تریبولوزی در کمپرسورهای گاز ترش؛ چرا حیاتیتر از همیشه است؟
تریبولوزی کمپرسور گاز ترش، یعنی مدیریت تماس سطوح، سایش و روانکاری در حضور H₂S و CO₂ تحت فشار و دمای بالا. تفاوت کلیدی با کمپرسور گاز شیرین این است که در گاز ترش، خورندگی و انحلال گاز در روغن، فیلم روانکار را ناپایدار میکند و سازوکارهای سایش را تشدید میسازد. برای صنایع نفت و گاز ایران—از پالایشگاهها تا میادین جنوب و سکوهای دریایی—درک این ظرائف تریبولوژیکی مستقیماً به افزایش دسترسپذیری تجهیز، کاهش توقف تولید و ایمنی بالاتر منجر میشود.
چالش مشترک مهندسان نگهداشت در این فضا، سازش بین ویسکوزیته کافی برای حفظ فیلم هیدرودینامیک و پایداری شیمیایی در برابر اسیدهای ناشی از گاز ترش است. هدف این راهنما ارائه چارچوب عملی برای انتخاب و مدیریت روانکار (روغن و گریس) در کمپرسورهای رفتوبرگشتی، اسکرو و سانتریفوژ در سرویس گاز ترش است.
- کلیدواژه عملی: تریبولوزی کمپرسور گاز ترش = کنترل سایش + کنترل خوردگی + حفظ فیلم روغن.
- H₂S/CO₂ میتوانند ویسکوزیته را کاهش دهند، TAN را بالا ببرند و فیلم را فروبپاشند.
- انتخاب روغن پایه PAO/Group III با بسته افزودنی ashless AW + ضدخوردگی تقویتشده، نقطه شروع امنتری است.
- سطوح با زبری کنترلشده و پوششهای سختلایه، احتمال گذار به روانکاری مرزی را کم میکنند.
- پایش منظم TAN، ویسکوزیته، آب، شاخص پاکیزگی و تست خوردگی مس (ASTM D130) ضروری است.
رژیمهای روانکاری: از مرزی تا هیدرودینامیک در اجزای کلیدی
منحنی استریبک نشان میدهد رژیم روانکاری تابع ویسکوزیته، سرعت و بار است. در کمپرسورهای گاز ترش، تغییرات لحظهای فشار و دما، بهعلاوه انحلال گاز در روغن، این تعادل را برهم میزند و گذارهای ناخواسته به مرزی/مختلط رخ میدهد.
یاتاقانها و چرخدندهها
– یاتاقانهای ژورنال و رولربرینگها در سرعتهای بالا غالباً در رژیم هیدرودینامیک/الاستوهیدرودینامیک کار میکنند. گاز محلول، ویسکوزیته مؤثر را کاهش داده و به نازکشدن فیلم منجر میشود؛ بنابراین انتخاب روغن با VI بالا و پایداری برشی قوی حیاتی است.
– چرخدندههای کمکی (در دندهجات کمکی یا کوپلهها) در تماسهای خطی/نقطهای مستعد گذار به مختلط هستند؛ افزودنیهای ضدسایش ashless و مدیریت آلودگی ذرات اهمیت دارد.
رینگ/سیلندر و پکینگها در رفتوبرگشتی
رینگهای پیستون و پکینگها بهدلیل ضربان فشار و معکوسشدن سرعت، مکرراً در مرزی/مختلط کار میکنند. فیلم نازک، بهویژه در دماهای بالای تخلیه، در تماس خشک لحظهای فرو مینشیند و سایش چسبنده و ساینده را تشدید میکند. افزودنیهای تشکیلفیلم شیمیایی پایدار و کنترل زبری سطح بحرانی است.
