Oxidation Warfare؛ نبرد اکسیداسیون در کمپرسورهای گاز داغ

 Oxidation Warfare در کمپرسورهای گاز داغ

در کمپرسورهای گاز داغ، روغن نه‌فقط یک روانکار بلکه سرباز خط مقدم در نبردی دائمی با دمای بالا و اکسیژن است؛ نبردی که ما آن را Oxidation Warfare می‌نامیم. هر بار که گاز فشرده و داغ از کنار سطوح عبور می‌کند، فیلم نازک روغن در معرض اکسیداسیون قرار می‌گیرد و اگر این واکنش مهار نشود، نتیجهٔ آن تشکیل اسید، لجن و لاک (Varnish) است. خروجی این فرآیند، افزایش اصطکاک، چسبندگی سوپاپ‌ها، افزایش دما و در نهایت توقف‌های پرهزینه خواهد بود.

کنترل اکسیداسیون یعنی کنترل هزینه. تعویض زودهنگام روغن کمپرسور، توقف تولید، مصرف بالاتر انرژی و تعمیرات ناشی از گرفتگی سوپاپ یا یاتاقان‌زنی، همه عددهای میلیاردی در سال برای یک واحد فرآیندی ایجاد می‌کنند. تجربهٔ صنایع گاز در ایران نشان می‌دهد که تفاوت بین یک روغن با پایداری اکسیداسیونی بالا و یک انتخاب معمولی، می‌تواند تا چند برابر در فواصل سرویس فاصله بیندازد.

هدف این مقاله آموزشی و تحلیلی، ارائهٔ دیدی شیمی‌محور و کاربردی از سازوکار اکسیداسیون، عوامل تسریع‌کننده، نقش انتخاب روغن پایه و بستهٔ افزودنی، و روش‌های استاندارد پایش مانند ASTM D943، اندازه‌گیری TAN و شاخص وارنیش است. در پایان نیز یک چک‌لیست عملیاتی برای تیم‌های نگهداری و تعمیرات ارائه می‌کنیم.

شیمی اکسیداسیون روغن: از رادیکال تا لاک

رادیکال‌ها و هیدروپراکسیدها؛ شروع زنجیره

اکسیداسیون در اصل یک واکنش زنجیره‌ای رادیکالی است. دمای بالا و تماس با اکسیژن موجب شکستن پیوندهای C–H در هیدروکربن‌های روغن می‌شود و رادیکال‌ها شکل می‌گیرند. این رادیکال‌ها با اکسیژن ترکیب و رادیکال‌های پراکسیلی تولید می‌کنند که به هیدروپراکسیدها (ROOH) منجر می‌شود. هیدروپراکسیدها ناپایدارند و در اثر گرما یا حضور کاتالیزورهای فلزی تجزیه شده و رادیکال‌های بیشتری تولید می‌کنند؛ به‌این‌ترتیب، چرخهٔ اکسیداسیون تقویت می‌شود.

از اسید تا لجن و لاک؛ پایان ناخوشایند

تجزیهٔ هیدروپراکسیدها، تولید اسیدهای آلی و پلیمرهای اکسیدی می‌کند. این محصولات اکسیداسیون با وزن مولکولی بالا، به‌صورت لجن (Sludge) در نقاط کم‌جریان رسوب می‌کنند یا با گذر زمان در دماهای بالا تبدیل به لایه‌های نازک اما بسیار چسبنده‌ای به‌نام لاک (Varnish) می‌شوند. لاک در سوپاپ‌ها، یاتاقان‌ها و مسیرهای باریک، چسبندگی ایجاد کرده، افت بازده و افزایش دما را رقم می‌زند. در نهایت، فشارهای هیدرودینامیک کاهش یافته و خطر خرابی زودهنگام قطعات بالا می‌رود.

«اکسیداسیون فرایندی آرام اما پیوسته است؛ هر درجه دمای اضافی، میدان نبرد را به‌سود اکسیداسیون تغییر می‌دهد.»

