مقدمه: نقش پمپهای سانتریفیوژ در واحدهای الفینی و حساسیت آنها به Shear Stability
در واحدهای الفینی سبک و سنگین، پمپهای سانتریفیوژ قلب گردش خوراک، حلالها و برشهای هیدروکربنی هستند. این پمپها در مجاورت دماهای متغیر، شوکبار، کَویتاسیون مقطعی و سرعتهای محیطی بالا کار میکنند و یاتاقانها و آببندهای مکانیکی آنها معمولاً با روغنهای R&O یا توربینی با ویسکوزیتههای ISO VG 32/46/68 روانکاری میشوند. وقتی صحبت از «Shear Stability» یا پایداری برشی روغن میشود، منظور توان روغن صنعتی برای حفظ ویسکوزیته تحت تنشهای برشی شدید است؛ موضوعی که اگر نادیده گرفته شود، به نازکشدن فیلم روانکاری، افزایش دما، تشدید ارتعاش و افت عمر یاتاقان منجر میشود. در این مطلب، Shear Stability را با تکیه بر کاربرد واقعی در پمپهای سانتریفیوژ واحدهای الفینی باز میکنیم و راهنمایی عملی برای انتخاب و پایش روغن ارائه میدهیم تا با کمترین هزینه، بیشترین اطمینان از کارکرد پیوسته خطوط شما در شرایط ایران حاصل شود.
Shear Stability روغن صنعتی چیست و چرا در پمپهای الفینی حیاتی است؟
Shear Stability به مقاومت روغن در برابر کاهش دائمی ویسکوزیته بر اثر برش اشاره دارد. در روانکارهایی که از پلیمرهای بهبوددهنده شاخص گرانروی (VI Improver) استفاده میکنند، زنجیرههای پلیمری در معرض برش هیدرودینامیکی و مکانیکی شکسته میشوند و ویسکوزیته پس از مدتی کارکرد پایین میآید. نتیجه، ناپایداری فیلم روغن، تماس فلزـفلز در نواحی مرزی و افزایش دمای موضعی است. در پمپهای سانتریفیوژ الفینی، بهدلیل سرعتهای موضعی بالا در یاتاقانها و تلاطم اطراف آببندها، نرخ برش بالاست. همچنین ترکیبات خوراک (C2–C10، آروماتیکها) میتوانند بر انحلالپذیری و رفتار پلیمرها اثر بگذارند. بنابراین، انتخاب روغنی که یا بدون پلیمر باشد یا از پلیمرهای shear-stable استفاده کند، برای حفظ فیلم پایدار و نگهداشتن ارتعاش و دما در محدوده امن حیاتی است.
مکانیزمهای برش: چگونه پلیمرهای VI تخریب میشوند؟
برش هیدرودینامیکی: نرخ برش بالا در شکافهای باریک
در یاتاقانهای غلتشی و لغزشی پمپ، فیلم روغن در فاصلههای میکرونی شکل میگیرد. در این ناحیه، نرخ برش تابع سرعت سطحی شفت و گرانروی سیال است. پلیمرهای بلندزنجیر در جریانهای لایهایـآشفته کشیده میشوند؛ اگر تنش برشی از آستانه تحمل زنجیره بگذرد، شکست مولکولی رخ میدهد. این شکست «دائمی» است و پس از سردشدن یا کاهش دور، به حالت قبل برنمیگردد. اثر آن در دادهها بهصورت افت ویسکوزیته در آزمونهای قبل/بعد از برش ثبت میشود.
برش مکانیکی: تماسهای مرزی، سیلها و کوپلینگها
برش مکانیکی زمانی غالب است که تماسهای مرزی و اختلاط پر انرژی در نقاطی مانند رینگهای سیل مکانیکی، چرخدندههای کوپلینگ روانکاریشده با روغن و مناطق کَویتاسیونزده رخ دهد. در این شرایط، نیروهای فیزیکیِ برشی بهصورت ضربهای به زنجیرهای پلیمری وارد شده و طول مؤثر آنها را کوتاه میکند. نتیجه، کاهش شاخص ویسکوزیته عملیاتی، ناپایداری ضخامت فیلم و افزایش حساسیت به کف و هوادهی است.