آببندهای گازی خشک و سیلهای مکانیکی
در سانتریفوژها، سیلهای گازی خشک وابسته به گازپردازی تمیز و روغن عاری از مه هستند. هرگونه carryover روغن یا ذرات میتواند فاصله میکرونی faces را مختل کند. در سیلهای مکانیکی، مرزی/مختلط شایع است؛ بنابراین روانکار سازگار با مواد و ضدخشکی (anti-scuff) مورد نیاز است.
اثر گاز ترش بر فیلم روغن و مکانیسمهای سایش/خوردگی
– انحلال گاز: H₂S و CO₂ در فشار بالا در روغن حل میشوند و با کاهش ویسکوزیته، فیلم را نازک میکنند. در افت فشار، آزادسازی ناگهانی گاز موجب کفکردگی و میکرودییزلینگ میشود که اکسیداسیون را تسریع میکند.
– اسیدزایی و خوردگی: CO₂ در حضور آب کربنیک میسازد و TAN را افزایش میدهد. H₂S با فلزات فعال واکنش داده و لایههای سولفیدی (مثلاً FeS) تشکیل میدهد که ممکن است موقتاً محافظ باشد اما شکننده است و شکست آن ذرات ساینده آزاد میکند.
– اکسیداسیون و وارنیش: دمای تخلیه بالا، همراه با هوا/گاز محلول، اکسیداسیون را تشدید میکند. افت سلامت آنتیاکسیدانتها به وارنیش و چسبندگی سوپاپها و شیرهای یکطرفه میانجامد.
– خوردگی مس و آلیاژها: H₂S میتواند خوردگی مس/برنج را افزایش دهد؛ انتخاب بسته افزودنی با metal deactivator مناسب و حداقل گوگرد فعال اهمیت دارد.
نتیجه عملی: با افزایش فشار و دما، احتمال گذار از هیدرودینامیک به مختلط در نقاط بحرانی بالا میرود. راهحل، ترکیب انتخاب روغن با قابلیت تحمل گاز محلول، ضدخوردگی قوی، آنتیاکسیدانت پایدار و کنترل سختگیرانه آلودگی است.
مواد، زبری و آببندی: انتخابهای سازهای برای دوام
انتخاب مواد باید با الزامات NACE MR0175/ISO 15156 برای سرویس گاز ترش همسو باشد. از آلیاژهای مسی در مسیرهای تماس با گاز ترش اجتناب کنید و برای قطعات بحرانی از فولادهای آلیاژی مقاوم به H₂S یا سوپرآلیاژها استفاده کنید. پوششهای سخت مانند کرومسخت، نیتریدینگ، کاربیدنیکل و DLC به کاهش چسبندگی و سایش کمک میکنند.
زبری سطح هدف برای ژورنالها و سطوح لغزشی معمولاً در بازه Ra≈0.1–0.2 μm و برای سیلندر/لاینر رفتوبرگشتی با الگوی هونینگ کنترلشده در حدود Ra≈0.2–0.4 μm توصیه میشود. زبری بسیار کم ممکن است نگهداری روغن را کاهش دهد و زبری بسیار زیاد، گذار به مرزی را تشدید میکند. کیفیت آببندها (elastomer و thermoplastic) نیز مهم است: FKM/HNBR در برابر H₂S عملکرد بهتری از NBR دارند؛ در صورت استفاده از PAG/POE، سازگاری با الاستومرها باید بررسی شود.
در پکینگهای رفتوبرگشتی، مواد پرکننده با PTFE/کربن و حلقههای فنردار، همراه با گریسهای پایه کلسیم سولفونات، مقاومت خوبی در برابر محیط اسیدی و آب نشان میدهند. برای سیلهای مکانیکی، انتخاب جفتسطح SiC/SiC یا SiC/کربن با روانکار سازگار، ریسک سایش چسبنده را کم میکند.