فاکتورهای تسریع‌کننده: دمای گاز، فشار، فلزات و آلودگی

نرخ اکسیداسیون به‌صورت نمایی با دما رشد می‌کند. بر مبنای رابطهٔ آرنیوس، به‌صورت تجربی مشاهده می‌شود که هر ۱۰ درجهٔ سانتی‌گراد افزایش دما می‌تواند زمان القای اکسیداسیون را تقریباً نصف کند. در کمپرسورهای گاز داغ، دمای تخلیهٔ گاز، دمای پوستهٔ یاتاقان و نقاط داغ نزدیک روتور اصلی‌ترین محرک‌ها هستند. فشار نیز با افزایش حلالیت اکسیژن در روغن و افزایش تنش برشی، مسیر واکنش را هموارتر می‌کند.

• فلزات کاتالیزور: یون‌های مس و آهن از سایش یا خوردگی، هیدروپراکسیدها را به‌سرعت تجزیه و چرخه را تسریع می‌کنند.
• آلودگی‌ها: آب محلول، نمک‌ها، ذرات اکسیدی و سوخت/گاز حل‌شده، همگی ثبات فیلم روغن را به‌هم می‌زنند و به تشکیل لجن کمک می‌کنند.
• هواگیری ناکامل: کف و هوای محبوس، سطح تماس روغن با اکسیژن را افزایش می‌دهد و واکنش را سرعت می‌بخشد.
• طراحی نامناسب خنک‌کاری: ناکارآمدی کولر روغن یا دمای برگشت بالا، فضای تنفسی روغن را محدود و اکسیداسیون را تشدید می‌کند.

انتخاب Base Oil و Additive Package؛ خط مقدم دفاع

Base Oil: Group I، Group II و PAO

ساختار شیمیایی روغن پایه تعیین‌کنندهٔ مقاومت ذاتی در برابر اکسیداسیون است. روغن‌های Group I با آروماتیک‌های بیشتر، در دمای بالا سریع‌تر اکسید می‌شوند. Group II به‌دلیل هیدروژناسیون عمیق‌تر، اشباع‌تر و پایدارتر است و لاک کم‌تری تولید می‌کند. پلی‌آلفااولفین‌ها (PAO) با ساختار بسیار اشباع، کم‌ترین نرخ اکسیداسیون را در میان این سه کلاس دارند و برای «روغن کمپرسور گاز داغ» گزینه‌ای ممتاز محسوب می‌شوند.

Antioxidants و هم‌افزایی افزودنی‌ها

آنتی‌اکسیدانت‌های فنولیک و آمینیک مسیرهای رادیکالی را مهار می‌کنند. ترکیب بهینهٔ این دو، در کنار Metal Deactivatorها، از تجزیهٔ هیدروپراکسیدها جلوگیری می‌کند. آنتی‌فومِ پایدار، دیسپرسنت‌های کنترل لجن، و پاک‌کننده‌های سازگار همگی باید با همدیگر و با روغن پایه هم‌خوان باشند؛ هرگونه ناسازگاری افزودنی‌ها می‌تواند به کدورت، کف و افت پایداری اکسیداسیونی منجر شود. بستهٔ افزودنی باید با گاز فرآیندی شما (مثلاً وجود H₂S یا CO₂) نیز سازگار باشد.

طراحی خنک‌کاری و کنترل شرایط عملیاتی

حتی بهترین روغن بدون یک سیستم خنک‌کاری کارآمد موفق نمی‌شود. اختلاف دمای ورودی/خروجی کولر روغن، ظرفیت واقعی در دبی نامی، تمیزی فین‌ها و کیفیت آب/هوا یا کولنت باید پایش شود. کاهش دمای تودهٔ روغن به‌صورت پایدار، طول عمر آنتی‌اکسیدانت‌ها را افزایش می‌دهد.

• بهینه‌سازی مسیر برگشت روغن: کاهش زمان ماند در نواحی داغ و حذف نقاط راکد.
• آب‌بندی و جداکنندگی: نشتی گاز داغ به کارتر را کاهش دهید؛ جداسازهای مؤثر بخار و سیکلون، بار حرارتی و اکسیژن محلول را کم می‌کنند.
• فیلتر جانبی کنترل وارنیش: فیلتراسیون Depth/Resin با مش ۳–۶ میکرون به‌صورت side-stream می‌تواند لاک محلول را بگیرد.
• مدیریت کف: انتخاب افزودنی آنتی‌فوم با پایداری برشی مناسب، و تنظیم سطح روغن برای جلوگیری از هم‌زنی اضافی.

