TAN و TBN در کنار هم؛ تفسیر پروفایل اسیدی–قلیایی روغن

TAN و TBN دو عددِ به‌ظاهر ساده‌اند که وقتی کنار هم دیده شوند، به یک «پروفایل اسیدی–قلیایی» از روغن تبدیل می‌شوند؛ پروفایلی که می‌تواند وضعیت اکسیداسیون، آلودگی، مصرف افزودنی‌ها و حتی ریسک خوردگی را قبل از بروز خرابی جدی نشان دهد. TAN (Total Acid Number) نشان می‌دهد در روغن چه‌قدر ترکیبات اسیدی قابل تیترشدن وجود دارد و TBN (Total Base Number) ظرفیت قلیایی/خنثی‌سازی روغن را برای مقابله با اسیدها بیان می‌کند. در عمل، نگاه تک‌عددی به TAN یا TBN می‌تواند گمراه‌کننده باشد؛ چون در بسیاری از کاربردها، مهم «روند» است و مهم‌تر از آن، نسبت و هم‌زمانی تغییرات این دو شاخص با سایر داده‌های آنالیز روغن.

در موتورهای احتراق داخلی، اسیدها می‌توانند از اکسیداسیون روغن و ورود محصولات احتراق (به‌ویژه در دیزل‌ها و شرایط گوگرد/دوده) شکل بگیرند و TBN نقش سپر شیمیایی را برای خنثی‌سازی آن‌ها بازی می‌کند. در تجهیزات صنعتی (هیدرولیک، توربین، کمپرسور، گیربکس)، معمولاً TBN پایین‌تر و گاهی تقریباً نزدیک صفر است، اما TAN به‌عنوان شاخصی کلیدی برای پیگیری اکسیداسیون و تخریب روغن اهمیت پیدا می‌کند. بنابراین، «تفسیر پروفایل اسیدی–قلیایی» یعنی فهمیدن این‌که چه زمانی بالا رفتن TAN طبیعی است، چه زمانی نشانه تخریب سریع است، چه زمانی افت TBN هشدار است و کِی باید تصمیم عملیاتی گرفت.

در این بخش تعریف می‌کنیم TAN و TBN دقیقاً چه هستند و چگونه اندازه‌گیری می‌شوند

TAN معمولاً به صورت میلی‌گرم KOH بر گرم روغن (mg KOH/g) گزارش می‌شود و بیانگر میزان مواد اسیدی «قابل تیتر شدن» در نمونه است. این اسیدها می‌توانند شامل اسیدهای آلی ناشی از اکسیداسیون، محصولات نیتراسیون، اسیدهای حاصل از آلودگی فرایندی یا حتی افزودنی‌های اسیدی باشند. نکته مهم این است که TAN «نوع اسید» را تفکیک نمی‌کند؛ یعنی عدد TAN به‌تنهایی نمی‌گوید اسیدها از چه منشأیی آمده‌اند.

TBN نیز با واحد مشابه گزارش می‌شود و ظرفیت قلیایی روغن برای خنثی‌سازی اسیدها را نشان می‌دهد. در روغن موتور، این ظرفیت عمدتاً از افزودنی‌های دترجنت قلیایی (معمولاً بر پایه ترکیبات کلسیم/منیزیم) می‌آید که برای کنترل اسیدی‌شدن، خوردگی و مدیریت محصولات احتراق طراحی شده‌اند. در روغن‌های صنعتی، بسته افزودنی و اهداف طراحی متفاوت است؛ بنابراین در بسیاری از روغن‌های صنعتی، TBN خیلی پایین است و تمرکز تحلیل روی TAN، اکسیداسیون و پاکیزگی قرار می‌گیرد.

از نظر آزمون، رایج‌ترین ارجاع مفهومی برای TAN استانداردهای ASTM D664 و روش‌های مشابه در ISO است که بر تیترسیون پتانسیومتری تکیه دارند. برای TBN نیز ASTM D2896 (معمولاً TBN بالاتر و مناسب روغن‌های تازه و دیزل‌ها) و ASTM D4739 (اغلب مناسب‌تر برای روغن کارکرده و شرایطی که افزودنی‌ها تغییر کرده‌اند) شناخته‌شده‌اند. در تفسیر گزارش آزمایشگاه، باید حتماً مشخص باشد که TAN/TBN با کدام روش گزارش شده؛ چون مقایسه اعداد بین روش‌های مختلف می‌تواند خطای تصمیم ایجاد کند.