اثر طراحی پمپ، سرعت و دما بر Shear Stability
طراحی پمپ و سرعت محیطی پروانه
طراحی آببند (دولبه یا تکی)، انتخاب یاتاقان (غلتشی/لغزشی)، وجود حلقههای پرتکننده روغن و روش روانکاری (Splash/حمام/سیرکولاسیون) بر الگوی برش مؤثر است. پمپهای با دور بالا و قطر پروانه بزرگ، سرعت محیطی بیشتری دارند و این یعنی نرخ برش بالاتر در مسیرهای برگشت روغن. فاصله نامرغوب بین اجزا یا تراز نامناسب نیز با ایجاد ارتعاش، برش ضربهای را تشدید میکند.
دما، نازکشدن ویسکوزیته و آستانه شکست
دما همزمان دو کار میکند: از یکسو ویسکوزیته را کم میکند و بهطور لحظهای نرخ برش را بالا میبرد؛ از سوی دیگر، پلیمرهای VI در دمای بالا نرمتر شده و راحتتر تخریب میشوند. در واحدهای الفینی، تغییرات شیفت روز/شب، بارگذاری متناوب کورهها و توقفهای کوتاه میتواند سیکلهای حرارتی بسازد. اگر روغن شما به پلیمر وابسته باشد و سامانه خنککننده کارایی کافی نداشته باشد، افت ویسکوزیته در چند صد ساعت نخست، شاخصهای از مشکل Shear Stability خواهد بود.
انتخاب روغن پایه: Group I/II/III، PAO، PAG و POE؛ کدام مناسبتر است؟
قاعده ساده برای پمپهای سانتریفیوژ حساس این است: «اگر میتوانید به ویسکوزیته تکدرجه تکیه کنید، از پلیمر دوری کنید.» روغنهای توربینی R&O مبتنی بر Group II/III معمولاً بدون VI Improver فرموله میشوند و در عین داشتن شاخص ویسکوزیته مناسب، پایداری برشی عالی دارند. روغنهای PAO (سنتتیک) با VI ذاتی بالا، در محدوده وسیع دما ویسکوزیته پایدارتری نشان میدهند و معمولاً نیازی به پلیمر ندارند. PAG/POE نیز گزینههای مهندسی برای شرایط دمایی شدید و مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون هستند؛ هرچند سازگاری مواد آببند و هزینهها باید دقیق بررسی شود.
در مقابل، روغنهای چنددرجه صنعتی (مانند HVLP) که برای پاسخگویی به دامنه دمایی وسیع طراحی شدهاند، غالباً حاوی پلیمر هستند. اگرچه در هیدرولیک مزیت دارند، در برخی پمپها با برش بالا ممکن است سریعتر دچار افت ویسکوزیته شوند؛ مگر آنکه از پلیمرهای shear-stable و سطح پاکیزگی عالی استفاده شود. برای کاربردهای واحدهای الفینی، انتخاب روغن توربین R&O Group II/III یا PAO با گرانروی ISO VG 46/68 غالباً نقطه شروع مطمئنی است.
انتخاب افزودنیها و VI Improverهای shear-stable
پلیمرها: OCP، PMA و Star Polymer
اگر به هر دلیل به روغن چنددرجه نیاز دارید، نوع پلیمر تعیینکننده است. پلیمرهای OCP سنتی ارزانتر اما حساستر به شکست هستند. پلیمتیلاکریلاتها (PMA) و ساختارهای ستارهای (Star Polymer) معمولاً Shear Stability بالاتری ارائه میدهند و افت ویسکوزیته کمتری پس از چرخه برش نشان میدهند. در برگه داده، به شاخص «SSI» یا درصد افت ویسکوزیته توجه کنید؛ هرچه کمتر، بهتر.
افزودنیهای کنترل کف، ضداکسیداسیون و پاکیزگی
افزودنی ضدکف متوازن برای جلوگیری از حبس هوا حیاتی است؛ زیرا حبابهای ریز، همزمان با کاهش مدول حجمی روغن، نرخ برش مؤثر را بالا میبرند. پکیجهای ضداکسیداسیون قوی (آمینی/فنلی) برای مقاومت در برابر دمای موضعی و طولانیشدن دوره تعویض لازماند. از دیسپرسانتهای سنگینِ موتورهای درونسوز در این کاربرد پرهیز کنید؛ زیرا میتوانند تمایل به کف را بالا ببرند.