پایش سلامت روغن: TOST، TAN و Varnish Index

پایش هوشمند و منظم، ابزار اصلی کنترل اکسیداسیون است. سه ستون کلیدی عبارت‌اند از آزمون عمر اکسیداسیونی، شاخص اسیدی و شاخص پتانسیل وارنیش.

• ASTM D943 (TOST): زمان تا رسیدن به افزایش مشخص TAN را در شرایط تسریع‌شده می‌سنجد و تصویری از پایداری اکسیداسیونی ذاتی روغن ارائه می‌دهد. مقادیر بالاتر نشان‌دهندهٔ عمر بالقوهٔ بیشتر است.
• TAN (Total Acid Number): رشد TAN نشانهٔ تولید اسیدهای آلی است. در بسیاری از برنامه‌های نت، افزایش حدود ۰٫۵ mgKOH/g نسبت به مقدار نو، یک سیگنال هشدار برای بازبینی برنامهٔ تعویض محسوب می‌شود.
• Varnish Index/MPC: شاخص رسوب لاک بر مبنای قابلیت رسوب‌گذاری اکسیداتیو اندازه‌گیری می‌شود. افزایش پیوستهٔ عدد MPC، به‌ویژه در کنار دمای بالای کارکرد، هشدار زودهنگام چسبندگی سوپاپ است.

کنار این‌ها، RULER برای پایش مصرف آنتی‌اکسیدانت‌ها، FTIR برای پایش باندهای اکسیدی، ویسکوزیتهٔ سینماتیک، و کد پاکیزگی ISO 4406 برای ذرات، تصویری کامل‌تر می‌دهند. هدف، تصمیم‌گیری مبتنی بر داده و برنامه‌ریزی تعویض بر پایهٔ وضعیت است نه تقویم.

مقایسهٔ فنی روغن‌های کمپرسور

1. روغن معدنی Group I
   • پایداری اکسیداسیونی: متوسط تا پایین در دمای بالا.
   • طول عمر تخمینی: ۲٬۰۰۰–۴٬۰۰۰ ساعت.
   • دمای کارکرد توصیه‌شده: تا ~۹۰–۹۵°C تودهٔ روغن.
   • ریسک وارنیش: متوسط به بالا.
   • هزینه نسبی: پایین.
2. روغن معدنی Group II (هیدروتریتد)
   • پایداری اکسیداسیونی: بالاتر از Group I؛ آروماتیک کمتر.
   • طول عمر تخمینی: ۴٬۰۰۰–۸٬۰۰۰ ساعت.
   • دمای کارکرد توصیه‌شده: تا ~۱۰۰–۱۰۵°C تودهٔ روغن.
   • ریسک وارنیش: متوسط (قابل‌مدیریت با فیلتراسیون جانبی).
   • هزینه نسبی: متوسط.
3. روغن سنتتیک PAO
   • پایداری اکسیداسیونی: بسیار بالا؛ نرخ تشکیل لاک حداقلی.
   • طول عمر تخمینی: ۸٬۰۰۰–۱۲٬۰۰۰+ ساعت (با پایش صحیح).
   • دمای کارکرد توصیه‌شده: تا ~۱۱۰–۱۱۵°C تودهٔ روغن.
   • ریسک وارنیش: پایین.
   • هزینه نسبی: بالاتر اما با بازگشت سرمایه از محل کاهش توقف و مصرف انرژی.

استراتژی‌های عملی برای افزایش عمر روغن

• انتخاب هدفمند روغن: برای «کنترل اکسیداسیون روغن صنعتی»، در کمپرسورهای گاز داغ به‌سمت PAO یا Group II با بستهٔ آنتی‌اکسیدانت قوی حرکت کنید.
• کنترل دما: هر ۵–۱۰°C کاهش دمای تودهٔ روغن، به‌طور معناداری عمر آنتی‌اکسیدانت‌ها را افزایش می‌دهد؛ عملکرد کولر و بای‌پس را بازتنظیم کنید.
• فیلتراسیون Side-stream: ترکیب فیلتر عمقی ۳–۶ میکرون و مدیاهای جذب لاک، شاخص MPC را پایین نگه می‌دارد.
• مدیریت آلودگی‌ها: کنترل آب (Dehydration در صورت نیاز)، کاهش ورودی ذرات و حذف فلزات محلول با Deactivator.
• پایش مبتنی بر وضعیت: زمان تعویض را با ردیابی TAN، مصرف آنتی‌اکسیدانت (RULER) و MPC تعیین کنید.
• هم‌خوانی با گاز فرآیندی: در حضور H₂S/CO₂، با تأمین‌کننده برای سازگاری افزودنی‌ها و آب‌بندی مشورت کنید.