در این بخش چارچوب مفهومی «پروفایل اسیدی–قلیایی روغن» را می‌سازیم

پروفایل اسیدی–قلیایی یعنی هم‌زمان سه چیز را ببینیم: (۱) مقدار TAN، (۲) مقدار TBN، و (۳) جهت و سرعت تغییرات آن‌ها نسبت به خط مبنا. خط مبنا می‌تواند «روغن نو» یا «نخستین نمونه‌گیری در ابتدای برنامه پایش» باشد. در عمل، دو سناریو بسیار مهم است: بالا رفتن TAN و پایین آمدن TBN. اما تفسیر حرفه‌ای می‌گوید تنها زمانی می‌توان حکم داد که این تغییرات را با نوع کاربرد، دما، آلودگی‌ها و نتایج آزمون‌های مکمل کنار هم گذاشت.

برای موتور، این پروفایل بیشتر شبیه یک بازی توازن است: اسیدها تولید می‌شوند (احتراق/اکسیداسیون) و قلیاها مصرف می‌شوند (خنثی‌سازی). هرچه شرایط سخت‌تر باشد (ترافیک سنگین، بار بالا، سوخت نامناسب، EGR بالا، دمای زیاد)، تولید اسید و مصرف TBN سریع‌تر می‌شود. برای صنعت، داستان غالباً «اکسیداسیون و آلودگی» است؛ یعنی TAN به‌تدریج بالا می‌رود و اگر از کنترل خارج شود، نشانه نزدیک‌شدن به فاز تخریب شتاب‌گیر (runaway oxidation) خواهد بود.

یک ابزار کاربردی، نگاه به «نسبت‌سازی» نیست بلکه نگاه به «پنجره تصمیم» است: آیا TAN از حد هشدار اختصاصی آن روغن و تجهیز عبور کرده؟ آیا TBN به زیر درصد مشخصی از مقدار اولیه رسیده؟ و آیا هم‌زمان نشانه‌های اکسیداسیون، آلودگی، آب یا دوده دیده می‌شود؟ در برنامه‌های نگهداری پیشگیرانه، مهم‌ترین خروجی این چارچوب، تعریف آستانه‌های اختصاصی بر اساس تجربه، حساسیت تجهیز و داده‌های آزمایشگاه است.

در این بخش سازوکار تغییرات اسیدی–قلیایی را با اکسیداسیون، آلودگی و افزودنی‌ها ربط می‌دهیم

اکسیداسیون روغن معمولاً با افزایش دما، حضور اکسیژن، کاتالیزورهای فلزی (مثل مس و آهن)، و آلودگی‌ها تشدید می‌شود. محصولات اکسیداسیون می‌توانند اسیدهای آلی و ترکیبات قطبی ایجاد کنند که هم TAN را بالا می‌برند و هم زمینه تشکیل لاک/وارنیش و افزایش ویسکوزیته را فراهم می‌کنند. در موتور، علاوه بر اکسیداسیون، نیتراسیون (در دمای بالا و شرایط احتراق خاص) و ورود محصولات احتراق نیز می‌تواند به افزایش TAN کمک کند.

آلودگی‌ها نقش دوگانه دارند: برخی آلودگی‌ها TAN را مستقیم افزایش می‌دهند (مثلاً ورود سیالات فرایندی اسیدی)، برخی با سرعت‌دادن به اکسیداسیون TAN را غیرمستقیم بالا می‌برند (مثلاً وجود آب، ذرات فلزی و مس). در مقابل، TBN یک «منبع مصرف‌شونده» است؛ هرچه اسید بیشتری تولید یا وارد شود، افزودنی‌های قلیایی سریع‌تر خنثی‌سازی می‌کنند و TBN افت می‌کند. به همین دلیل، در دیزل‌ها و ناوگان‌های شهری/معدنی، افت TBN می‌تواند زودتر از سایر شاخص‌ها علامت بدهد که روغن به انتهای عمر شیمیایی‌اش نزدیک می‌شود.

افزودنی‌ها هم می‌توانند بر هر دو عدد اثر بگذارند. برخی افزودنی‌ها ذاتاً اسیدی یا قطبی‌اند و می‌توانند در TAN دیده شوند، بدون این‌که الزاماً «خرابی» رخ داده باشد. همچنین در روغن‌های صنعتی خاص (مثل برخی توربین‌ها یا روغن‌های با فرمولاسیون ویژه)، افزایش اولیه TAN در ساعات نخست کارکرد می‌تواند ناشی از پایدارشدن شیمیایی و استخراج ترکیبات از سیستم باشد. بنابراین، تفسیر باید با شناخت روغن، کاربری و تاریخچه نمونه‌گیری انجام شود.

