CO2 ترانسکریتیکال یعنی چرخه تبریدی که در آن مبرد دی اکسیدکربن در بخشی از سیکل بالاتر از نقطه بحرانی کار میکند و دیگر «میعان کلاسیک» در کندانسور رخ نمیدهد. در سالهای اخیر، سیستمهای CO2 ترانسکریتیکال به ویژه در سوپرمارکتها، سردخانهها و کاربردهای صنعتی، به دلیل الزامهای زیستمحیطی و بازده مناسب در شرایط طراحی درست، سهم بیشتری گرفتهاند. اما از نگاه نگهداری و بهرهبرداری، یک تفاوت کلیدی با بسیاری از سیستمهای HFC/HFO وجود دارد: رفتار حل شدن روغن در CO2 و اثر آن روی روغنکاری کمپرسور. در این مقاله تحلیلی-مقایسهای، دو مسئله را کنار هم میگذاریم: «حل شدن روغن در CO2 و افت ویسکوزیته موثر» و «کنترل سایش و خرابیهای تکراری در کمپرسور». هدف این است که تصمیم روغن، از انتخاب شهودی به تصمیم دادهمحور و قابل دفاع تبدیل شود.
چرا حل شدن روغن در CO2 ترانسکریتیکال یک مسئله مهندسی است؟
در هر سیستم تبرید تراکمی، روغن باید همزمان دو کار انجام دهد: تشکیل فیلم روانکاری روی یاتاقانها، روتورها/اسکرول و سطوح تماس؛ و در عین حال تا حدی با مبرد «همزیستی» داشته باشد تا برگشت روغن به کمپرسور مختل نشود. در CO2 ترانسکریتیکال، این همزیستی میتواند به قیمت کاهش ویسکوزیته واقعی در نقاط حساس تمام شود؛ چون CO2 به ویژه در فشارهای بالا و نواحی نزدیک به شرایط فوق بحرانی، میتواند در روغن حل شود و روغن را رقیق کند.
از منظر سایش، مشکل از جایی شروع میشود که ویسکوزیته اندازهگیری شده روغن نو (مثلا ISO VG یا گرید اعلامی سازنده) با ویسکوزیته موثر در محل تماس تفاوت پیدا کند. هرچه درصد حل شدن مبرد در روغن بیشتر باشد، فیلم روانکاری نازکتر میشود و وارد رژیمهای مرزی یا مختلط میشوید؛ جایی که افزودنیهای ضدسایش و اصطکاک نقش پررنگتری پیدا میکنند و اگر انتخاب روغن یا کنترل شرایط درست نباشد، ردّ آن در آنالیز روغن و سایش فلزی دیده میشود.
در عمل، حل شدن روغن تابع چند متغیر است: فشار و دمای نقاط مختلف سیکل، نوع روغن پایه (POE، PAG، PAO و …)، طراحی جداساز روغن و نحوه مدیریت برگشت روغن، و حتی پروفایل بار کمپرسور (خاموش/روشن شدنهای زیاد یا کارکرد در بارهای پایین). بنابراین مسئله صرفا «کدام برند روغن؟» نیست؛ بلکه «کدام روغن، در کدام معماری و با چه کنترلهایی؟» است.
مقایسه رفتار حل شدن و سازگاری روغنها در CO2: از POE تا PAG
در سیستمهای CO2 ترانسکریتیکال، رایجترین خانوادههای روغن کمپرسور شامل POE و PAG هستند (بسته به نوع کمپرسور و توصیه سازنده). از دید تحلیلی، باید دو محور را همزمان ببینید: (1) میزان و الگوی حل شدن CO2 در روغن و اثر آن روی ویسکوزیته، (2) رفتار روغن در مدیریت رطوبت، پایداری اکسیداسیون و سازگاری با مواد.