آزمونهای استاندارد Shear Stability و تفسیر نتایج
روشهای مرجع و شاخصها
برای سنجش پایداری برشی، روی آزمونهای مرجع تکیه کنید: آزمون فراصوتی پلیمر (ASTM D6278) برای برش هیدرودینامیکیِ شبیهسازیشده و آزمون یاتاقان مخروطی (ASTM D5621) یا معادل اروپایی KRL (CEC L-45-A-99) برای برش مکانیکی شدید. پروتکل معمول، اندازهگیری ویسکوزیته کینماتیکی طبق ASTM D445 پیش و پس از برش و محاسبه درصد کاهش است. شاخص SSI پایینتر از حدود 10–15% برای کاربردهای حساس پمپها مطلوب است؛ هرچند معیار نهایی باید با داده میدانی شما همخوان شود.
اندازهگیری مکمل
اندازهگیری HTHS برای روغنهای صنعتی رایج نیست، اما پایش کف (ASTM D892)، هوادهی، و عدد اسیدی (TAN) برای فهم روند تخریب در سرویس مفیدند. توصیه میشود بهطور دورهای نمونهبرداری کرده و با آنالیز روغن صنعتی، روند ویسکوزیته و آلودگی ذرهای را دنبال کنید. تغییرات ناگهانی ویسکوزیته همراه با افزایش ذرات میتواند نشانگر همزمانِ Shear و سایش باشد.
جدول مقایسه فنی کلاسهای روغن از نظر Shear Stability و کاربرد
| کلاس روغن | Base Oil | VI Improver | پایداری برشی (تقریبی) | مزیتها | ریسکها | کاربرد توصیهشده در پمپ سانتریفیوژ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| توربینی R&O ISO VG 46/68 | Group II/III | ندارد | بسیار بالا | Shear-free، اکسیداسیون خوب، کف کم | دامنه دمایی محدودتر نسبت به PAO | یاتاقانهای پمپهای الفینی عمومی؛ شرایط پایدار دما |
| توربینی سنتتیک PAO | PAO (Group IV) | معمولاً ندارد | بسیار بالا | VI ذاتی بالا، نقطه ریزش پایین، عمر طولانی | قیمت بالاتر، بررسی سازگاری سیل | دماهای متغیر، استارت سرد/گرم، واحدهای حیاتی |
| HVLP چنددرجه صنعتی | Group II | دارد (OCP/PMA) | متوسط تا بالا (بسته به پلیمر) | پاسخ بهتر به تغییر دما | ریسک افت ویسکوزیته در برش بالا | فقط با پلیمر shear-stable و کنترل کف سختگیرانه |
| PAG/POE مهندسی | PAG/POE | ندارد | بسیار بالا | پایداری گرمایی/اکسیداسیون عالی | سازگاری مواد، هزینه، مدیریت آب | شرایط دمایی سخت یا مسائل وارنیش مزمن |
| روغن گردش R&O اقتصادی | Group I | ندارد | بالا | قیمت مناسب، سادگی | پایداری اکسیداسیون پایینتر | واحدهای کمریسک با دمای کنترلشده |
چکلیست انتخاب و نگهداری برای مهندسان نت
- انتخاب ویسکوزیته: بر اساس دمای کارکرد و کلیرنس یاتاقان، ISO VG 46 یا 68 را با تکیه بر روغن توربینی R&O یا PAO انتخاب کنید.
- Shear Stability: اگر پلیمر لازم است، SSI و درصد افت ویسکوزیته پس از ASTM D6278/D5621 را بررسی کنید.
- کد پاکیزگی: با فیلتر مناسب، کد ISO 4406 را در سطح توصیهشده یاتاقان نگه دارید.
- کف و هوادهی: سطح روغن، طراحی هواکش و افزودنی ضدکف را پایش کنید؛ افزایش حباب یعنی افزایش برش مؤثر.
- سازگاری آببند: با NBR/FKM/EPDM و لاپ سیل سازگاری روغن (بهخصوص PAG/POE/PAO) را تأیید کنید.