در این بخش آزمون‌های مرتبط و استانداردها را برای تفسیر قابل اتکا مرور می‌کنیم

برای تبدیل TAN/TBN به تصمیم نگهداری، بهتر است آن‌ها را در کنار آزمون‌های مکمل دید. از نظر استانداردها و روش‌ها، همان‌طور که گفته شد، TAN غالباً با ASTM D664 گزارش می‌شود و TBN با ASTM D2896 یا ASTM D4739. اما در گزارش حرفه‌ای، معمولاً شاخص‌های دیگری هم ارائه می‌شود که باید هم‌راستا تفسیر شوند.

• اکسیداسیون/نیتراسیون (اغلب با FTIR در گزارش‌های پایش وضعیت): اگر هم‌زمان با رشد TAN بالا برود، احتمال تخریب شیمیایی تقویت می‌شود.
• ویسکوزیته در 40/100 درجه: افزایش ویسکوزیته همراه با رشد TAN می‌تواند نشانه پلیمرشدن محصولات اکسیداسیون و شروع مشکلات رسوب/وارنیش باشد.
• آب (Karl Fischer یا روش‌های هم‌ارز): آب هم می‌تواند خوردگی را تشدید کند و هم اکسیداسیون را سرعت دهد؛ در برخی سیستم‌ها افزایش TAN همراه با آب، هشدار جدی است.
• فلزات سایش و آلودگی (ICP): رشد آهن/مس در کنار رشد TAN می‌تواند نشان دهد اسیدها به خوردگی/سایش کمک کرده‌اند یا فلزات نقش کاتالیزور اکسیداسیون را داشته‌اند.
• دوده/سوخت رقیق‌کننده (در موتور): رقیق‌شدن با سوخت می‌تواند اکسیداسیون و افت پایداری را تغییر دهد و با TAN/TBN بازی کند.

در عمل، موتورازین معمولاً توصیه می‌کند برنامه پایش با یک «پکیج حداقلی» طراحی شود: TAN/TBN + ویسکوزیته + آب + فلزات + شاخص‌های اکسیداسیون/آلودگی. این ترکیب، خطای تصمیم‌گیری با تکیه بر یک عدد را کم می‌کند.

در این بخش روش تفسیر حرفه‌ای نتایج TAN و TBN را مرحله‌به‌مرحله ارائه می‌کنیم

روش عملی برای تفسیر، از «اعداد مطلق» شروع نمی‌شود؛ از مقایسه با خط مبنا و روند شروع می‌شود. برای همین، اولین نمونه‌گیری و ثبت TAN/TBN روغن نو (یا نمونه نزدیک به شروع سرویس) ارزش زیادی دارد. سپس با دوره نمونه‌گیری ثابت، سرعت تغییرات قابل محاسبه می‌شود.

1. روش آزمون را یکسان نگه دارید: TAN/TBN را بین گزارش‌هایی با روش‌های متفاوت مقایسه نکنید مگر با تفسیر آزمایشگاه.
2. خط مبنا تعریف کنید: مقدار روغن نو و مقدار پس از یک بازه کوتاه کارکرد را ثبت کنید تا رفتار طبیعی سیستم مشخص شود.
3. به «روند» بیشتر از «عدد» وزن بدهید: جهش ناگهانی TAN معمولاً مهم‌تر از بالا بودنِ نسبی آن است.
4. TBN را به‌صورت درصدی از مقدار اولیه ببینید: افت شدید نسبت به خط مبنا، زنگ خطر نزدیک‌شدن به پایان عمر شیمیایی است؛ اما آستانه دقیق به نوع موتور/سوخت/روغن وابسته است.
5. TAN بالا + TBN پایین را با داده‌های مکمل قفل کنید: اگر هم‌زمان اکسیداسیون/آب/فلزات هم روند بدی دارند، تصمیم تعویض یا اصلاح فرایند منطقی‌تر می‌شود.

برای اتوسرویس‌ها و ناوگان‌ها، این رویکرد کمک می‌کند تصمیم «زمان‌بندی تعویض» از حالت کیلومتر ثابت و سلیقه‌ای خارج شود. برای مثال، در سرویس‌هایی که با ترافیک سنگین و توقف–حرکت زیاد کار می‌کنند، ممکن است TBN زودتر افت کند، حتی اگر ظاهر روغن هنوز «بد» به نظر نرسد. در چنین شرایطی، تکیه بر پروفایل اسیدی–قلیایی می‌تواند از خوردگی یاتاقان‌ها و افزایش سایش جلوگیری کند.

