روغن نهایی بر پایه POE و PAG

گاهی اوقات حل یک مشکل، مشکل دیگری ایجاد می‌کند، اما گاهی اوقات نیز مزایای غیرمنتظره‌ای به همراه دارد. به عنوان مثال، روغن‌های پایه برای کمپرسورهای دوار و روان‌کننده‌های توربین‌ها در یک “دوره مشکل” قرار گرفتند قبل از اینکه به انتخاب محصولات حتی بهتری برسند.

روغن نهایی بر پایه POE و PAG چیست؟

زمانی که کمپرسورهای دوار برای اولین بار در دهه 1960 اختراع شدند، به گفته ویل هارلی، مالک و رئیس شرکت  Fluid Metrics که در زمینه روغن کمپرسور، تصفیه روغن و افزودنی‌های روغن فعالیت می‌کند، روغن‌های سنتزی به راحتی در دسترس نبودند، بنابراین با روغن‌های معدنی روانکاری می‌شدند. این روغن‌ها شامل روغن‌های گروه API I بودند که حاوی گوگرد و ترکیبات آروماتیک بودند که به حفظ پیش‌سازهای رسوبات سطحی در محلول کمک می‌کردند. عمر متوسط روغن معدنی حدود 1000 ساعت بود، یا حدود شش هفته زمان کار مداوم. با افزایش استفاده از توربین‌ها، تولیدکنندگان روان‌کننده به سمت روغن‌های هیدروکربنی با تصفیه بالاتر در گروه‌های II و API III و همچنین روغن‌های سنتزی گروه IV  مانند پلی‌آلفا اولفین‌ها (PAOs) حرکت کردند. این روغن‌ها از نظر اکسیداسیون پایدارتر از روغن‌های گروه I هستند.

با این حال، حتی هیدروکربن‌های بسیار خالص نیز می‌توانند در طول زمان اکسید شوند، به ویژه در عملیات با دمای بالا و طولانی. محصولات اکسیداسیون قطبی حاصل، حلالیت محدودی در روغن‌های پایه غیرقطبی بسیار بالا دارند. روغن‌های هیدروکربنی با تصفیه بالا و روغن‌های سنتزی می‌توانند به خوبی عمل کنند تا زمانی که افزودنی‌های آنتی‌اکسیدان آن‌ها شروع به از بین رفتن کنند و سپس می‌توانند به سرعت اکسید شوند و رسوبات بر سطح تجهیزات  تشکیل میشود.

اگرچه توربین‌ها، مانند کمپرسورها، شامل قطعاتی با چرخش سریع و دماهای بالا هستند، اما نیازهای متفاوتی دارند. روغن‌های سنتزی در گروه V API، از جمله پلی‌اکلین گلیکول‌ها (PAGs) و پلی‌ال استرها (POEs)، از ترکیبات آلی حاوی اکسیژن ساخته شده‌اند که حلالیت اکسیداسیون را افزایش می‌دهند.

چالش‌های توربین و کمپرسور:

 “هوای فشرده چهارمین منبع انرژی در یک کارخانه صنعتی است”، علاوه بر برق، آب و گاز طبیعی، به گفته هارلی. کمپرسورهای هوای فشرده با روغن‌پاشی دوار “به اندازه لیفتراک‌ها در عملیات صنعتی رایج هستند”، درواقعه هر عملیاتی به یک منبع قابل اعتماد از هوای فشرده نیاز دارد که به نوبه خود به کمپرسورهایی با محصولات جانبی روانکاری قابل اعتماد در روغن وابسته است. (به شکل 1 مراجعه کنید)

رسوبات سطحی یک مشکل خاص برای توربین‌ها و کمپرسورها است. روغن‌های روان‌کننده در دماهای بالای معمول در کمپرسورها و توربین‌ها مستعد اکسیداسیون هستند. با گذشت زمان، روغن‌های هیدروکربنی اکسید شده می‌توانند مولکول‌های بزرگ و قطبی تشکیل دهند که به صورت رسوبات چسبناک از محلول خارج می‌شوند. این رسوبات می‌توانند به سطوح فلزی چسبیده و به یک پوشش سخت به نام رسوبات سطحی تبدیل شوند. این مشکل خاص برای توربین‌ها و کمپرسورها است.

“بسیاری از چیزها می‌توانند به عنوان روان‌کننده و خنک‌کننده در کمپرسورها و تجهیزات توربو عمل کنند، اما تنها چند مورد وجود دارد که آن را ایجاد نمی‌کنند.” رسوبات سطحی می‌توانند ورودی‌های سوپاپ و منافذ فیلتر را مسدود کنند و می‌توانند جریان روغن را به داخل فضاهای باریک، مانند مسیرهای بلبرینگ مختل یا مسدود کنند و باعث افزایش اصطکاک شوند.

