چرا روغنهای مقاوم در برابر گاز ترش برای صنعت نفت و گاز حیاتیاند؟
گاز ترش یا Sour Gas بهدلیل وجود هیدروژنسولفید (H₂S) و اغلب CO₂، محیطی شدیداً خورنده ایجاد میکند. در چنین شرایطی، روغنهای صنعتی نقش خطمقدم حفاظت از یاتاقانها، چرخدندهها، آببندها و سطوح دوار را بر عهده دارند. بااینحال، خودِ روغن نیز در معرض حلشدن گازهای اسیدی، اکسیداسیون تسریعشده، افزایش TAN و تشکیل لجن و وارنیش قرار میگیرد. نتیجه اگر مدیریت نشود، زنجیرهای از عیوب است: زنگزدگی، نشتی از آببندها، افزایش دما و ارتعاش، و نهایتاً توقف اضطراری. این مقاله، با تمرکز بر «روغن مقاوم در برابر گاز ترش» یا روانکار H₂S‑Resistant، سازوکار تخریب، طراحی فرمولاسیون، استانداردهای آزمون و چکلیست انتخاب و پایش را برای توربینها، کمپرسورها، پمپها و گیربکسهای واحدهای نفت و گاز ایران بررسی میکند.
اگر در واحدهای جنوبی کشور یا سکوهای ساحلی با گاز ترش سروکار دارید، انتخاب درست روغن فقط یک خرید نیست؛ یک تصمیم مهندسی برای کاهش ریسک نشتی، جلوگیری از خوردگی و کاهش هزینه تعمیرات و توقفات است. در ادامه با رویکردی دادهمحور و قابلاجرا، مسیر انتخاب و نگهداری صحیح را گامبهگام مرور میکنیم.
سازوکار حمله گازهای اسیدی به روغن و سطوح فلزی
مسیرهای اکسیداسیون و سولفیداسیون روغن
H₂S در فشار و دمای عملیاتی به راحتی در روغن حل میشود. این انحلال، بهویژه در حضور اکسیژن و فلزات کاتالیزور مانند آهن و مس، واکنشهای زنجیرهای اکسیداسیون و سولفیداسیون را تشدید میکند. محصولات این واکنشها شامل اسیدهای آلی، سولفیدهای فلزی، رزینها و نهایتاً لجن و وارنیش است. شاخص عدد اسیدی کل (TAN) طبق ASTM D664 بالا میرود و ظرفیت باقیمانده آنتیاکسیدانتها افت میکند. پیامد عملی: افزایش گرانروی در دماهای پایین، چسبندگی نامطلوب روی سوپاپها و فیلترها، و کاهش تبادل حرارت در یاتاقانها.
خوردگی، زنگ و رسوب سولفیدی
H₂S با آهن واکنش داده و لایهٔ FeS تشکیل میدهد؛ این لایه اگرچه در کوتاهمدت نقش نیمهمحافظ دارد، اما در سیکلهای استارت/استاپ یا در حضور رطوبت، پوستهپوسته شده و به ذرات ساینده تبدیل میشود. در حضور «سولفور فعال» حاصل از برخی افزودنیهای EP نامناسب، خوردگی فلزات زرد (مس/برنج) تشدید شده و طبق آزمون ASTM D130 رتبهٔ بدتری رقم میخورد. برای سطح فولادی، آزمون ASTM D665 معیار کلیدی عبور/رد ضدزنگ است. عدم کنترل این پدیده، باعث کلِیرانسگیری نامتعارف یاتاقانها، افزایش ارتعاش و در نهایت S/D (Shutdown) میشود.
«در حضور H₂S فعال، روغنی که نتواند TAN را کنترل و از فلزات زرد محافظت کند، خودش به منبع خوردگی و خرابی تبدیل میشود.»