در تحلیل‌های میدانی مرتبط با انتخاب روغن موتور برای کاربری‌های مختلف، معمولاً توصیه می‌شود TAN/TBN در کنار شاخص‌های دوده، سوخت و ویسکوزیته دیده شود تا یک تصمیم قابل دفاع شکل بگیرد؛ نه صرفاً تعویض زودهنگام و نه ادامه کارکرد پرریسک.

در این بخش پیامدهای عملی در موتور و تجهیزات صنعتی را به زبان نگهداری ترجمه می‌کنیم

بالا رفتن TAN و پایین آمدن TBN اگر از کنترل خارج شود، فقط یک تغییر آزمایشگاهی نیست؛ به خرابی‌های عملی تبدیل می‌شود. در موتور، افزایش اسیدها می‌تواند خوردگی یاتاقان‌ها، حمله به سطوح مسی/سربی، افزایش لجن و رسوب و کاهش پایداری فیلم روغن را تشدید کند. افت TBN نیز یعنی سپر خنثی‌سازی ضعیف شده و با ادامه کار، نرخ تخریب می‌تواند شتاب بگیرد.

در تجهیزات صنعتی، افزایش TAN معمولاً به‌صورت افزایش تمایل به وارنیش/لاک، چسبندگی شیرهای سروو، افت راندمان سیستم‌های هیدرولیک دقیق، افزایش دمای کارکرد و در نهایت ریسک توقف خط خودش را نشان می‌دهد. این‌جا گاهی TBN شاخص اصلی نیست، اما «جهش TAN» همراه با افزایش ویسکوزیته و تغییر رنگ/بو، پیام مهمی دارد: روغن در حال عبور از آستانه پایداری است و باید یا تعویض شود یا با اقدام اصلاحی (مثل کنترل دما، حذف آب، فیلتراسیون مناسب، بررسی منبع آلودگی) پایدار گردد.

در تصمیم‌گیری صنعتی، انتخاب درست روغن صنعتی از ابتدا اهمیت دارد؛ چون بسته افزودنی، پایداری اکسیداسیون و رفتار TAN در طول زمان می‌تواند بین فرمولاسیون‌ها تفاوت معنادار داشته باشد. نتیجه این تفاوت، مستقیم روی عمر روغن، تعداد توقف‌ها و هزینه نگهداری می‌نشیند.

در این بخش چالش‌های رایج تفسیر TAN/TBN در ایران و راه‌حل‌های اجرایی را جمع‌بندی می‌کنیم

در شرایط واقعی ایران، چند چالش تکراری باعث می‌شود TAN/TBN درست خوانده نشود یا تصمیم‌ها دیر گرفته شود. نکته مهم این است که بیشتر این چالش‌ها با یک برنامه پایش ساده و منظم قابل کنترل است.

برای ناوگان‌های شهری، تفاوت اقلیم هم تعیین‌کننده است. مثلاً گرمای طولانی و ترافیک می‌تواند اکسیداسیون را تشدید کند و در نتیجه TAN را سریع‌تر بالا ببرد. در چنین کاربردهایی، دسترسی مطمئن به روغن مناسب و همسان‌سازی تأمین در سطح شهر اهمیت دارد؛ برای نمونه در برنامه‌های تأمین روغن موتور در شهر تهران معمولاً یکی از اهداف، کاهش پراکندگی کیفیت و تثبیت نتایج پایش است.

از سمت صنعتی هم، شهرهای بندری با رطوبت بالا می‌توانند ریسک ورود آب و تسریع تخریب را بیشتر کنند. اگر پایش نشان دهد TAN همراه با آب در حال افزایش است، باید منبع ورود آب (کندانس، نشتی مبدل، درزگیرها) سریعاً بررسی شود؛ و در برنامه تأمین و سرویس، هماهنگی با تیم‌های محلی اهمیت پیدا می‌کند، مثل سناریوهای پشتیبانی روغن صنعتی در شهر بندرعباس برای صنایع نزدیک ساحل.

در این بخش جمع‌بندی فنی و قابل ارجاع ارائه می‌کنیم

TAN و TBN وقتی کنار هم تحلیل شوند، تصویری مهندسی از «تعادل شیمیایی روغن» می‌دهند: TAN نماینده بار اسیدی قابل تیتر شدن و TBN نماینده ظرفیت خنثی‌سازی و دوام شیمیایی بسته افزودنی است. در موتور، افت TBN معمولاً هم‌زمان با مواجهه روغن با محصولات احتراق و اسیدها رخ می‌دهد و اگر با رشد TAN، افزایش اکسیداسیون، تغییر ویسکوزیته یا افزایش فلزات همراه شود، می‌تواند نشانه نزدیک‌شدن به ریسک خوردگی و رسوب باشد. در صنعت، TAN شاخص اصلی پیگیری اکسیداسیون و آلودگی است و «روند» آن در کنار آب، ویسکوزیته و فلزات، پنجره تصمیم برای تعویض یا اقدام اصلاحی را مشخص می‌کند. برای تصمیم قابل دفاع، روش آزمون (ASTM/ISO) باید مشخص و ثابت باشد، خط مبنا تعریف شود و تفسیر به‌جای یک عدد، بر پایه روند و هم‌خوانی چند شاخص انجام گیرد.