انتخاب ویسکوزیته، روغن پایه و بسته افزودنی در گاز ترش
– ویسکوزیته: با فرض کاهش ویسکوزیته بر اثر انحلال گاز، یک گرید بالاتر نسبت به سرویس شیرین معمولاً امنتر است؛ بهعنوان نمونه ISO VG 68 بهجای 46 برای اسکرو با گاز ترش و ISO VG 100–150 برای رفتوبرگشتیهای سنگین. تصمیم نهایی باید بر اساس دمای بادیوِی، سرعت و بارگذاری واقعی باشد.
– روغن پایه: PAO و Group III بهدلیل VI بالا، پایداری اکسیداسیونی و گازپذیری کمتر نسبت به مینرال معمول، گزینههای ارجحاند. PAG در برخی کاربردها مزیت پاکیزگی دارد اما ممکن است با برخی الاستومرها ناسازگار بوده یا CO₂ را بیش از حد حل کند؛ در سرویس گاز ترش هیدروکربنی، PAO/Group III عموماً امنتر است. POE در دماهای بالا پایداری خوبی دارد ولی باید اثرات هیدرولیز/آب را کنترل کرد.
– بسته افزودنی: برای کمپرسورهای گاز، افزودنیهای ashless AW/R&O با آنتیاکسیدانتهای آمینی/فنیلی، ضدزنگ/ضدخوردگی قوی، metal deactivator برای مس، ضدکف سیلیکونی مقاوم به گاز و دمولسیفایر کارآمد توصیه میشود. EPهای سولفور-فسفر با «گوگرد فعال» میتوانند در دمای بالا خورنده باشند؛ استفاده از نسخههای non-staining یا جایگزینهای مولیبدنی/بوراتی با ارزیابی سازگاری پیشنهاد میشود.
– گریس: برای یاتاقانها و پکینگها، گریس کلسیمسولفونات کمپلکس NLGI 2 با E.P. و ضدخوردگی قوی، در محیط H₂S/آب شور کارآمد است. در شوکلود، افزودن جامداتی مثل MoS₂ با احتیاط نسبت به سیلها انجام شود.
استراتژیهای پیشگیری و پایش: فیلتراسیون، رطوبت و دما
– فیلتراسیون و پاکیزگی: دستیابی به کد ISO 4406 حداقل 18/16/13 برای یاتاقانها و 17/15/12 برای سیلهای حساس پیشنهاد میشود. فیلتراسیون چندمرحلهای (بتا≥200) با کیدنیلوپ آفلاین، و فیلترهای پولیش نهایی در مدارهای حساس بهکار گیرید. بریدرهای دسیکانت برای محفظهها، ورود رطوبت را کاهش میدهند.
– مدیریت آب و اسید: آب کل ≤100–300 ppm هدفگذاری شود. در صورت افزایش TAN یا نشانههای اسیدزایی، تعویض جزئی/کامل روغن، شیرینسازی با فیلترهای خاک رنگبر/رزن یا دیواکسینگ در صورت لزوم انجام شود. پایش D665 (ضدزنگ) و D130 (خوردگی مس) راهگشاست.
– کنترل دما و گاز: خنککاری مؤثر میانمرحلهای دمای تخلیه را در بازه امن نگه میدارد. طراحی مسیر برگشت با حداقل آژیتاسیون، و در صورت امکان نیتروژنبلنکت روی مخزن روغن، ورود اکسیژن و اکسیداسیون را محدود میکند. برای ایران با اقلیم گرم و گردوغبار، آببندی اتصالات و مدیریت نشتیها، حیاتی است.