| محور مقایسه | POE (استری) | PAG (پلی آلکیلن گلایکول) |
|---|---|---|
| حل شدن CO2 و رقیق شدن | ممکن است رقیق شدن قابل توجه رخ دهد؛ نیازمند انتخاب ویسکوزیته مناسب و کنترل دما/فشار | در برخی فرمولها رفتار متفاوتی دارد؛ اما همچنان رقیق شدن در فشارهای بالا باید مهندسی شود |
| حساسیت به رطوبت | حساس و مستعد هیدرولیز؛ مدیریت رطوبت و خلأگیری صحیح حیاتی است | رفتار به فرمول وابسته است؛ اما کنترل رطوبت همچنان مهم است |
| پایداری شیمیایی و رسوب/ورنی | در دماهای بالا و حضور آلودگی میتواند به تشکیل محصولات تخریب کمک کند؛ پایش وضعیت توصیه میشود | میتواند در بعضی شرایط عملکرد خوبی داشته باشد؛ اما سازگاری مواد و افزودنیها باید بررسی شود |
| سازگاری با توصیه سازنده کمپرسور | در بسیاری از کاربردها پذیرفته شده، اما باید دقیقا با لیست تاییدیه سازنده چک شود | در برخی برند/مدلها گزینه اصلی است؛ تعویض نوع بدون تایید سازنده ریسکزا است |
نکته کلیدی این است که «قابلیت حل شدن» همیشه بد یا خوب نیست. اگر حل شدن خیلی کم باشد، برگشت روغن دشوار میشود و سطح روغن کمپرسور افت میکند. اگر حل شدن زیاد باشد، روغن برگشت میکند اما فیلم روانکاری تضعیف میشود. پس هدف، رسیدن به تعادل طراحی است؛ تعادلی که با انتخاب درست ویسکوزیته پایه، طراحی جداساز و کنترل عملیاتی به دست میآید.
افت ویسکوزیته موثر و ارتباط مستقیم آن با سایش کمپرسور
در CO2 ترانسکریتیکال، فشارهای بالا و تغییرات دمایی، باعث میشود درصد CO2 حل شده در روغن در طول سیکل تغییر کند. نتیجه عملی این تغییرات، «ویسکوزیته موثر» است؛ یعنی ویسکوزیتهای که واقعا در یاتاقان یا سطح تماس، فیلم را نگه میدارد. اگر ویسکوزیته موثر پایینتر از حد نیاز طراحی باشد، علائم زیر محتمل است:
- افزایش سایش (به ویژه در راهاندازیها و بارهای پایین) و بالا رفتن ذرات فلزی در پایش
- نوسان سطح روغن، کف کردن یا رفتار ناپایدار در جداکننده روغن
- بالا رفتن دمای تخلیه و تسریع اکسیداسیون/تخریب روغن در نقاط داغ
اینجا یک دام رایج رخ میدهد: تیم نگهداری میبیند «روغن رقیق شده» و بلافاصله به سمت افزایش ویسکوزیته روغن میرود. اما افزایش ویسکوزیته، اگر با معماری برگشت روغن و جداسازی هماهنگ نباشد، میتواند برگشت روغن را بدتر کند و مسئله را از «سایش» به «کمبود روغن در کارتر» تبدیل کند. بنابراین تصمیم باید بر اساس داده باشد: شرایط کاری، توصیه سازنده کمپرسور، و نتایج پایش وضعیت.
برای صنایع و سردخانهها، این رویکرد مشابه مدیریت روانکار در سایر تجهیزات صنعتی است. اگر در کارخانه برای انتخاب و کنترل روانکارها به چارچوبهای فنی نیاز دارید، استفاده از منابع ساختاریافته و قابل استناد در حوزه روغن صنعتی میتواند به همراستاسازی تیم تدارکات، نت و بهرهبرداری کمک کند؛ مخصوصا وقتی مسئله فقط «خرید» نیست و «ریسک توقف خط» هم مطرح است.