پرسش‌های متداول

آیا بالا رفتن TAN همیشه به معنی خراب‌شدن روغن است؟

خیر. TAN افزایشِ مواد اسیدی قابل تیتر را نشان می‌دهد، اما منشأ آن می‌تواند متفاوت باشد. در برخی روغن‌ها افزایش اولیه می‌تواند ناشی از پایدارشدن سیستم یا اثر افزودنی‌ها باشد. معیار حرفه‌ای، «روند» TAN نسبت به خط مبنا و هم‌زمانی آن با اکسیداسیون، ویسکوزیته، آب و فلزات است. جهش سریع TAN معمولاً مهم‌تر از مقدار مطلق آن است.

کدام روش TBN مهم‌تر است؛ ASTM D2896 یا ASTM D4739؟

هر دو روش معتبرند اما هدفشان متفاوت است. D2896 معمولاً عدد بالاتری می‌دهد و برای روغن‌های تازه و فرمول‌های قلیایی (خصوصاً دیزل) رایج است. D4739 در بسیاری از تحلیل‌های روغن کارکرده واقع‌بینانه‌تر تلقی می‌شود. مهم این است که در یک برنامه پایش، روش ثابت باشد و تغییرات TBN در همان روش دنبال شود؛ مقایسه بین دو روش می‌تواند تصمیم را منحرف کند.

در روغن‌های صنعتی که TBN پایین است، آیا TBN را باید نادیده گرفت؟

در بسیاری از روغن‌های صنعتی، TBN از ابتدا پایین است و شاخص اصلی پایش، TAN و اکسیداسیون است؛ اما «نادیده گرفتن» دقیق نیست. اگر روغن صنعتی خاصی با افزودنی قلیایی طراحی شده باشد یا سیستم در معرض آلودگی اسیدی باشد، TBN می‌تواند اطلاعات تکمیلی بدهد. تصمیم درست، وابسته به نوع روغن، توصیه سازنده و تاریخچه سیستم است.

چه زمانی افت TBN در موتور خطرناک می‌شود؟

یک عدد ثابت و عمومی برای همه موتورهای بنزینی/دیزلی وجود ندارد، چون نوع روغن، کیفیت سوخت، شرایط کاری و روش آزمون اثرگذارند. اما به‌صورت حرفه‌ای، وقتی TBN نسبت به خط مبنا افت محسوس و شتاب‌دار پیدا کند و هم‌زمان TAN یا شاخص‌های اکسیداسیون/دوده رو به افزایش باشند، ریسک افزایش می‌یابد. بهترین کار، تعریف آستانه‌های اختصاصی با چند دوره نمونه‌گیری است.

اگر TAN بالا رفت ولی ویسکوزیته ثابت ماند، باید تعویض کنیم؟

نه لزوماً. ثابت‌ماندن ویسکوزیته می‌تواند نشان دهد تخریب هنوز به مرحله پلیمرشدن شدید نرسیده، اما افزایش TAN ممکن است به خوردگی یا تشکیل ترکیبات قطبی منجر شود. باید آب، اکسیداسیون (FTIR)، فلزات سایش و وضعیت فیلتر/پاکیزگی بررسی شود. تصمیم بهتر معمولاً بر پایه «هم‌خوانی چند شاخص» گرفته می‌شود، نه یک شاخص.

برای شروع برنامه پایش TAN/TBN از کجا آغاز کنیم؟

از تعریف خط مبنا و نظم نمونه‌گیری. یک نمونه از روغن نو (یا ابتدای سرویس) بگیرید، سپس با فاصله‌های ثابت (مثلاً بر اساس ساعت کارکرد/کیلومتر) نمونه‌گیری را تکرار کنید. روش آزمون را ثابت نگه دارید و حداقل TAN/TBN را کنار ویسکوزیته، آب و فلزات سایش بگذارید. بعد از چند دوره، آستانه‌های واقعیِ همان تجهیز و همان شرایط کاری به‌دست می‌آید.