تطبیق شرایط عملیاتی و انتخاب روغن: جدول و چکلیست
جدول زیر تطبیق تجربی شرایط معمول کمپرسورهای گاز ترش با رژیم روانکاری غالب و کلاس روغن پیشنهادی را نشان میدهد. این توصیهها باید با محاسبات سازنده، نتایج آنالیز روغن و شرایط واقعی سایت اعتبارسنجی شوند.
| نوع تجهیز/نقطه تماس | شرایط عملیاتی نمونه | رژیم غالب | گرید و روغن پایه پیشنهادی | نکات افزودنی/استاندارد |
|---|---|---|---|---|
| اسکرو گاز ترش (یاتاقانها) | P: 80–150 bar، T تخلیه: 90–120°C، n: 3000–9000 rpm | هیدرودینامیک/EHL | ISO VG 68 PAO/Group III با VI بالا | Ashless R&O + ضدکف پایدار، دمولسیفایر قوی، D130 سطح 1a–1b |
| رفتوبرگشتی (رینگ/سیلندر) | P: 120–220 bar، T دیواره: 120–160°C، n: 600–1200 rpm | مختلط/مرزی | ISO VG 100–150 PAO/Group III | Ashless AW، ضدخوردگی قوی، آنتیاکسیدانت آمینی/فنیلی |
| رفتوبرگشتی (کراسهد/یاتاقان ژورنال) | بار بالا، T روغن: 70–95°C | هیدرودینامیک → مختلط در شوک | ISO VG 100 PAO/Group II+ | بهبوددهنده پایداری برشی، کنترل ISO 4406 ≤18/16/13 |
| سانتریفوژ (سیل مکانیکی) | P: 60–120 bar، T محلی: 80–110°C | مرزی/مختلط | ISO VG 32–46 PAO/POE سازگار با سیل | Metal deactivator، ضدکف کمسیلیکون، سازگاری الاستومر |
| پکینگها و راهنماها | محیط H₂S/CO₂ با رطوبت متغیر | مرزی | گریس کلسیمسولفونات NLGI 2 | E.P. غیرخورنده، ضدزنگ قوی، آبگریز |
| چرخدنده کمکی | گشتاور لحظهای، T: 60–90°C | مختلط | ISO VG 150 Group II/PAO | Ashless AW/E.P. non-staining، کنترل ذرات ≤ISO 17/15/12 |
چکلیست انتخاب روغن
- تعریف شرایط: فشار/دمای مرحله، سرعت، نوع کمپرسور، جنس سطوح، وجود آب.
- انتخاب پایه: PAO/Group III برای گازپذیری کم و پایداری اکسیداسیونی بالا.
- گرید ویسکوزیته: یک پله بالاتر از سرویس شیرین در شرایط مشابه، سپس صحهگذاری با دمای کار.
- افزودنیها: ashless AW/R&O، ضدخوردگی قوی، metal deactivator، ضدکف مقاوم به گاز، دمولسیفایر.
- سازگاری مواد: تست با الاستومرها/سیلها و پوششهای سخت.
- پاکیزگی و آب: هدفگذاری ISO 4406 و آب کل؛ پیشبینی فیلتراسیون و خشککن.
برنامه پایش وضعیت
- ماهانه: ویسکوزیته در 40/100°C، TAN، آب (Karl Fischer)، شمارش ذرات (ISO 4406).
- فصلی: FTIR (اکسیداسیون/سولفیدها)، RULER برای سلامت آنتیاکسیدانت، D130 و D665.
- آنلاین: سنسور ویسکوزیته/دیالکتریک، شمارنده ذرات، فروس دبراس در یاتاقانهای بحرانی.
- تحلیلی: MPC/ورنیشسنجی در دماهای بالا؛ در صورت افزایش MPC، پولیش فیلتراسیون.
- اقدام اصلاحی: در رشد TAN/آب، تعویض جزئی، خشککردن، یا تعویض کامل مطابق آستانههای OEM.
