Mining Water Contamination؛ مقدمهای عملی بر تأثیر آب بر Additive Package
من، سارا مرادی، تحلیلگر ارشد روانکاری صنعتی در موتورازین، هر روز با یک پرسش تکراری از معادن و پروژههای عمرانی روبهرو هستم: «چرا روغن سالم ما ناگهان شیریرنگ، رقیق یا ژلمانند میشود و یاتاقانها ترک برمیدارند؟» پاسخ کوتاه، یک واژه است: آلودگی آب. در محیطهای معدنکاری روباز و تونلی، نفوذ رطوبت و آب نهتنها به روغنهای مینرال و سنتتیک ضربه میزند، بلکه مستقیماً Additive Package را دچار تخریب شیمیایی، جدایش فاز، امولسیون پایدار و Additive Depletion میکند. پیامد نهایی، تسریع خوردگی، افزایش سایش و ریسک توقف تجهیز است؛ هزینهای که در چرخهعمر (LCC) ماشینآلات معدنی، بسیار فراتر از قیمت روغن تمام میشود.
در این مقاله، با نگاهی lubricant-behavior محور، سازوکار تعامل آب با افزودنیهای ضدسایش، ضدزنگ، ضداکسیداسیون و EP را توضیح میدهم، الگوهای خرابی رایج در گیربکس، هیدرولیک، یاتاقانهای غلتشی و گریسکاریهای در معرض آب را مرور میکنم، و سپس آزمونهای پایش (آنالیز روغن، تست آب، Demulsibility) و یک جدول عملیاتی برای ارزیابی ریسک ارائه میدهم. اگر به دنبال انتخاب و نگهداری هوشمندانه روغن صنعتی و کاهش توقف ناگهانی هستید، این راهنما نقطهٔ شروع شماست.
منابع ورود آب: از باران و شستوشو تا اسپلش حوضچهها
آب در معادن ایران از مسیرهای متعددی به سیستمهای روانکاری نفوذ میکند. شناخت مسیر نفوذ، نخستین گام در مدیریت رطوبت است.
- بارندگی فصلی و اسپلش گلولای: بارانهای ناگهانی بهخصوص در معادن روباز سبب ورود آب از طریق هواکشها، دریچهها و اتصالات میشوند.
- شستوشوی دستگاه با واترجت: فشار بالا بهراحتی از آببندهای فرسوده عبور کرده و به کارتر گیربکس یا مخزن هیدرولیک راه مییابد.
- نفوذ آب زیرزمینی: در تونلها و گالریها، آب زیرزمینی از طریق سیلها و کاسهنمدهای قدیمی به داخل یاتاقانخانهها نفوذ میکند.
- اسپلش حوضچهها و حفرهها: عبور بیل، لودر یا دامپتراک از حوضچهها، موجی از آب را به سمت نقاط گریسخور و جعبهدندهها پرتاب میکند.
- میعان (Condensation): اختلاف دمای شب و روز، تنفس مخزن را افزایش داده و رطوبت محیط را به شکل قطرات آب به داخل روغن میآورد.
- درپوشها و نفسکشهای غیرایمن: نبود فیلتر رطوبتگیر و نفسکش خشک، راه نفوذ رطوبت را هموار میکند.
در تجربهٔ میدانی، غالباً مجموعهای از این عوامل همزمان رخ میدهند؛ مثلاً پس از شستوشو، باران شروع میشود و بهدلیل خرابی اورینگها، آب به سرعت در روغن پخش میشود و امولسیون پایدار ایجاد میکند.
مکانیسمهای تخریب Additive Package در حضور آب
آب صرفاً رقیقکنندهٔ روغن نیست؛ یک عامل فعال در تغییر شیمی و رئولوژی روانکار است. در ادامه، به اثر آب بر افزودنیهای کلیدی میپردازیم.