چالشهای میدانی در ایران: رطوبت، کیفیت سرویس و خطاهای رایج
در پروژههای CO2، بسیاری از خرابیها فقط به انتخاب روغن ربط ندارند؛ بلکه به کیفیت اجرا و سرویس برمیگردند. در ایران، چند چالش پرتکرار دیده میشود که اثرشان روی حل شدن روغن و سایش مستقیم است:
- خلأگیری ناکافی و باقیماندن رطوبت: به ویژه در روغنهای حساس، رطوبت میتواند به تخریب شیمیایی و افزایش اسیدیته کمک کند.
- مدیریت نادرست شارژ روغن و سطح روغن: سطح نامناسب میتواند باعث کف، حمل روغن، یا کمبود روغن در کمپرسور شود.
- راهاندازیهای مکرر و کنترل ظرفیت نامناسب: تغییرات سریع دما و فشار، نوسان حل شدن CO2 در روغن را تشدید میکند.
- آلودگی ذرات و فیلتراسیون ضعیف: حتی اگر فیلم روغن درست باشد، ذرات میتوانند سایش سهجسمی ایجاد کنند.
راهحل عملی، ترکیبی است: استانداردسازی سرویس (خلأگیری، کنترل رطوبت، پروتکل شارژ)، ارتقای فیلتراسیون و پایش، و مهمتر از همه، همراستا کردن انتخاب روغن با واقعیت کارکرد تجهیز. اگر پروژه شما در اقلیمهای گرمتر (مثل جنوب) یا سردتر (مثل شمال غرب) است، پنجرههای دمایی متفاوت میتواند رفتار روغن را تغییر دهد و این باید در برنامه نگهداری لحاظ شود.
از منظر تامین و پشتیبانی، مزیت داشتن زنجیره تامین پایدار در شهرهای بزرگ این است که هنگام نیاز به اصلاح برنامه روغن یا تامین سریع، سیستم زمینگیر نمیشود. برای نمونه، اگر در تهران شبکه سردخانهای یا فروشگاه زنجیرهای دارید، استفاده از پوشش تامین محلی روغن صنعتی در شهر تهران میتواند ریسک تاخیر تامین را کاهش دهد؛ البته تصمیم فنی روغن همچنان باید مستقل و مبتنی بر تاییدیه سازنده باشد.
راهکارهای کنترل سایش: از انتخاب گرید تا طراحی جداساز و مدیریت دما
کنترل سایش در کمپرسورهای CO2 ترانسکریتیکال را بهتر است به یک بسته اقدامات تبدیل کنید، نه یک تغییر تکپارامتری. این بسته معمولا شامل چهار لایه است:
- انتخاب روغن مطابق تاییدیه سازنده: نوع روغن (مثلا POE یا PAG) و ویسکوزیته باید در لیست تاییدیه کمپرسور باشد. خروج از تاییدیه، حتی اگر روی کاغذ جذاب باشد، میتواند ریسک سازگاری با مواد، آببندیها و افزودنیها ایجاد کند.
- مدیریت دما و کنترل شرایط کاری: دمای تخلیه بالا، تخریب روغن و تشکیل رسوب را تشدید میکند. کنترلهای عملیاتی، تنظیمات شیرهای کنترلی، و سلامت مبدلها نقش مستقیم دارند.
- طراحی و نگهداری جداساز روغن و مسیر برگشت: جداساز ضعیف یا مسیر برگشت نامناسب، باعث کمبود روغن در کمپرسور یا حمل بیش از حد روغن میشود. هر دو حالت میتواند سایش را بدتر کند.
- کنترل آلودگی و فیلتراسیون: ذرات فلزی و غیر فلزی به ویژه در دوران آببندی اولیه یا پس از تعمیرات باید مدیریت شوند. کیفیت فیلتر، زمان تعویض و روشهای تمیزکاری اهمیت دارد.