- آنالیز روند: هر 1000–2000 ساعت، ویسکوزیته، TAN، ذرات و FTIR را اندازهگیری کنید و روند بسازید.
- ارتعاش و هممحوری: تراز و بالانس پروانه را کنترل کنید تا برش ضربهای کاهش یابد.
- مدیریت دما: دمای روغن در مخزن را پایدار نگه دارید؛ گرمایش بیش از حد، تخریب پلیمر را تسریع میکند.
خطاهای رایج در ایران و راهحلها
– استفاده از HVLP عمومی در پمپهای برشبالا فقط بهدلیل «نرمکارکردن در زمستان». راهحل: اگر نیاز واقعی به دامنه دمایی وسیع دارید، از HVLP با پلیمر shear-stable (PMA/Star) استفاده کنید یا به PAO کوچ کنید.
– مخلوطکردن روغنهای برند/پایه متفاوت. راهحل: مخلوطکردن، کنترل کف و برش را غیرقابلپیشبینی میکند؛ از ادغام بپرهیزید و در تعویض، شستوشوی سیستم انجام دهید.
– بیتوجهی به سطح روغن و هوابندی مخزن. راهحل: سطح و تنفس را با دیسیکانت و ضدکف متعادل مدیریت کنید.
– نادیدهگرفتن داده روندی. راهحل: داشبورد پایش وضعیت بسازید و آلارمهای مبتنی بر نرخ تغییر ویسکوزیته تنظیم کنید.
استراتژی پایش وضعیت و آنالیز روغن برای کنترل Shear
پایش وضعیت، حلقه تکمیلکننده انتخاب صحیح روغن است. برنامه نمونهبرداری منظم و تحلیل ویسکوزیته، شمارش ذرات، کف/هوادهی و FTIR تصویری از سلامت پلیمر و پایه ارائه میدهد. افت تدریجی ویسکوزیته همزمان با افزایش ذرات فلزی، نشاندهنده ناپایداری فیلم و سایش است. برای واحدهای حساس، نصب سنسور دما و فشار مدار روغن و اتصال به پلتفرمهای پایش وضعیت روغن توصیه میشود. اجرای فیلترگذاری بایپس با بتا بالا، کنترل رطوبت و هوادهی، و تنظیم سطح بهینه روغن، ریسک برش مؤثر را کاهش میدهد. در صورت مشاهده الگوی کف پایدار یا امولسیون، ریشهیابی آلودگی فرآیندی و بازبینی افزودنی ضدکف ضروری است.
نکته کاربردی: اگر پمپ شما در آزمون عملی 1000 ساعت، بیش از 10–12 درصد افت ویسکوزیته نشان میدهد، یا به روغن بدون پلیمر کوچ کنید یا پلیمر shear-stable و سطح پاکیزگی بالاتر را هدف قرار دهید.
جمعبندی: چگونه Shear Stability را در پمپهای سانتریفیوژ واحدهای الفینی تضمین کنیم؟
Shear Stability روغن صنعتی تعیین میکند که فیلم روانکاری در مواجهه با برشهای مداوم و ضربهایِ پمپهای سانتریفیوژ واحدهای الفینی پایدار بماند یا نه. سازوکارهای برش هیدرودینامیکی در شکافهای باریک یاتاقان و برش مکانیکی در آببندها و نقاط تلاطم، میتوانند زنجیرههای پلیمرهای VI را تخریب کرده و ویسکوزیته را بهصورت دائمی کاهش دهند. نتیجه مستقیم این فرآیند، نازکشدن فیلم، افزایش دمای موضعی، رشد ارتعاش و افت عمر یاتاقان است. راهکار پایدار، اولویتدادن به روغنهای بدون پلیمر با پایداری ذاتی بالا مانند R&O مبتنی بر Group II/III یا سنتتیکهای PAO است. اگر بنا به محدودیتهای عملیاتی ناگزیر به استفاده از روغنهای چنددرجه هستید، انتخاب پلیمرهای shear-stable مانند PMA یا ساختارهای ستارهای، همراه با مدیریت دقیق کف و پاکیزگی، میتواند ریسک افت ویسکوزیته را کنترلپذیر کند. آزمونهای استاندارد مانند ASTM D6278 و ASTM D5621/CEC L-45-A-99 ابزار شما برای ارزیابی پیشینی پایداری برشی هستند؛ اما تصمیم نهایی باید با دادههای میدانی و روند آنالیز روغن پشتیبانی شود. در کنار انتخاب درست روغن، اجرای چکلیست مهندسی شامل کنترل سطح و دمای روغن، بهینهسازی تهویه مخزن، فیلترگذاری کارا، پایش ارتعاش و هممحوری، مجموعهای میسازد که Shear را مهار و پایداری تولید را تضمین میکند. در نهایت، همراستا کردن خرید روغن با شرایط واقعی فرآیند، اقلیم و فرهنگ نگهداریِ سایت شما، کلید بیشینهکردن عمر تجهیز و کاهش توقفات ناخواسته است. تیم فنی موتورازین با تجربه تامین و پایش در صنایع پتروشیمی ایران میتواند در انتخاب محصول، طراحی برنامه نمونهبرداری و تحلیل روند کنار شما باشد. برای دریافت مشاوره و پیشنهاد فنی/مالی متناسب با پمپها و خوراک واحد، با ما در تماس باشید.