جمعبندی
جمعبندی: تریبولوزی در کمپرسورهای گاز ترش بازی بین سه عامل است: فیلم روغن، شیمی خورنده و توپولوژی سطح. H₂S و CO₂ با حلشدن در روغن، ویسکوزیته را میکاهند و با تشکیل اسید/سولفید، خوردگی را فعال میکنند. در چنین محیطی، عبور مکرر از هیدرودینامیک به مختلط/مرزی اجتنابناپذیر است مگر آنکه مجموعهای از تصمیمهای همافزا اتخاذ شود: انتخاب پایه PAO/Group III با VI بالا و گرید ویسکوزیتهای که افت ناشی از گاز محلول را جبران کند؛ بسته افزودنی ashless AW/R&O با ضدخوردگی و metal deactivator مؤثر؛ گریسهای کلسیمسولفونات برای نقاط مرزی؛ سطوح با زبری مهندسیشده و پوششهای سخت؛ فیلتراسیون دقیق برای حفظ کد ISO 4406 هدف؛ مدیریت آب و دما؛ و نهایتاً برنامه پایش منظم آزمایشگاهی/آنلاین برای مهار روند اکسیداسیون و اسیدزایی.
در شرایط عملیاتی ایران—از گرمای خوزستان تا رطوبت خلیجفارس—شدت اکسیداسیون و ریسک ورود گردوغبار/آب بالاتر است. راهکارهای سختگیرانه در آببندی، خشکسازی، و استفاده از بریدرهای دسیکانت، همراه با انتخاب روغنهای مقاوم به H₂S، ماندگاری تجهیز و فاصله تعویض روغن را افزایش میدهد. موتورازین بهعنوان مرجع تخصصی تأمین و توزیع روانکار صنعتی، با دسترسی به گریدهای مقاوم به گاز ترش و خدمات پایش، میتواند شریک اجرایی برنامه تریبولوزی شما باشد.
پرسشهای متداول
آیا انتخاب روغن در گاز ترش با گاز شیرین فرق دارد؟
بله؛ در گاز ترش باید اثر انحلال گاز و اسیدزایی را لحاظ کنید. معمولاً یک گرید ویسکوزیته بالاتر، پایه PAO/Group III، بسته افزودنی ashless AW/R&O با ضدخوردگی قوی و metal deactivator نیاز است. همچنین کنترل آب و کد ISO 4406 سختگیرانهتر بوده و تستهای D130/D665 باید منظمتر انجام شوند.
PAO بهتر است یا PAG/POE برای کمپرسور گاز ترش؟
برای گاز ترش هیدروکربنی، PAO/Group III عموماً بهدلیل گازپذیری کمتر، سازگاری بهتر با الاستومرهای رایج و پایداری اکسیداسیونی، انتخاب امنتری است. PAG/POE در برخی سامانهها مزیت دارند، اما ریسک سازگاری الاستومر و رفتار با CO₂/آب باید دقیق ارزیابی شود.
از EP سولفوردار استفاده کنیم؟
در مرز تماسهای شدید میتواند مفید باشد، اما «گوگرد فعال» در دمای بالا خورنده است و در حضور H₂S ریسک خوردگی مسی وجود دارد. گزینههای EP non-staining یا افزودنیهای مولیبدنی/بوراتی همراه با بسته ashless AW و ارزیابی سازگاری پیشنهاد میشوند.
نشانههای رقیقشدن روغن با گاز و راهحل چیست؟
افت ویسکوزیته، کفکردگی، افزایش نویز یاتاقان، دمای موضعی بالاتر و تغییرات سریع دیالکتریک. راهحل: بازبینی گرید ویسکوزیته/پایه، کاهش آژیتاسیون برگشت، ضدکف مناسب، کنترل فشار کارتر و بهبود تهویه/بلنکت نیتروژن.
فاصله نمونهگیری و مهمترین پارامترهای پایش کداماند؟
در سرویس بحرانی، ماهانه نمونهگیری انجام دهید: ویسکوزیته، TAN، آب (Karl Fischer)، شمارش ذرات (ISO 4406). فصلی FTIR، RULER، D130/D665 و در دماهای بالا MPC. هر روند رو به افزایش در TAN/آب یا افت آنتیاکسیدانتها باید با اقدام اصلاحی همراه شود.
بدون نظر