چک‌لیست عملی برای تیم نگهداری و تعمیرات

1. نمونه‌برداری استاندارد: از نقاط ثابت با شیر نمونه‌برداری ایمن، در دمای کاری پایدار؛ ثبت ساعت کارکرد و بار.
2. فاصلهٔ پایش: ماهانه برای TAN، ویسکوزیته و ISO 4406؛ فصلی برای MPC و RULER؛ سالانه برای TOST (در صورت نیاز).
3. نقاط داغ: دمای یاتاقان، پوسته و تودهٔ روغن را لاگ کنید؛ هر افزایش پایدار بیش از ۵°C را بررسی کنید.
4. کولر روغن: اختلاف دمای ورودی/خروجی، تمیزی فین‌ها و دبی سیال خنک‌کار را بازبینی کنید.
5. فیلترها: افت فشار فیلتر، زمان تعویض و کلاس فیلتراسیون هدف (مطابق توصیهٔ سازنده) را کنترل کنید.
6. کف و هوا: سطح روغن، آنتی‌فوم و نشت هوا در مکش را بررسی کنید.
7. آلودگی‌های فلزی: آهن/مس در آنالیز اسپکتری را با سایش غیرعادی و MPC تطبیق دهید.
8. دیهایدریشن: در صورت رطوبت بالاتر از حد مجاز، از واحدهای گریز از مرکز/وکیوم استفاده کنید.
9. تمیزی سیستم: پاک‌سازی دوره‌ای مسیرهای بازگشت و نقاط راکد؛ برنامهٔ شست‌وشوی گرم (Flushing) در صورت اوج گرفتن MPC.
10. هماهنگی با عملیات: از شوک‌های بارگیری/باربرداری سریع که جهش دما ایجاد می‌کند بپرهیزید.

مطالعهٔ موردی کوتاه: جهش عمر روغن با رویکرد سه‌گانه

در یک واحد فشرده‌سازی گاز ترش در جنوب کشور، TAN روغن در ۲۵۰۰ ساعت به آستانهٔ هشدار رسید و سوپاپ‌ها چسبندگی مقطعی نشان دادند. اقدامات اصلاحی: ۱) تغییر از Group I به PAO با بستهٔ آمینیک/فنولیک، ۲) نصب فیلتراسیون جانبی ۴ میکرون با مدیای جذب لاک، ۳) سرویس کولر و کاهش ۷°C در تودهٔ روغن. نتیجه: MPC از ۴۲ به ۱۸ در سه ماه کاهش یافت، مصرف انرژی ۲٫۵٪ بهبود پیدا کرد و فاصلهٔ تعویض به بالای ۸۰۰۰ ساعت رسید. این رویکرد سه‌گانه، نمونه‌ای عملی از پیروزی در Oxidation Warfare است.

