Regularne analizy olejów, to jeden ze sposobów na zapobieganie awariom parków maszynowych. Nieplanowane przestoje stają się przyczyną podwyższonych kosztów eksploatacji oraz utraty zarobku, wynikającej z przestoju w produkcji. Chcąc dzielić się wiedzą, publikujemy kolejną pigułkę informacji na temat diagnostyki środków smarnych.
Autorem poniższego artykułu jest diagnosta środków smarnych z wieloletnim doświadczeniem, Jakub Kubacki, na co dzień pracujący w Laboratorium Analiz Olejowych Ecol.

 

Ocena wizualna / barwa oleju 

 

Większość powszechnie stosowanych olejów, w stanie świeżym, jest klarownymi, bezbarwnymi cieczami, poprzez barwę słomkową do brunatnej. Użytkownicy oczekują możliwie długiego zachowania własności olejów na poziomie zbliżonym do wyjściowego. Tymczasem nierzadko, nawet po stosunkowo niedługim czasie eksploatacji, zauważane są niepokojące zmiany wizualne mogące wskazywać na pogorszenie parametrów eksploatacyjnych. Najczęściej zauważanymi przez użytkowników symptomami złej kondycji oleju są zmętnienie lub szybka zmiana barwy oleju. W takiej sytuacji właściwym krokiem jest podjęcie działań diagnostycznych, prowadzących do identyfikacji przyczyny zaistniałych zmian i w konsekwencji pozwalających zminimalizować ryzyko poniesienia niewygodnych, kosztownych napraw oraz nieplanowanych postojów.

Zmętnienie:

Zmętnienie oleju może przybierać postać od lekkiego zamglenia, poprzez mleczny wygląd do pojawienia się substancji przypominającej majonez. Sygnalizuje powstanie emulsji – układu niemieszalnych cieczy, z których rozproszona występuje w formie kropelek na tyle małych, że nierozróżnialnych nieuzbrojonym okiem, co daje wrażenie jednorodnej substancji. Ze względu na ograniczoną stabilność emulsji, w miarę upływu czasu, zwłaszcza podczas postoju, gdy ustaje efekt mieszania na skutek pracy urządzenia, obserwowany jest rozdział faz.

Potencjalną przyczyną występowania zmętnienia oleju jest zanieczyszczenie wodą. Chociaż jest to powszechnie znany fakt, że olej i woda nie mieszają się, w praktyce niemożliwym jest, aby pracujący olej był całkowicie bezwodny. Układy olejowe nigdy nie są idealnie szczelne, nawet jeśli mogą takimi się wydawać – zachodzi więc zjawisko absorpcji pary wodnej z powietrza. Należy także pamiętać, że para wodna ma tendencję do skraplania się na metalowych powierzchniach elementów maszyn w warunkach ich zmiennej temperatury i ten sposób również zanieczyszcza oleje.

olej hydrauliczny HV 46 krytycznie zanieczyszczony wodą

 

olej obiegowy krytycznie zanieczyszczony wodą,

widoczny rozdział faz

 

Zawartość wody w olejach, w prawidłowo funkcjonujących urządzeniach, w zależności od typu aplikacji oraz warunków pracy, może wynosić od kilku do kilkuset ppm (parts per milion) dla olejów na bazie węglowodorów (mineralnych lub syntetycznych na bazie polialfaolefin) lub nawet kilku tysięcy ppm dla olejów na bazie glikoli polialkilenowych, nie powodując podwyższonego ryzyka wystąpienia nagłej awarii, intensywnego przebiegu procesów korozji czy powstawania szlamów. Woda powoduje mętnienie oleju – tworzy emulsje gdy jej zawartość przekroczy punkt nasycenia.

Mętnienie może być również powodowane nieprawidłowo wykonanym uzupełnieniem oleju, gdy doszło do omyłkowego zmieszania olejów różnych typów, wzajemnie dla siebie niekompatybilnych. W naszej praktyce laboratoryjnej miewamy do czynienia z próbkami świadczącymi o skrajnych pomyłkach np. dolaniu płynu chłodniczego do układu olejowego, co wcale nie należy do rzadkości.