یک قاعده کاربردی: اگر نشانههای سایش دارید، قبل از هر تغییر در نوع روغن، باید مطمئن شوید مشکل «کمبود روغن» یا «آلودگی» نیست. چون در این دو حالت، حتی بهترین روغن هم نتیجه مطلوب نمیدهد. همچنین در برخی موارد، تغییر گرید ویسکوزیته ممکن است بهبود کوتاهمدت بدهد اما اگر منشا مشکل (مثلا برگشت روغن یا دمای تخلیه) حل نشود، خرابی تکراری برمیگردد.
پایش وضعیت و آنالیز روغن: شاخصهایی که در CO2 باید جدیتر گرفته شوند
در سیستمهای CO2 ترانسکریتیکال، پایش وضعیت فقط یک کار تشریفاتی نیست؛ چون تغییرات سریع شرایط کاری و احتمال رقیق شدن، میتواند منحنی خرابی را تند کند. برنامه پایش، باید متناسب با ریسک تجهیز طراحی شود (تعداد کمپرسورها، حساسیت بار، هزینه توقف، و سابقه خرابی). شاخصهای کلیدی که معمولا ارزش پیگیری دارند عبارتاند از:
- ویسکوزیته در دمای مرجع: افت غیرعادی میتواند به رقیق شدن یا اختلاط با سیال دیگر اشاره کند. تفسیر باید با شرایط نمونهگیری و دمای سیستم همخوان باشد.
- فلزات سایش: آهن، مس و آلومینیوم (بسته به طراحی) برای تشخیص سایش یاتاقانها و قطعات کلیدی.
- شاخصهای آلودگی ذرهای: شمارش ذرات یا شاخصهای معادل برای تشخیص آلودگی و سایش سهجسمی.
- رطوبت و اسیدیته (در روغنهای حساس): مخصوصا اگر سابقه خلأگیری ضعیف، باز شدن مدار یا تعمیرات دارید.
برای اینکه دادهها قابل تصمیم شوند، نمونهبرداری باید استاندارد باشد: نقطه نمونه ثابت، زمانبندی ثابت، و ثبت شرایط کاری هنگام نمونهگیری. بدون اینها، نوسانهای طبیعی CO2 میتواند به تفسیر غلط منجر شود. اگر سازمان شما از قبل چارچوب تصمیمگیری روانکار را در سایر داراییها دارد، همان منطق را به سیستم تبرید هم تعمیم دهید: شاخص، آستانه اقدام، و اقدام اصلاحی مشخص.
در بسیاری از پروژهها، تیمها همزمان چند دسته روانکار (تبرید، هیدرولیک، گیربکس و …) را مدیریت میکنند. داشتن یک مرجع یکپارچه برای انتخاب و تامین، باعث میشود تصمیمهای فنی با تامین همزمان شود؛ رویکردی که در موتورازین به شکل «تصمیم مهندسی و دادهمحور» پیگیری میشود و در کنار تامین، روی پایش و کاهش ریسک خطا هم تاکید دارد.
جمعبندی: تصمیم روغن در CO2، ترکیب انتخاب درست و کنترل درست است
در سیستمهای CO2 ترانسکریتیکال، حل شدن CO2 در روغن میتواند ویسکوزیته موثر را کاهش دهد و اگر همزمان برگشت روغن، فیلتراسیون و دمای تخلیه کنترل نشود، مسیر به سمت سایش و خرابی تکراری کوتاه میشود. مقایسه POE و PAG نشان میدهد که هیچ گزینهای به صورت مطلق «بهترین» نیست؛ بهترین گزینه، همان است که با تاییدیه سازنده کمپرسور، شرایط واقعی کارکرد و معماری جداسازی/برگشت روغن سازگار باشد. راهکار عملی، بستهای از اقدامات است: انتخاب نوع و گرید مناسب، مدیریت دما و کنترلها، نگهداری جداساز روغن، و پایش وضعیت با نمونهبرداری استاندارد.