جمع‌بندی: چگونه در Oxidation Warfare پیروز شویم؟

اکسیداسیون، دشمن خاموش کمپرسورهای گاز داغ است. با افزایش دما، فشار و حضور کاتالیزورهای فلزی، روغن از مسیر رادیکالی وارد چرخه‌ای می‌شود که پایان آن اسید، لجن و لاک است. این پدیده با افزایش اصطکاک، چسبندگی سوپاپ و افزایش مصرف انرژی، هزینه‌های پنهان و آشکار قابل‌توجهی ایجاد می‌کند. راه پیروزی در این نبرد، ترکیبی از انتخاب صحیح روغن، طراحی مناسب سیستم و پایش پیوسته است. از منظر انتخاب، روغن‌های پایهٔ PAO یا Group II با بستهٔ آنتی‌اکسیدانت مهندسی‌شده، زمان القای اکسیداسیون را به‌صورت معناداری افزایش می‌دهند. در حوزهٔ سیستم، کاهش دمای تودهٔ روغن، حذف نقاط راکد، آب‌بندی مؤثر و فیلتراسیون جانبی برای کنترل وارنیش، میدان بازی را به سود شما تغییر می‌دهد. و نهایتاً، با پایش مبتنی بر استانداردهایی چون ASTM D943، اندازه‌گیری TAN و شاخص MPC، می‌توان برنامهٔ تعویض را از حالت تقویمی به وضعیت‌محور تبدیل کرد؛ رویکردی که به‌طور مستقیم به افزایش فواصل سرویس، کاهش توقف‌های ناخواسته و بهبود بازده انرژی منجر می‌شود. موتورازین به‌عنوان مرجع تخصصی تأمین و مشاورهٔ روانکار صنعتی در ایران، آماده است تا با تحلیل داده‌های آنالیز روغن و شناخت شرایط فرایندی شما، روغنی با پایداری اکسیداسیونی بهینه و سازگار با گاز فرآیندی پیشنهاد دهد و چرخهٔ پایش/بهینه‌سازی را همراهتان پیاده‌سازی کند. در Oxidation Warfare، دانش شیمی روغن و انضباط نت، ابزارهای پیروزی شما هستند.

پرسش‌های پرتکرار

آیا همیشه روغن PAO بهترین انتخاب برای کمپرسور گاز داغ است؟

اغلب در دما و بار بالا، PAO به‌دلیل پایداری اکسیداسیونی بسیار خوب، گزینهٔ ممتاز است. بااین‌حال سازگاری با الاستومرها، گاز فرآیندی (مثلاً حضور H₂S) و الزامات سازندهٔ کمپرسور باید بررسی شود. در برخی کاربردها، Group II با بستهٔ افزودنی مناسب و فیلتراسیون جانبی می‌تواند نسبت هزینه/فایدهٔ مطلوبی ارائه دهد.

چه زمانی باید بر اساس TAN تعویض روغن را در نظر گرفت؟

قواعد کارخانه‌ها متفاوت است، اما به‌صورت رایج وقتی افزایش TAN حدود ۰٫۵ mgKOH/g نسبت به مقدار اولیه مشاهده می‌شود، باید روند تشدید اکسیداسیون را بررسی و دربارهٔ تعویض یا احیای روغن تصمیم‌گیری کرد. ترکیب این شاخص با MPC و RULER تصویر دقیق‌تری برای تصمیم‌گیری می‌دهد.

چگونه می‌توان وارنیش را بدون توقف طولانی کنترل کرد؟

نصب فیلتراسیون جانبی با مدیای رزینی/عمقی، به‌همراه کاهش دمای تودهٔ روغن و مدیریت آلودگی‌های فلزی، غالباً در چند هفته MPC را کاهش می‌دهد. در موارد شدید، شست‌وشوی گرم برنامه‌ریزی‌شده و افزودن پاک‌کننده‌های سازگار توصیه می‌شود. پایش دمای سوپاپ‌ها و صدای عملکرد نیز کمک‌کننده است.

آیا TOST (ASTM D943) برای همهٔ تصمیم‌ها کافی است؟

TOST شاخصی برای پایداری ذاتی روغن است و برای مقایسهٔ فرمولاسیون‌ها عالی عمل می‌کند، اما شرایط واقعی کمپرسور (آلودگی، دماهای نقطه‌ای، فشار) را بازتاب نمی‌دهد. بنابراین باید در کنار TAN، MPC، RULER و داده‌های فرآیندی تفسیر شود تا تصمیم عملیاتی دقیق‌تری اتخاذ شود.

نقش فلزات مس و آهن در اکسیداسیون چیست؟

مس و آهن به‌عنوان کاتالیزورهای ناخواسته، تجزیهٔ هیدروپراکسیدها را تسریع می‌کنند و زنجیرهٔ رادیکالی را شعله‌ورتر می‌سازند. کنترل سایش، استفاده از Metal Deactivator در فرمولاسیون و فیلتراسیون مؤثر، سه راه کاهش اثر آن‌هاست. بررسی روند افزایش این فلزات در آنالیز دوره‌ای، یک هشدار به‌موقع محسوب می‌شود.