افزودنیهای ضدسایش (AW)
افزودنیهای فسفر-روی مانند ZDDP برای تشکیل فیلم محافظ فسفاته بر سطوح تحت تماس طراحی شدهاند. آب میتواند موجب هیدرولیز و رسوبگذاری ترکیبات روی-فسفر شده و در نتیجه کارایی تشکیل فیلم را کاهش دهد. این فرآیند به Additive Depletion و افزایش تماس فلز-به-فلز، افزایش سایش و بالارفتن دمای موضعی منجر میشود.
افزودنیهای فشاربالا (EP)
افزودنیهای گوگرد-فسفر در شرایط بار و دمای بالا، فیلمهای واکنشی بر سطح دندهها تشکیل میدهند. حضور آب میتواند با تغییر شیمی سطح، سینتیک تشکیل فیلم را مختل و احتمال سایش چسبنده (Scuffing) و میکروپیتینگ را افزایش دهد. همچنین آب با افزایش اکسیداسیون، محیطی خورنده برای فولاد ایجاد میکند که اثر خستگی سطحی را تشدید مینماید.
ضدزنگ و ضدخوردگی
مهارکنندههای خوردگی عموماً قطبی و سطحفعال هستند. امولسیونهای آب-روغن سطح تماس آب-اکسیژن را بالا میبرند و با جابهجایی رقابتی، جذب مهارکنندهها بر سطح فلز را تضعیف میکنند. نتیجه، آغاز نقطههای زنگزدگی (Pitting Initiation) در یاتاقانها و چرخدندههاست.
ضداکسیداسیون
آب بهطور غیرمستقیم اکسیداسیون را تسریع میکند: با تسهیل انتقال یونهای فلزی کاتالیستی، با افزایش سطح بینفازی و با تخلیهٔ تدریجی آنتیاکسیدانتهای فنلی/آمینی. این چرخه، ویسکوزیته را تغییر داده، وارنیش و لجن تولید میکند و عمر روغن را کوتاه میسازد.
کاهندههای کف و پایدارکنندههای امولسیون
در محیط پرآب، ضدکفهای سیلیکونی ممکن است به فاز آبی منتقل یا با ذرات مرطوب حذف شوند و نتیجه، کفکردن و هوادهی بیشتر است؛ پدیدهای که با کاویتاسیون در پمپهای هیدرولیک همافزا میشود.
پیامدهای رفتاری: امولسیون، جدایش فاز، افت یا افزایش ویسکوزیته و ژلشدن
رفتار روغن در حضور آب وابسته به نوع پایه (گروه I/II/III، PAO، استر، PAG) و طراحی Additive Package است. در روغنهای مینرال، آب ابتدا به صورت حلشده (Dissolved) و سپس معلق (Emulsified) ظاهر میشود. امولسیون شیریرنگ، نشانهٔ اشباع و کفایتنداشتن توان جداسازی (Demulsibility) است. در برخی فرمولاسیونها، آب با صابونهای فلزی یا غلیظکنندهها واکنش داده و ساختار ژلمانند ایجاد میکند که ویسکوزیتهٔ ظاهری را افزایش اما روانکاری را مختل میکند.
- افت ویسکوزیته: رقیقشدن و برهمخوردن شبکهٔ افزودنیها، فیلمسازی را تضعیف میکند.
- افزایش ویسکوزیته: ژلشدن و تولید لختههای آبدار، عبور روغن از فیلتر را دشوار میسازد و بایپس را فعال میکند.
- جدایش فاز: پس از توقف، لایهٔ آب در پایین کارتر تشکیل میشود؛ در استارت بعدی، شوک آبی به پمپ وارد میآید.
- کف و هوادهی: همراه با امولسیون پایدار، سبب کاویتاسیون و نوسان فشار میشود.
