یک عدد واحد نیست؛ نتیجه تعامل شیمی افزودنی‌ها، شرایط کارکرد و روش آزمون است. انتخاب روش درست به اندازه خود عدد اهمیت دارد.»

تجهیزات، مواد و آماده‌سازی نمونه در D2896

برای اجرای دقیق ASTM D2896، رعایت جزئیات تجهیزاتی/ایمنی حیاتی است. نیازمندی‌های رایج شامل: تیتریتور پتانسیومتری با ثبت داده، الکترود ترکیبی مقاوم به محیط غیرآبی، محلول پرکلریک اسید استاندارد در محیط اسیدی مناسب، حلال‌ها (مانند تولوئن/ایزوپروپانول/آب‌زدای غیرآبی طبق روش)، انیدرید استیک، اسید استیک گلاسیال، استانداردهای مرجع برای تأیید صحت، ترازو با دقت میلی‌گرمی و ظروف شیشه‌ای خشک و تمیز.

• ایمنی: پرکلریک اسید اکسیدکننده و خطرناک است. کار در هود شیمیایی، استفاده از شیلد محافظ، دستکش مقاوم و عینک ایمنی الزامی است.
• آماده‌سازی نمونه: روغن را یکنواخت کنید (هم‌زدن ملایم/غلطاندن). در صورت وجود ذرات یا آب آزاد، پیش‌فیلتراسیون/ته‌نشینی کنترل‌شده انجام دهید؛ اما از اعمال تغییر شیمیایی به نمونه اجتناب کنید.
• کنترل دما: آزمون در دمای اتاق پایدار انجام شود تا پایداری سیگنال الکترود حفظ گردد.
• کالیبراسیون: بررسی عملکرد الکترود با محلول‌های تست و بررسی بلانک حلال قبل از هر سری آزمون، برای کاهش خطای سیستماتیک.

در پروژه‌های صنعتی ایران، پیشنهاد می‌شود کنار گزارش TBN، اطلاعات تکمیلی مانند نوع پایه روغن/سطح افزودنی، ساعات کارکرد، سوخت مصرفی و شرایط فیلتراسیون ثبت شود. این متادیتا، تفسیر نتیجه را معنادار می‌کند و با گستره خدمات موتورازین در پایش وضعیت، قابل تجمیع و تحلیل روند است.

اجرای آزمون و محاسبه عدد بازی کل (TBN)

رویه اجرایی به‌اختصار: (1) آماده‌سازی حلال غیرآبی طبق دستورالعمل روش؛ (2) افزودن مقدار مشخص نمونه (با دقت وزنی) به بشر تیتراسیون؛ (3) افزودن حلال و آغاز هم‌زدن؛ (4) اجرای بلانک؛ (5) تیتراسیون پتانسیومتری با محلول استاندارد اسید پرکلریک تا تشخیص نقطه پایانی از روی تغییر پتانسیل؛ (6) ثبت حجم مصرف‌شده؛ (7) محاسبه TBN و گزارش.

• فرمول مرسوم گزارش: TBN (mg KOH/g) = (V × N × 56.1) / m که در آن V حجم اسید مصرفی (mL)، N نرمالیته اسید و m جرم نمونه (g) است.
• کنترل کیفیت: اجرای نمونه دوبل، درج بلانک و استاندارد ریکاوری؛ اختلاف نتایج دوبل باید در محدوده تکرارپذیری روش باقی بماند.
• گزارش‌دهی: علاوه بر عدد TBN، روش آزمون (D2896 یا D4739) و عدم قطعیت/توضیحات ماتریس نمونه ذکر شود. اعداد این دو روش با هم قابل‌قیاس مستقیم نیستند.

آزمایشگاه‌هایی که به دنبال یکپارچه‌سازی پایش با تصمیم‌های نگهداری هستند، معمولاً TBN را کنار TAN، ویسکوزیته، دوده، فلزات و کد ISO 4406 گزارش می‌کنند تا برای برندها و مدل‌های مختلف موتور، روند مخصوص هر ناوگان به‌صورت الگویی قابل اتکا شکل بگیرد.