پرسشهای متداول
آیا همیشه باید از روغن بدون پلیمر استفاده کنیم؟
نه. اصل توصیه این است که اگر امکانپذیر باشد، روغنهای بدون پلیمر (R&O یا PAO) برای پمپهای برشبالا ایمنترند. اما در سایتهایی با نوسان دمای زیاد یا راهاندازیهای سرد مکرر، روغنهای چنددرجه میتوانند مزیت داشته باشند؛ به شرط استفاده از پلیمرهای shear-stable، کنترل سختگیرانه کف و حفظ پاکیزگی.
چه علائمی نشان میدهد Shear Stability در سرویس مشکلساز شده است؟
افت پیوسته ویسکوزیته در آنالیزهای دورهای، افزایش دمای یاتاقان، رشد ارتعاش در فرکانسهای مرتبط با یاتاقان/سیل، افزایش مصرف روغن و مشاهده کف پایدار در سایت شیشهای یا مخزن از شاخصهای محتملاند. همبستگی این نشانهها با تغییرات فرآیند، تائید بهتری میدهد.
کدام آزمون آزمایشگاهی را برای خرید مقایسهای پیشنهاد میکنید؟
برای مقایسه روغنهای دارای پلیمر، ترکیب ASTM D6278 (برش فراصوتی) با ASTM D5621 یا CEC L-45-A-99 (برش مکانیکی) توصیه میشود. ویسکوزیته قبل/بعد از برش را طبق ASTM D445 اندازهگیری و درصد افت را مقایسه کنید. SSI پایینتر نشانگر پایداری بهتر است.
نقش فیلتر و پاکیزگی در Shear Stability چیست؟
آلودگی ذرهای و حبابهای هوا برش مؤثر را تشدید و سطح تماس مرزی را افزایش میدهند. فیلترگذاری با بتای بالا، مدیریت سطح روغن و ضدکف متعادل، همزمان نرخ برش و سرعت تخریب افزودنیها را کاهش میدهد. پایش کد پاکیزگی به روش ISO 4406 راهکار سادهای برای کنترل این ریسک است.
آیا PAO با همه آببندها سازگار است؟
PAO بهطور کلی سازگاری خوبی دارد، اما فرمول دقیق و بسته افزودنی تعیینکننده است. پیش از مهاجرت، سازگاری با الاستومرهای رایج (NBR/FKM/EPDM) و مواد لاپ سیل را بررسی کنید. در صورت نیاز، آزمایش میدانی محدود توصیه میشود.
برای انتخاب محصول و مقایسه برندها در کلاس توربینی R&O یا PAO متناسب با پمپهای سانتریفیوژ واحدهای الفینی، از تیم موتورازین راهنمایی بگیرید. مسیر پیشنهادی ما: انتخاب ویسکوزیته مبتنی بر دما، ارزیابی Shear Stability با مستندات استاندارد، و استقرار برنامه پایش وضعیت روغن در فاز بهرهبرداری.
بدون نظر