الگوهای خرابی در میدان: گیربکس، هیدرولیک، یاتاقان و گریس
کارترهای گیربکس نقاله و گیربکس چرخدنده باز
در گیربکسهای معادن روباز، آب از طریق هواکشهای بدون رطوبتگیر وارد میشود. روغن دنده در حضور آب، Demulsibility را از دست میدهد و افزودنیهای EP تخریب شده و میکروپیتینگ و اسکارینگ زودهنگام رخ میدهد. تغییر رنگ به شیری و افزایش نویز دنده، علائم اولیهاند. استفاده از روغن دنده GL-5 با مقاومت بهتر در برابر آب و نصب نفسکشهای دسیکانت، ریسک را کاهش میدهد.
مدارات هیدرولیک بیل و لودر
در هیدرولیکهای تلفیقشده، آب با AW Additive واکنش میدهد و منجر به Stick-Slip جکها، کاویتاسیون پمپ پیستونی و فرسایش سوپاپها میشود. فشار نوسانی، تاخیر فرمان و خوردگی Spool از نشانههاست. انتخاب روغن هیدرولیک ضدسایش با Demulsibility عالی و پایش رطوبت دورهای، ضروری است.
یاتاقانهای غلتشی در شافتهای بیرونی
آب واردشده به پوستهٔ یاتاقان، فیلم محافظ ضدزنگ را میشوید. زنگزدگی نقطهای زیر رولرها، خطوط قهوهای و ترکهای سطحی زودرس پیامد آن است. رطوبت، خستگی سطحی را تشدید کرده و با ایجاد لایههای اکسیدی شکننده، مسیر پیتینگ را هموار میکند.
گریسکاری پین و بوش در نقاط در معرض آب
واترجت یا اسپلش، گریس را میشوید. گریسهای لیتیوم کمپلکس در تماس طولانی با آب ممکن است نرم شوند یا بهصورت خمیری جدا شوند؛ در مقابل، گریسهای کلسیم سولفونات کمپلکس و پلییوره مقاومت آبی بهتری دارند. برای نقاط شستهشونده، استفاده از گریس فشاربالا پین و بوش مقاوم به آب و کوتاهکردن فاصلهٔ روانکاری توصیه میشود.
روشهای پایش: از تست آب تا Demulsibility
پایش نظاممند رطوبت و وضعیت افزودنیها، ستون فقرات نگهداریپیشگیرانه است. ادغام آزمونهای میدانی با آزمایشگاه، تصویر دقیقی از ریسک میدهد.
- بازرسی میدانی: کدورت/شیریشدن، فوم، کندی جکها، صدای پمپ، قطرهٔ آب ته کارتر.
- تست ترکِل (Crackle Test): قطرهٔ روغن روی صفحهٔ گرم حدود ۱۵۰–۱۶۰°C؛ جوشش فعال نشانهٔ آب آزاد/امولسیون است.
- کالریمتری کارلفیشر (ASTM D6304): اندازهگیری دقیق آب حلشده/امولسیون بر حسب mg/kg (ppm).
- Demulsibility (ASTM D1401): زمان و نسبت جدایش آب/روغن؛ افت این شاخص علامت تخریب بستهٔ افزودنی یا آلودگی شدید است.
- ویسکوزیته در ۴۰/۱۰۰°C، TAN/TBN، FTIR برای اکسیداسیون/نیتراسیون، ICP برای پایش عناصر افزودنی و سایش.
- برای گریس: Water Washout (ASTM D1264) و تست EMCOR (ASTM D6138) برای مقاومت در برابر زنگزدگی.
گزارشهای دورهای آنالیز روغن صنعتی با روندنگاری آب (ppm)، ویسکوزیته و سلامت افزودنیها، تصمیمگیری دربارهٔ زمان تعویض یا dehydration را علمی میکند.