طراحی روغنهای H₂S‑Resistant: Base Oil و Additive Package
انتخاب Base Oil مناسب در واحدهای Sour Gas
پایههای Group II/III بهدلیل گوگرد کم، پایداری اکسیداسیونی بالا و دمای ریزش پایین، انتخاب مرسوم برای روغنهای توربین و گردشی در گاز ترش هستند. برای شرایط بار حرارتی شدید و عمر طولانی، PAO (Group IV) مزیت بیشتری در کنترل وارنیش، RPVOT و پایداری برشی دارد. در کمپرسورهای خاص، استفاده هدفمند از PAG یا POE میتواند حلالیت رسوبات را بهبود دهد، اما باید با دقت به سازگاری با آببندها، رنگها و افزودنیها سنجیده شود. هدف در H₂S‑Resistant، پایهای با تمایل کم به اکسیداسیون، دمولسیبیلیتی قوی و سازگاری بالای الاستومرها (HNBR/FKM) است.
نقش افزودنیها: Anti‑Corrosion، Anti‑Rust، EP و Metal Deactivator
سیاست افزودنی در محیط گاز ترش باید دقیق و «هدفمند» باشد:
- Anti‑Corrosion/Anti‑Rust: مهارکنندههای زنگ بر پایه آمینات/استرهای قطبی برای عبور از ASTM D665 (روش A/B) و حفاظت فولاد در حضور آب شور و H₂S ضروریاند.
- Metal Deactivator: ترکیباتی مانند بنزوتریآزولهای اصلاحشده برای مهار کاتالیز خوردگی و تیرهشدن روغن در تماس با مس/آلیاژهای زرد مؤثرند و به بهبود نتیجه ASTM D130 کمک میکنند.
- EP/AW: در گیربکسهای تحت بار مرزی، استفاده از EP با «سولفور غیرفعال» یا فرمولاسیونهای فسفر/بورات ترجیح دارد تا ریسک خوردگی در کنار H₂S تشدید نشود. در توربینها اغلب از R&O (بدون EP) استفاده میشود تا پایداری اکسیداسیون و تمیزی سیستم حفظ شود.
- آنتیاکسیدانتها: فنولیک/آمینیک نسل جدید برای بالا بردن RPVOT (ASTM D2272) و طولعمر در سرویسهای Extended Drain حیاتیاند.
ترکیب صحیح این بستهٔ افزودنی، در کنار پایهٔ مناسب، همان «H₂S‑Resistant» واقعی را میسازد که هم TAN را مهار میکند و هم از فلزات و آببندها حفاظت میکند و هم لجن/وارنیش را به تعویق میاندازد.
استانداردها و تستهای کلیدی برای ارزیابی مقاومت در برابر H₂S
برای خرید و پذیرش فنی روغنهای مقاوم در برابر گاز ترش، تکیه بر آزمونهای معتبر ضروری است. مهمترینها:
- ASTM D665 (A/B): ضدزنگ فولاد در آب/آب شور؛ هدف: Pass پایدار.
- ASTM D130: خوردگی نوار مس؛ هدف: درجه 1A/1B برای حفاظت فلزات زرد و یاتاقانهای بابیت/برنز.
- ASTM D664/D974: پایش TAN؛ افزایش کنترلشده نشانهٔ سلامت شیمیایی است.
- ASTM D2272 (RPVOT): سنجش پایداری اکسیداسیون؛ مقایسهٔ روغنهای R&O و PAO‑based.
- ASTM D1401/D892: دمولسیبیلیتی و کف؛ در حضور H₂S و CO₂ توان جداسازی آب باید حفظ شود.
- ASTM D7843 (MPC): پتانسیل وارنیش؛ برای توربینها مطابق الزامات روغن صنعتی حیاتی است.
- ASTM D5185: طیفسنجی عنصری؛ ردیابی آهن/مس/روی برای پایش سایش و پایدار ماندن افزودنیها.
از نظر سیستمهای تجهیزات، اسناد API 614 (سیستمهای روانکاری و کنترل روغن)، API 617/618/619 (کمپرسورهای سانتریفیوژ، رفتوبرگشتی و روتاری) و API 611/612/616 (توربینها) مرجع طراحی و عملکرد هستند. در کنار آن، الزامات خوردگی مواد طبق NACE MR0175/ISO 15156 برای انتخاب متریال واحدهای Sour Gas کاربرد دارد و باید با انتخاب روانکار همراستا شود.