دقت، تکرارپذیری و قابلیت بازتولید؛ مقایسه مختصر با D4739

سه مفهوم کلیدی کیفیت داده در D2896 عبارت‌اند از: دقت (نزدیکی به مقدار واقعی)، تکرارپذیری (هم‌خوانی نتایج یک اپراتور/یک روز/یک تجهیز) و قابلیت بازتولید (هم‌خوانی بین آزمایشگاه‌های مختلف). D2896 به‌طور عمومی برای روغن‌های نو و TBN بالا دقت و حساسیت خوبی دارد، زیرا محیط اسیدی قوی، همه بازهای قوی و بخشی از بازهای ضعیف را نیز تیتر می‌کند. اما همین ویژگی، در روغن‌های مستعمل می‌تواند اثرات ماتریسی ایجاد کند و عدد را بالاتر از ذخیره واقعی قلیایی نشان دهد.

ASTM D4739 نیز روش پتانسیومتری است، با تفاوت در نوع اسید/حلال (اسیدیته ملایم‌تر در محیط الکلی). این روش برای روغن‌های کارکرده موتور معمولاً «عدد کمتر ولی روند واقع‌بینانه‌تر» نسبت به D2896 ارائه می‌دهد. توصیه عملی: اگر هدف شما کنترل کیفیت روغن نو مطابق مشخصات سازنده است، D2896 مرجع مناسبی است. اگر هدف پایش در سرویس و تصمیم تعویض است، D4739 معمولاً تصویر بهتری از ظرفیت باقی‌مانده ارائه می‌کند.

• نکته برجسته: عدد TBN D2896 و D4739 «قابل تبدیل» به یکدیگر نیستند و نباید به اشتباه مقایسه مستقیم شوند.
• راه‌حل: یک روش را برای روند پایش خود ثابت نگه دارید تا الگوی کاهش TBN معنی‌دار شود.

محدودیت‌های روش و احتیاط در تفسیر نتایج

در روغن‌های مستعمل، اکسیداسیون، نیتراسیون، دوده بالا، سوخت رقیق‌شده و آب، پاسخ الکترود و مسیر تیتراسیون را تغییر می‌دهند. افزودنی‌های خاص (مالتی‌دترجنت‌های اوربیسد، بسترهای خاکسترزا و حتی بازدارنده‌های خوردگی) می‌توانند در D2896 باعث تیتر شدن «کمّی» اجزایی شوند که الزاماً در میدان عمل قادر به خنثی‌سازی اسیدهای قوی موتور نیستند. نتیجتاً، عدد TBN ممکن است خوش‌بینانه باشد. در مقابل، D4739 به دلیل محیط ملایم‌تر، بیشتر با رفتار واقعی در سرویس هم‌راستا است.

• احتیاط: در روغن‌های کارکرده با آلودگی بالا، پیش‌تصفیه مکانیکی (ته‌نشانی/فیلتراسیون ملایم) مفید است، اما نباید به حذف اجزای فعال منجر شود.
• هم‌تفسیر با TAN: روند «نزدیک‌شدن» TAN به TBN زنگ خطر است. عبور TAN از TBN معمولاً زمان بازبینی فوری برنامه تعویض است (همراه با نظر سازنده).
• ایمنی و پسماند: کار با پرکلریک اسید نیازمند مدیریت ویژه پسماند است. رعایت پروتکل‌های HSE را جدی بگیرید.

سناریوهای واقعی و چک‌لیست تصمیم‌گیری برای ناوگان

سناریو ۱: ناوگان معدنی دیزلی با دوره تمدیدشده

ماشین‌آلات معدنی با بار ضربه‌ای و گردوغبار بالا، از روغن دیزلی با TBN اولیه 12 mg KOH/g استفاده می‌کنند. نتایج سه‌ماهه: TBN (D4739) از 12 به 8، سپس 6 کاهش یافته؛ TAN از 1.5 به 2.3 افزایش و دوده در 2.5% حجمی تثبیت شده است. تصمیم: ادامه کار تا زمانی‌که TBN به 50% مقدار اولیه (≈6) رسید، مجاز بود. در رسیدن به 6 و هم‌زمان بالارفتن TAN، تعویض برنامه‌ریزی شد. اگر تنها D2896 استفاده می‌شد ممکن بود TBN بالاتری گزارش و تصمیم به تأخیر تعویض منجر شود؛ بنابراین انتخاب روش برای پایش در سرویس حیاتی بود.