روغن‌های روان‌کننده در دماهای بالای معمول در کمپرسورها و توربین‌ها مستعد اکسیداسیون هستند. برخی از روان‌کننده‌های سنتزی حاوی اکسیژن می‌توانند رسوبات سطحی موجود که اجازه داده نشده اند سخت شود را از بین ببرند، اما بهترین روش این است که از تشکیل رسوبات سطحی در وهله اول جلوگیری شود (به شکل 3 مراجعه کنید)

هزینه‌ها و مزایای روغن های بر پایه POE و PAG

سیالات PAG مزیت قابل توجهی نسبت به روغن‌های معدنی با تصفیه بالا ارائه دادند. با توجه به هزینه‌های ناشی از خرابی تجهیزات، تبدیل به روغن‌های PAG به‌عنوان یک سرمایه‌گذاری ارزشمند در نظر گرفته شد. تمرکز بیشتری بر روی پایش وضعیت روغن و پایش تجهیزات، همچنین تکنیک‌های حذف رسوبات سطحی گذاشته شد. علاوه بر این، روش‌های آزمایشی برای پایش و پیش‌بینی پتانسیل تشکیل رسوب روغن شروع به ظهور کردند. تولیدکنندگان روغن نیز افزودنی‌های آنتی‌اکسیدان را بهبود بخشیدند (به شکل 4 مراجعه کنید) و روغن‌های هیدروکربنی ارزان‌تر به رقابت بیشتری با روغن‌های PAG برای سیالات توربین پرداختند، هرچند که کمپرسورها هنوز به PAGها، POEهای اصلی و شاخه‌ای و مخلوط‌های PAG-POE وابسته هستند.

اگرچه فرمولاسیون‌های روغن معدنی برای روان‌کننده‌های توربین بهبود یافته و هزینه پایین‌تر آنها هنوز یک عامل است، اما عمر طولانی‌تر سیالات PAG می‌تواند در طول عمر روان‌کننده به صرفه باشد.  

PAGهای محلول در روغن، که گران‌تر و کمتر رایج هستند، از اکسید بوتیلن ساخته می‌شوند. روغن‌های پایه غنی از اکسیژن مانند PAGهای محلول در روغن یا POEهای شاخه‌ای، می‌توانند به عنوان روغن‌های پایه مشترک یا افزودنی‌ها در فرمولاسیون روان‌کننده‌های مبتنی بر هیدروکربن استفاده شوند. گنجاندن آنها می‌تواند به حل کردن محصولات جانبی اکسیداسیون روغن‌های هیدروکربنی در طول عمر کمک کند و سطح اضافی از حفاظت را در کاهش تشکیل رسوب فراهم کند.

کارایی سوخت و انرژی جنبه دیگری از پایداری است. عوامل پایداری همچنین شامل عمر خدمات، ملاحظات بازیافت و دفع و آلاینده‌های بالقوه مرتبط با تولید، دفع و تماس تصادفی یا ناخواسته با محیط زیست می‌باشد. در اینجا، عمر طولانی خدمات روان‌کننده‌های سنتزی مبتنی بر روغن‌های غنی از اکسیژن می‌تواند ضایعات روغن را به حداقل برساند و سمیت مایعات اولیه و محصولات تجزیه آنها را کاهش دهد.

به طور کلی، فرمولاسیون‌های روغن معدنی که شامل آنتی‌اکسیدان‌های بهبود یافته هستند، عملکرد و عمر خدماتی مشابه با PAGها را نشان می‌دهند، حتی در کاربردهای توربین گاز بزرگ وجود دارند. مقادیر کمی از حل‌کننده‌ها در روغن‌های توربین مبتنی بر مواد معدنی امروزی، محصولات تجزیه قطبی را در محلول نگه می‌دارند تا رسوب سطحی را بیشتر کاهش دهند. حل‌کننده‌ها شامل PAGهای محلول در روغن، PAGهای نامحلول در آب، نفتالن‌های آلکیله شده و استرها هستند. این پیشرفت‌ها به روغن‌های گروه II و III این امکان را می‌دهد که طول عمر بیشتری داشته باشند و بهتر از روغن‌های گروه I در برابر رسوب محافظت شوند.

همچنین، روغن‌های سنتزی گروه V در حال حاضر گران‌تر از روغن‌های هیدروکربنی هستند، اما روان‌کننده‌های مبتنی بر PAG مزایای زیست‌محیطی را ارائه می‌دهند، به ویژه در شرایطی که نشت‌ها می‌توانند منابع آب را آلوده کنند یا در عملیات تولید مواد غذایی سودمند است. این روان‌کننده‌ها همچنین در برابر آتش مقاوم هستند و می‌توانند آب را که وارد سیستم می‌شود در محلول نگه دارند. روان‌کننده‌های PAG می‌توانند کارایی عملیات تجهیزات و مصرف انرژی را بهبود بخشند و در حین پیری مایعات سطحی تشکیل نمی‌دهند. روغن‌های پایه POE شاخه‌ای، که یک فناوری نوظهور است، بر اساس تجربه صنعت با PAGها و عملکرد آنها اجرا شده است.

اگر به صنعت ما نگاه کنید، در طول چند دهه گذشته، تعداد کمی از شرکت‌ها موفق به عرضه یک فناوری جدید پایه ای شده‌اند که نه تنها از نظر فنی برتر از آنچه که امروز در دسترس است باشد، بلکه از نظر اقتصادی نیز جذاب است و با اهداف پایداری صنعت هم‌راستا میباشد. روان‌کننده‌های مبتنی بر PAG مزایای زیست‌محیطی را ارائه می‌دهند، به ویژه در شرایطی که نشت‌های فرآورده های نفتی می‌توانند منابع آب را آلوده کنند یا در عملیات تولید مواد غذایی.