جدول مقایسه: روغن معمولی در برابر روغن H₂S‑Resistant
مقایسهٔ زیر تصویری سریع از تفاوتهای کلیدی ارائه میدهد. مقادیر کیفیاند و به فرمولاسیون سازنده بستگی دارند، اما جهتگیری انتخاب را مشخص میکنند.
| ویژگی | روغن R&O معمولی | روغن H₂S‑Resistant |
|---|---|---|
| پایداری در برابر H₂S محلول | متوسط؛ افزایش سریع TAN | بالا؛ کنترل نرخ افزایش TAN |
| ASTM D665 ضدزنگ | ممکن است در آب شور Fail | Pass پایدار در A/B |
| ASTM D130 خوردگی مس | 1B–2A بسته به EP | 1A–1B با Metal Deactivator |
| RPVOT (D2272) | پایین تا متوسط | متوسط تا بسیار بالا (PAO‑based) |
| دمولسیبیلیتی (D1401) | افت محسوس پس از آلودگی گاز | حفظ جداسازی آب |
| تمایل به وارنیش (D7843) | متوسط تا بالا | پایین با آنتیاکسیدانت نسل جدید |
| سازگاری با آببندها | ریسک تورم/سختی در حضور H₂S | بهینهسازیشده برای HNBR/FKM |
| دامنه کاربرد | سرویسهای معمولی | توربین، کمپرسور، گیربکس در Sour Gas |
نکته: استفاده از EP با سولفور فعال در حضور H₂S میتواند خوردگی را تشدید کند؛ در گیربکسهای گاز ترش از EP «غیرفعال» یا فسفرمحور استفاده کنید.
سناریوهای عملیاتی: توربینها، کمپرسورها، پمپها و گیربکسها
توربینهای فرآیندی و ژنراتور
در ایستگاههای تقویت فشار و واحدهای فرآیندی، روغن توربین با گرید ISO VG 32/46 باید R&O قوی، RPVOT بالا و MPC پایین داشته باشد. ورود H₂S از طریق سیستمهای سیل یا نشتی کمپرسور مشترک رخ میدهد. راهحل: انتخاب روغن توربین H₂S‑Resistant با آنتیاکسیدانت آمینیک/فنولیک، ضدزنگ قوی و دمولسیبیلیتی پایدار؛ پایش TAN، RULER (مانده آنتیاکسیدانت) و MPC طبق برنامهٔ پایش وضعیت روغن. این کار ریسک S/D را بهطور ملموس کاهش میدهد.
کمپرسورهای سانتریفیوژ، اسکرو و رفتوبرگشتی
در «روغن کمپرسور گاز ترش» حساسیتها دوچندان است: حلشدن گاز، میعان رطوبت و دمای تخلیه بالا. برای اسکرو، استفاده از پایهٔ PAO یا POE با AW/EP کنترلشده و Metal Deactivator توصیه میشود. در رفتوبرگشتی، پاکیزگی شیرها و کنترل لجن اهمیت دارد. استانداردهای API 617/618 و آزمونهای D130/D665 باید ملاک پذیرش باشند. فیلتراسیون با کد پاکیزگی هدفمند ISO 4406 (مثلاً 16/14/11) و تهویهٔ خشککننده، عملکرد روغن H₂S‑Resistant را تثبیت میکند.
پمپها و گیربکسها
گیربکسهای واحدهای ترش زیر بار مرزی کار میکنند. انتخاب EP با سولفور غیرفعال/فسفرمحور، ویسکوزیتهٔ مناسب (ISO VG 150–320 بسته به سرعت/بار) و ضدزنگ قوی شرط اول است. برای پمپها، روانکاری یاتاقانها و آببندهای مکانیکی در اولویت است؛ روغنی که تان را کنترل و دمولسیبیلیتی خود را حفظ کند، از امولسیون اسیدی و زنگزدگی جلوگیری میکند و ریسک نشتی آببند را کاهش میدهد. استفاده از خدمات تأمین منطقهای برای تحویل بهموقع و نمونهگیری منظم، بهرهوری نگهداری را بالا میبرد.
چکلیست فنی انتخاب و پایش روغن در واحدهای Sour Gas
- تعریف سرویس: درصد H₂S/CO₂، فشار و دما، رطوبت، سرعت/بار، متریال قطعات و آببندها.
- انتخاب Base Oil: Group II/III برای توربینها؛ PAO/POE برای کمپرسور/گیربکسهای سنگین؛ بررسی سازگاری HNBR/FKM.