سطوح آلودگی آب و اثر بر خواص روغن: مقایسه فنی
جدول زیر، یک چارچوب عملی برای تفسیر نتایج آب در روغنهای مینرال/PAO در کاربردهای معدنی است. آستانهها بسته به دما، نوع روغن و حساسیت تجهیز تغییر میکنند، اما برای تصمیمسازی نگهداریپیشگیرانه مفیدند.
| سطح آلودگی آب | ppm یا درصد تقریبی | تغییر خواص روغن | ریسک عملیاتی | اقدام پیشنهادی |
|---|---|---|---|---|
| خشک (کنترلشده) | < 200 ppm | شفاف، Demulsibility طبیعی، ویسکوزیته در محدوده | کم؛ عملکرد پایدار | تداوم پایش، نفسکش دسیکانت، اصلاح رویهٔ شستوشو |
| مرطوب (زیر اشباع) | 200–1000 ppm | کمی کدر، افت تدریجی Demulsibility و ضدزنگ | متوسط؛ افزایش سایش مرزی | فیلتر جاذب آب/Coalescer، رفع نشتیها، کاهش فاصلهٔ نمونهگیری |
| نزدیک اشباع/اشباع | 0.1–0.5% (1000–5000 ppm) | امولسیون شیری، تغییر ویسکوزیته، کف، Additive Depletion | زیاد؛ کاویتاسیون، خوردگی، توقف محتمل | Dehydration خلأ/سانتریفیوژ، شستوشوی سیستم، جایگزینی جزیی روغن |
| شدید (آب آزاد) | > 0.5% یا لایهٔ آب | جدایش فاز، از کار افتادن فیلتر، ژلشدن/لخته | بحرانی؛ آسیب دنده/یاتاقان | توقف ایمن، تخلیهٔ آب، تعویض روغن، بازرسی مکانیکی و ریشهیابی |
چکلیست مدیریتی کنترل آب در سیستمهای روانکاری
- تنفسی ایمن: نصب نفسکشهای دسیکانت بر مخازن و کارترها؛ کنترل اشباع رنگنمای سیلیکاژل.
- آببندی: بازدید دورهای اورینگها، کاسهنمدها و فلنجها؛ استفاده از آببندهای مقاوم به آب.
- استاندارد شستوشو: ممنوعیت واترجت مستقیم روی نقاط گریسخور و هواکشها؛ پوشش موقت هنگام شستوشو.
- فیلتراسیون هدفمند: فیلترهای جاذب آب/Coalescer در کنار فیلتر ذرات؛ برای رطوبت بالا، واحد Dehydrator خلأ آفلاین.
- نمونهگیری درست: از نقاط جریان آرام، با ظروف خشک و در دمای کار؛ برچسبگذاری و زنجیرهٔ تحویل.
- انتخاب روانکار: گریسهای کلسیم سولفونات کمپلکس در نقاط شستهشونده؛ روغن با Demulsibility بالا برای هیدرولیک معدن.
- نگهداریپیشگیرانه: ادغام پایش رطوبت با برنامهٔ PM و ثبت روند؛ اقدام قبل از اشباع.
- آموزش اپراتور: تشخیص بصری امولسیون، کف و نشانههای زنگ؛ گزارش سریع.
هر میلیلیتر آب که امروز از سیستم دور میکنید، ساعتها توقف اضطراری فردا را حذف میکند. هزینهٔ کنترل رطوبت، کسری از هزینهٔ شکست یاتاقان است.
جمعبندی
آلودگی آب در معادن پدیدهای چندوجهی است که همزمان بر فیزیک، شیمی و رئولوژی روانکار اثر میگذارد. آب با نفوذ از مسیرهایی چون باران، شستوشو و اسپلش حوضچهها، ابتدا بهصورت حلشده وارد و سپس به امولسیون پایدار تبدیل میشود؛ امولسیونی که Additive Package را برهم میزند، Demulsibility را کاهش میدهد و با ایجاد کف و تغییر ویسکوزیته، چرخهٔ اکسیداسیون و خوردگی را سرعت میبخشد. در این میان، افزودنیهای حساس مانند AW و EP با هیدرولیز/تداخل واکنشی کارایی خود را از دست میدهند و ضدزنگها دیگر قادر به حفاظت کامل سطح نیستند؛ نتیجه، سایش مرزی، میکروپیتینگ و ترکهای زودرس در یاتاقانها و دندههاست.