Zmiana barwy:

Ocena wizualna może być skutecznym wskaźnikiem zanieczyszczenia środka smarnego inną substancją. Należy pamiętać, że naturalnym zjawiskiem jest zmiana barwy oleju z czasem eksploatacji. Cząsteczki bazy olejowej poddane działaniu agresywnych czynników (podwyższona temperatura, wilgoć, tlen z powietrza itp.) ulegają częściowemu utlenieniu w myśl reakcji [1]:

R-H  →  R•  +  H•

R•  +   O2  →  ROO•

ROO•  +  R-H  →  ROOH  +  R•

ROOH  →  RO•  +  HO•

RO•  +  RH  →  ROH  +  R•

HO•  +  RH  →  H2O  +  R•

Powyższa reakcja łańcuchowa może biec dalej. Możliwe są reakcje kondensacji i polimeryzacji prowadzące do utworzenia wielkocząsteczkowych produktów. Powstałe tlenowe związki różnią się od cząsteczek bazy olejowej elektrycznym momentem dipolowym, jednak wykazują tendencję do wzajemnego orientowania się grupami funkcyjnymi (R-COOH —– HOOC-R) i w konsekwencji powstałe w ten sposób micele są rozpuszczalne w bazie olejowej do osiągnięcia pewnej krytycznej masy.

Procesy zużycia zachodzące w eksploatowanych układach olejowych są przyczyną powstawania bardzo drobnych cząstek metalicznych. Cząstki te są zbierane przez olej i pozostają w jego obiegu nawet pomimo stosowania systemów filtracji oleju. Dla każdego typu urządzeń istnieje pewna akceptowalna zawartość cząstek metalicznych. Jednakże w sytuacji intensywnego, niekontrolowalnego przebiegu procesów zużycia, metaliczne cząstki zawieszone w oleju powodują jego szybkie ciemnienie, aż do powstania wrażenia barwy całkowicie czarnej. Podobny efekt dają zanieczyszczenia przedostające się do układu olejowego takie jak: pył czy brud z otoczenia lub fragmenty zestarzałych uszczelnień.

próbka oleju przekładniowego pobrana około 3 miesiące po wymianie w celu identyfikacji przyczyny zmiany barwy zdjęcie membrany filtracyjnej 1,2µm, zoom x 40

widoczne cząstki ścieru metalicznego będącego przyczyną problemu

zdjęcie membrany filtracyjnej 1,2µm, zoom x 100

widoczne cząstki ścieru metalicznego będącego przyczyną problemu

 

Kolorymetria [2]:

Jakkolwiek obserwacja nieuzbrojonym okiem odgrywa istotną rolę w ocenie kondycji środków smarnych i szybkim reagowaniu na niekorzystne zjawiska, metody instrumentalne pozwalają na ocenę barwy oleju w sposób znacznie bardziej precyzyjny.

Stosowana metoda wg standardu ASTM D1500 jest właściwa dla szerokiej gamy produktów naftowych: olejów smarnych, olejów grzewczych czy paliw ciekłych. Bazuje na skali barwy od 0,5 (najjaśniejszej) do 8 (najciemniejszej). Polega na działaniu standardowym źródłem światła na ciekłe próbki umieszczone w pojemniku do oznaczania i następnie porównaniu ze wzorcem.

 

 

Zmiany barwy oleju przekładni głównej turbiny wiatrowej w czasie pracy urządzenia:

65000h; barwa wg ASTM 1,1 74000h; barwa wg ASTM 1,7 87000h; barwa wg ASTM 3,2 >90000h; barwa wg ASTM >8

 

Podsumowanie:

Barwa oleju jest parametrem, którego oznaczanie pomaga w skutecznym diagnozowaniu kondycji produktów naftowych, nie jest jednak badaniem kompleksowym. W sytuacji stwierdzenia niepokojących symptomów wskazane jest wykonanie badań w szerszym zakresie w celu identyfikacji problemu.

 

www.analizyolejowe.pl

 

autor: J. Kubacki

[1] Norbert Becker, Akira Sasaki, Erik Becker, „Varnish-Problems and Colorimetric Analysis”

[2] ASTM D1500 -12 (Reapproved 2017) Standard Test Method for ASTM Color of Petroleum Products