- Additive Package: Anti‑Rust قوی (D665 Pass)، Metal Deactivator (D130 1A/1B)، EP غیرفعال برای گیربکسها، آنتیاکسیدانت نسل جدید.
- کنترل کیفیت ورودی: گواهی آزمونهای D665، D130، D1401، D2272، ویسکوزیته و رنگ؛ انطباق با الزامات API 614/617/618.
- طراحی فیلتراسیون: هدف ISO 4406 بر اساس حساسیت یاتاقان/سوپاپها؛ استفاده از فیلتر β200≥(6–12μm) و فیلتر جانبی برای توربینها.
- تهویه و رطوبت: نصب بخارساز/خشککن تنفسی، درزبندی مناسب مخزن؛ تخلیهٔ کندانس از مخزن سیرکولاسیون.
- پایش دورهای: TAN (D664)، ویسکوزیته، آب (Karl Fischer)، ذرات (ISO 4406)، MPC (D7843)، آنتیاکسیدانت (RULER)، عناصر (D5185).
- تشخیص آلودگی گاز: تغییر ناگهانی TAN، سیاهشدن سریع، بوی سولفیدی، افزایش مس/آهن؛ بازرسی آببندها و مسیرهای گاز در اولین فرصت.
- مدیریت تعویض: تصمیمگیری بر پایهٔ روند TAN/MPC و افت آنتیاکسیدانت؛ شستوشوی هدفمند سیستم قبل از شارژ روغن جدید.
- مستندسازی: ثبت لاگ نمونهبرداری، تغییرات، تعمیرات و رویدادها برای همبستسازی علت/معلول.
نکات مهم، چالشها و راهحلها
- چالش حلشدن H₂S در روغن: باعث افزایش TAN و تسریع اکسیداسیون میشود. راهحل: روغن H₂S‑Resistant با آنتیاکسیدانت قوی و ضدزنگ معتبر (D665 Pass) انتخاب کنید و RULER/MPC را پایش کنید.
- خوردگی فلزات زرد: EP با سولفور فعال در حضور H₂S ریسک را بالا میبرد. راهحل: EP غیرفعال یا فسفرمحور + Metal Deactivator برای D130 1A/1B.
- وارنیش توربین: رسوبات رزینی باعث گیرکردن ولوها و افزایش دما میشود. راهحل: انتخاب روغن با MPC پایین، فیلتراسیون بایپس و فیلتر جاذب وارنیش.
- نشتی و خرابی آببند: تورم الاستومر در محیط H₂S/هیدروکربن. راهحل: سازگاری FKM/HNBR را با روغن منتخب بررسی و از دمولسیبیلیتی بالا برای جلوگیری از امولسیون اسیدی استفاده کنید.
- توقف اضطراری (S/D): ناشی از افزایش ارتعاش/دما و کاهش فشار روغن. راهحل: روغن با ویسکوزیتهٔ صحیح، پایداری اکسیداسیون بالا و طرح پایش وضعیت منظم.
جمعبندی: کاهش ریسک عملیاتی با روغنهای H₂S‑Resistant
محیط گاز ترش یکی از سختترین میادین آزمون برای روانکارهاست. H₂S با حلشدن در روغن و فعالکردن مسیرهای اکسیداسیون و سولفیداسیون، TAN را افزایش داده و با تولید رسوبات، راه را برای زنگزدگی، خوردگی فلزات زرد و نهایتاً لختهشدن مسیرهای ظریف روغنکاری باز میکند. در چنین سناریویی، هر درصدی که از سرعت رشد TAN کاسته شود یا هر درجهای که از روند تشکیل وارنیش جلوگیری شود، بهطور مستقیم در کاهش ارتعاش، دمای یاتاقان و ریسک نشتی آببند منعکس میشود.
انتخاب «روغن مقاوم در برابر گاز ترش» صرفاً بهمعنای خرید روغن گرانتر نیست؛ یعنی انتخاب پایهٔ Group II/III یا PAO با دمولسیبیلیتی قوی، بهعلاوهٔ پکیج افزودنی دقیق شامل Anti‑Rust معتبر (D665 Pass)، Metal Deactivator برای حفاظت مس/برنز (D130 1A/1B)، آنتیاکسیدانتهای نسل جدید برای افزایش RPVOT و EP غیرفعال/فسفرمحور در گیربکسهای تحت بار مرزی. این فرمولاسیون، با طراحی سیستم فیلتراسیون صحیح و تهویهٔ کمنشتی، چرخهٔ عمر روغن را طولانی و هزینهٔ تعویض و تعمیرات را کنترل میکند.