موتورازین در این مسیر نقش یک مرجع تخصصی و تامینکننده معتبر را دارد: از تحلیل نیاز فنی و کمک به انتخاب روغن مناسب تا تامین پایدار روانکار برای صنایع و شبکههای سردخانهای. اگر هدف شما کاهش توقف، کنترل هزینه و افزایش عمر کمپرسور است، تصمیم روغن را با داده و تجربه میدانی جلو ببرید. در موتورازین، تلاش میکنیم همین تصمیم را برای تیمهای نت، تدارکات و بهرهبرداری قابل اجرا و قابل دفاع کنیم.
پرسشهای متداول
آیا در CO2 ترانسکریتیکال «رقیق شدن روغن» همیشه به معنی انتخاب اشتباه روغن است؟
نه. رقیق شدن تا حدی میتواند بخشی از رفتار طبیعی سیستم باشد، چون CO2 در فشارهای بالا در روغن حل میشود. مسئله این است که آیا ویسکوزیته موثر هنوز برای تشکیل فیلم روانکاری کافی هست یا نه. اگر شاخصهای سایش بالا رفته، دمای تخلیه غیرعادی است یا سطح روغن ناپایدار میشود، باید هم انتخاب روغن و هم معماری جداسازی و کنترل شرایط کاری بررسی شود.
برای کنترل سایش، بهتر است ویسکوزیته روغن را بالاتر ببریم؟
افزایش ویسکوزیته گاهی کمک میکند، اما میتواند برگشت روغن را دشوارتر کند و ریسک کمبود روغن در کمپرسور را بالا ببرد. تصمیم درست وقتی گرفته میشود که همزمان وضعیت جداساز روغن، مسیر برگشت، پروفایل بار کمپرسور و دادههای پایش وضعیت (ویسکوزیته، فلزات سایش، آلودگی) کنار هم دیده شوند. بدون این تصویر کامل، تغییر ویسکوزیته ممکن است فقط علامت را کم کند نه علت را.
نشانههای میدانی کمبود روغن در کمپرسور CO2 چیست؟
نوسان سطح روغن، صداهای غیرعادی، افزایش دمای قطعات، و در مواردی افزایش ذرات فلزی در آنالیز روغن میتواند نشانه باشد. همچنین اگر جداساز روغن یا مسیر برگشت درست کار نکند، ممکن است روغن در بخشهایی از مدار تجمع کند و کمپرسور در لحظات حساس (راهاندازی یا تغییر بار) دچار کمبود روغن شود. بررسی سیستماتیک جداساز و کنترلها معمولا ضروری است.
رطوبت چه اثری روی روغن کمپرسور در سیستم CO2 دارد؟
رطوبت میتواند پایداری شیمیایی روغن را بدتر کند و در روغنهای حساس، به تخریب و افزایش محصولات ناخواسته کمک کند. نتیجه میتواند افزایش خوردگی، افت کیفیت فیلم روانکاری و بالا رفتن ریسک رسوب باشد. برای همین، خلأگیری استاندارد، استفاده درست از فیلتر درایر و ثبت دقیق عملیات تعمیراتی، در CO2 اهمیت بیشتری پیدا میکند.
آیا آنالیز روغن در CO2 ترانسکریتیکال واقعا ارزش هزینه دارد؟
در سیستمهایی که توقف هزینهزا است (سردخانه، فروشگاه زنجیرهای، خط تولید)، آنالیز روغن اغلب ارزانتر از یک خرابی کمپرسور تمام میشود. مزیت اصلی، تشخیص زودهنگام روند سایش، آلودگی و تغییر ویسکوزیته است. البته فقط وقتی مفید است که نمونهبرداری استاندارد باشد و برای هر شاخص، آستانه اقدام و اقدام اصلاحی تعریف شده باشد.
منابع:
ASHRAE Handbook—Refrigeration: https://www.ashrae.org/technical-resources/ashrae-handbook
BITZER Refrigerant Report (R744/CO2): https://www.bitzer.de/shared_media/documentation/SH-110.pdf
بدون نظر