پاسخ مهندسی به این چالش، ترکیبی از پیشگیری، پایش و اقدام اصلاحی است: نفسکشهای دسیکانت و آببندی اصولی برای قطع مسیر ورود؛ انتخاب گریس و روغن با مقاومت آبی بالا برای کاهش حساسیت سیستم؛ فیلتراسیون جاذب آب و Dehydration برای بازگرداندن کیفیت؛ و نهایتاً آنالیز روغن منظم (Karl Fischer، D1401، ویسکوزیته، FTIR، ICP) برای تصمیمسازی بهنگام. اگر این حلقهها با برنامهٔ PM شما یکپارچه شود، از نقطهٔ «رطوبت زیر اشباع» هرگز عبور نمیکنید و توقف تجهیز را به کمینه میرسانید.
موتورازین بهعنوان مرجع تخصصی تأمین و توزیع روانکار در ایران، کنار شماست تا با انتخاب محصول مناسب، تعریف نقاط نمونهگیری استاندارد و تفسیر دادههای آنالیز، هزینهٔ چرخهعمر تجهیزات معدنی و عمرانی را کنترل کنید. برای مشاوره و تأمین از پشتیبانی کارشناسان ما بهره ببرید.
پرسشهای متداول
چرا روغن هیدرولیک من شیریرنگ شده و جکها حرکت نوسانی دارند؟
شیریشدن نشانهٔ امولسیون آب در روغن است. آب باعث افت Demulsibility، کاهش کارایی AW Additive و افزایش کف میشود؛ در نتیجه پمپ دچار کاویتاسیون و جکها دچار Stick-Slip میشوند. ابتدا میزان آب را با ASTM D6304 بسنجید، سپس با Dehydration خلأ و اصلاح نفسکشها، رطوبت را کم کنید. در صورت تداوم، وضعیت ویسکوزیته و فیلترها را نیز بررسی کنید.
چه سطحی از آب در روغن گیربکس خطرناک است؟
بهطور عمومی، بالاتر از ۰.۱٪ (۱۰۰۰ ppm) برای اغلب گیربکسهای معدنی ریسکزا است و بالای ۰.۵٪ بهمعنای آب آزاد و خطر بحرانی است. اما حساسیت به نوع روغن، دما و بار بستگی دارد. روندنگاری نتایج KF و پایش نویز/دما بههمراه Demulsibility تصویر دقیقتری برای اقدام بهموقع به شما میدهد.
برای نقاط شستوشوندهٔ پین و بوش چه گریسی پیشنهاد میشود؟
گریسهای کلسیم سولفونات کمپلکس و پلییوره معمولاً مقاومت شستوشوی بهتری نسبت به لیتیوم کمپلکس دارند و فیلم پایدارتری در آب حفظ میکنند. اگر چرخهٔ شستوشو دارید، فاصلهٔ روانکاری را کوتاه و از گریس با افزودنی EP و ضدزنگ قوی استفاده کنید.
Demulsibility پایین چه معنایی برای عملیات دارد؟
Demulsibility پایین یعنی روغن دیرتر آب را رها میکند و امولسیون پایدارتر میماند؛ این وضعیت کف، سایش مرزی و خوردگی را افزایش میدهد. علت میتواند آلودگی آب، مواد شوینده یا تخریب Additive Package باشد. تعویض بخشی روغن با محصول تازه و بهکارگیری واحد Coalescer/Dehydrator راهکارهای رایج هستند.
چطور بدون تعویض کامل، آب را از روغن کم کنیم؟
برای رطوبت متوسط، فیلترهای جاذب آب و واحدهای Coalescer مؤثرند. در سطوح بالا یا وجود آب آزاد، Dehydration خلأ و در برخی کاربردها سانتریفیوژ نتایج بهتری میدهند. تخلیهٔ آب از نقاط تهکارتر و اصلاح نفسکشها/آببندیها، مکمل کار هستند. تصمیم نهایی را بر اساس نتایج ASTM D6304 و D1401 بگیرید.
بدون نظر