در عمل، اجرای یک برنامهٔ پایش وضعیت منضبط شامل TAN، ویسکوزیته، آب، ذرات (ISO 4406)، MPC و RULER، تصویری پیشنگر از سلامت روغن میسازد و به تیمهای تعمیرات اجازه میدهد قبل از رسیدن به آستانههای بحرانی اقدام کنند. خروجی نهایی این رویکرد، کاهش توقفات اضطراری، پایداری تولید و بهبود OPEX است. به بیان ساده، روانکار H₂S‑Resistant سرمایهای استراتژیک برای یاتاقانها، گیربکسها و کمپرسورهای شما؛ انتخاب درست آن، ریسک عملیاتی را واقعی و قابلسنجش کاهش میدهد.
پرسشهای متداول
آیا هر روغن توربین R&O برای گاز ترش مناسب است؟
خیر. بسیاری از روغنهای R&O برای سرویسهای معمولی طراحی شدهاند و در حضور H₂S ممکن است آزمونهای D665/D130 را بهصورت پایدار پاس نکنند و TAN سریعی داشته باشند. برای واحدهای Sour Gas، بهدنبال فرمولاسیونهای اعلامشدهٔ H₂S‑Resistant باشید که دارای Anti‑Rust قوی، Metal Deactivator و آنتیاکسیدانتهای نسل جدید هستند و سوابق آزمونهای ASTM مربوطه ارائه میکنند.
چرا استفاده از EP با سولفور فعال در گاز ترش توصیه نمیشود؟
سولفور فعال در EP میتواند در تماس با فلزات زرد و در محیط H₂S، خوردگی را تشدید کند و نتیجهٔ ASTM D130 را تضعیف کند. در گیربکسهای گاز ترش، EP با سولفور «غیرفعال» یا شیمی فسفر/بورات ترجیح دارد تا حفاظت فشار شدید حفظ شود، اما بدون افزودن ریسک خوردگی. این موضوع بهویژه در گیربکسهایی با بوش/یاتاقان برنزی اهمیت دارد.
نشانههای آلودگی روغن به H₂S چیست و چگونه تشخیص دهیم؟
تغییر رنگ سریع به قهوهای/سیاه، بوی سولفیدی، افزایش ناگهانی TAN، افت دمولسیبیلیتی و رشد آهن/مس در آنالیز D5185 از نشانههاست. نمونهگیری برنامهمند، پایش TAN (D664)، MPC (D7843) و ارزیابی آنتیاکسیدانت (RULER) روشهای کارآمدی برای تشخیص زودهنگام هستند. همچنین بررسی آببندها و مسیرهای سیل کمپرسورها برای جلوگیری از مهاجرت گاز به مدار روغن توصیه میشود.
چه ویسکوزیتهای برای تجهیزات گاز ترش مناسب است؟
انتخاب ویسکوزیته تابع سرعت/بار و دمای کاری است: توربینهای فرآیندی معمولاً ISO VG 32 یا 46، کمپرسورها 32/46/68 بسته به طراحی، و گیربکسها 150 تا 320. در محیط H₂S، پایداری ویسکوزیته و کنترل TAN مهمتر از صرفاً عدد ویسکوزیته است. دادههای OEM و آزمونهای میدانی بهترین مرجع نهایی انتخاب هستند.
چطور انتخاب روغن H₂S‑Resistant ریسک نشتی و توقف اضطراری را کم میکند؟
با کنترل خوردگی و زنگزدگی، سایش آببندها و یاتاقانها کاهش مییابد؛ دمولسیبیلیتی بالا از تشکیل امولسیون اسیدی جلوگیری میکند؛ آنتیاکسیدانت قوی جلوی وارنیش و گیرکردن ولوها را میگیرد. مجموع این اثرها فشار روغن پایدارتر، دمای یاتاقان کمتر و ارتعاش کنترلشدهتری ایجاد میکند که نهایتاً احتمال S/D و نشتهای پرهزینه را کاهش میدهد.
بدون نظر