سناریو ۲: ژنراتور اضطراری بیمارستان

ژنراتورهایی که عمدتاً در حالت آماده‌باش هستند، از نظر ساعت کارکرد کم ولی از نظر «سن تقویمی» بالا هستند. TBN (D2896) طی دو سال از 10 به 9 کاهش جزئی دارد، اما TAN از 1 به 3 رسیده و رطوبت نزدیک حد بالاست. تفسیر: با وجود TBN مناسب روی کاغذ، افزایش TAN و رطوبت ریسک خوردگی در توقف‌های طولانی را بالا می‌برد. اقدام: تعویض روغن و بررسی تهویه کارتر و فیلتراسیون؛ همچنین بررسی روغن صنعتی مناسب با مقاومت بالاتر به اکسیداسیون.

سناریو ۳: موتور دریایی با سوخت سولفور متوسط

در شناورهای ساحلی، TBN اولیه 15 گزارش شده است. پس از 500 ساعت: TBN (D4739) برابر 9، TAN برابر 2.1 و فلزات آهن افزایش خفیف دارند. تصمیم: برنامه نمونه‌گیری کوتاه‌تر، کنترل فیلتر طبق راهنمای پایش وضعیت روغن و بازدید مسیر ورودی هوا؛ تعویض روغن پس از رسیدن به TBN≈7 یا عبور TAN از 3.

چک‌لیست کلیدی برای درخواست و تفسیر آزمون TBN

• هدف را مشخص کنید: کنترل کیفیت روغن نو (D2896) یا پایش در سرویس (ترجیحاً D4739).
• روش را در گزارش ذکر کنید و روند را با همان روش ادامه دهید.
• همراه TBN، حتماً TAN، دوده، رقیق‌شدن با سوخت، آب و فلزات سایش را بخواهید.
• مقدار اولیه TBN روغن و ساعات/کیلومتر کارکرد از آخرین تعویض را درج کنید.
• به آستانه‌های OEM توجه کنید؛ اگر نامشخص است، «TBN ≤ 50% مقدار اولیه» را به‌عنوان هشدار اولیه در نظر بگیرید.
• برای ناوگان ایرانی با سوخت متغیر، بازه نمونه‌گیری را کوتاه‌تر تنظیم کنید.
• در صورت آلودگی بالا، تفسیر TBN را همراه با کد ISO 4406 و رطوبت انجام دهید.

انتخاب روش مناسب: جدول مقایسه D2896 و D4739 و جمع‌بندی انسانی

انتخاب روش آزمون درست، از اشتباه در تصمیم تعویض جلوگیری می‌کند. اگر آزمایشگاه شما روش را بدون اطلاع‌رسانی تغییر دهد، روند TBN شما «ناهمگن» می‌شود و ممکن است برداشت نادرست از سلامت روغن داشته باشید. برای خریداران و مدیران نگهداری، دانستن تفاوت‌ها کمک می‌کند درخواست آزمون را دقیق تنظیم کنند و از عدد خام فراتر بروند.

جمع‌بندی

فهم دقیق روش آزمون برابر است با تصمیم‌سازی بهتر. به‌جای اتکا به یک عدد، «داستان شیمیِ روغن» را بخوانید: TBN کنار TAN و دوده چه می‌گوید؟ در چه روشی اندازه‌گیری شده؟ برای چه هدفی؟ پاسخ درست، هزینه توقف را کم و عمر تجهیزات را زیاد می‌کند. موتورازین با شبکه تأمین و مشاوره فنی، انتخاب محصول و برنامه پایش را متناسب با شرایط شما بومی‌سازی می‌کند.