روغن کاری موتور‌های با سوخت گاز طبیعی ثابت

روغن کاری موتور‌های با سوخت گاز طبیعی ثابت 

منبع : سایت سایال

روغن مورد نیاز موتور‌هایی که با گاز طبیعی کار می کنند، با روغن های مورد استفاده در موتور‌های بنزینی و دیزلی فرق می کند. این موتور‌ها می توانند دارای تا 9000 اسب بخار قدرت و تا 16 سیلندر باشند. ظرفیت روغن این موتور‌ها 100 تا 600 لیتر می باشد. سرعت آنها نیز از 300 تا 2000 دور در دقیقه است. گاز طبیعی مورد استفاده در این موتور‌ها دارای یک دامنه وسیع تغییرات کیفی می باشد. این گازها می توانند گاز طبیعی شیرین (بدون H₂S) و یا گاز طبیعی ترش (دارای H₂S) همراه با منواکسید کربن، نیتروژن و یا حتی گازهای با کیفیت بسیار پایین حاصل از تجزیه فضولات در زیر زمین باشد.

بیشتر این موتور‌ها توربوشارژ دوزمانه یا چهارزمانه هستند. این موتور‌ها اغلب برای کارکرد کمپرسور‌های گاز و ژنراتور‌های تولید برق در نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند.
موتور و کمپرسور به وسیله یک شفت به یکدیگر متصل می شوند. موتور‌های گاز طبیعی سوز، دارای نیازهای مخصوص به خود هستند که با نیازهای موتور‌های دیزلی و بنزینی تفاوت دارد. این مساله به علت عوامل زیر است:
1- بیشتر این موتور‌ها در فضاهای بسته کار می کنند در نتیجه درجه حرارت محیط اطراف این موتور‌ها بسیار بالا است.
2- فرآیند احتراق در این موتور‌ها خیلی تمیز است. بنابراین مقدار ذرات کربن تولیدی در این موتور‌ها بسیار کم است و در نتیجه نیاز به درصد بالایی از مواد افزودنی پاک کننده نمی باشد.
3- از آن جایی که در این موتور‌ها از سوخت متان استفاده می شود، بنابراین مشکل رقیق شدن روغن توسط سوخت وجود ندارد. ولی چون درجه حرارت احتراق بالاتر از درجه حرارت احتراق در موتور‌های بنزینی و دیزلی است، مشکل رقیق شدن روغن در اثر ازدیاد درجه حرارت خیلی جدی است و باید حتما این موضوع در نظر گرفته شود.
4- درجه حرارت بالای احتراق در این موتور‌ها باعث اکسیده و نیتره شدن روغن می شود.
5- معمولا سرعت کارکرد این موتور‌ها ثابت است. بنابراین مستعد تشکیل رسوب می باشند.
6- سایش محل نشست سوپاپ دود و یا سوختن این سوپاپ ها از مسائل مهم در موتور‌های گاز طبیعی سوز است.
سایش محل نشست سوپاپ، عبارت است از سایش تدریجی محلی که سوپاپ روی سر سیلندر می نشیند و این عمل به علت روغن کاری نامناسب و یا رسوب خاکستر نرم ناکافی در محل نشست سوپاپ ایجاد می شود. وجود خاکستر نرم به اندازه کافی در محل نشست سوپاپ، به مقدار زیادی از این سایش جلوگیری می کند. در بعضی مواقع سایش ممکن است به اندازه ای زیاد باشد که روی سطح و یا داخل محل نشست سوپاپ شیار ایجاد شود. بسته به طراحی موتور، عوامل متعددی می توانند باعث این موضوع شوند. فرمولاسیون روغن (که در میزان رسوب خاکستر اثر دارد)، گرانروی روغن، درجه حرارت کارکرد، درجه حرارت گازهای خروجی از اگزوز، کیفیت گاز طبیعی، خصوصیات طراحی موتور و نسبت هوا به سوخت از عواملی هستند که در بررسی صدمه دیدن محل نشست سوپاپ باید مورد نظر قرار گیرند. 
برای کسانی که با این موتور‌ها بیشتر سر و کار دارند، رسوب خاکستر بیشتر از موارد دیگر مورد نظر است.
رسوب خاکستر¹ : رسوب خاکستر عبارت است از باقیمانده ای که پس از سوختن روغن و در حین عملکرد موتور، روی قطعات باقی می ماند. این خاکستر از سوختن پاک کننده های فلزی (ترکیبات کلسیم، باریم و منیزیم) موجود در روغن ایجاد می شود. اگر مقدار این رسوبات به اندازه کافی باشد، از سایش محل نشست سوپاپ جلوگیری می کند. از طرف دیگر اگر مقدار این رسوبات بیش از حد باشد، مضر خواهد بود. بنابراین فرمولاتورها و سازندگان روغن باید دقت زیادی در تعیین نوع مواد افزودنی پاک کننده و ضدسایش و همچنین مقدار آنها در روغن مورد استفاده در موتور‌های گاز طبیعی سوز، بنمایند.
در انتخاب و کاربرد مواد افزودنی حتما باید توصیه های سازندگان موتور را نیز مد نظر قرار داد. به هر حال، طبقه بندی کیفی API برای روغن های مورد استفاده در موتور‌های گاز طبیعی سوز وجود ندارد.
جدول زیر روغن های مورد استفاده در این موتور‌ها را از نظر مقدار خاکستری که تولید می کنند، طبقه بندی می نماید.

جدول شماره 1 (طبقه بندی روغن موتور‌های گاز طبیعی سوز بر اساس مقدار خاکستر تولیدشده)

 

برای اندازه گیری درصد خاکستر روغن، مقدار مشخصی از روغن را وزن کرده و سپس آن را می سوزانند. روی باقیمانده حاصل از سوختن، چند قطره اسیدسولفوریک اضافه کرده و مخلوط را مجددا می سوزانند. با وزن کردن خاکستر باقیمانده، درصد آن را در روغن محاسبه می کنند. روغن هایی که دارای فلز نمی باشند، تولید خاکستر نیز نمی کنند.
نیتراسیون - یکی از مهمترین مشکلاتی که برای روغن موتور‌های گاز طبیعی سوز رخ می دهد، نیتراسیون آن است و شدت آن بسیار بیشتر از نیتراسیون روغن در موتور‌های بنزینی و دیزلی می باشد. علت این امر، درجه حرارت بالای فرآیند احتراق در موتور‌های گاز طبیعی سوز است. این درجه حرارت بالا باعث تولید No₂ می شود. عمل نیتراسیون عبارت است از واکنش شیمیایی No₂ با مولکول های روغن. نتیجه این واکنش، سفت شدن زیاد روغن، افزایش رسوب روی بدنه پیستون و تولید لجن در روغن است. عمل نیتراسیون وقتی درجه حرارت روغن در کارتل به حدود 57°C برسد بسیار مشخص است. البته در درجه حرارت های پایین تر نیز عمل نیتراسیون رخ می دهد.
شرایط لازم برای انجام واکنش نیتراسیون، با شرایط لازم برای عمل اکسیداسیون فرق زیادی دارد. عمل اکسیداسیون در درجه حرارت های بالاتر رخ داده و به صورت واکنش های زنجیره ای ادامه می یابد.
نسبت هوا به سوخت - تشکیل گازهای آلاینده No_x در اگزوز اتومبیل، بستگی به نسبت هوا به سوخت که در طراحی موتور، جهت کارکرد طبیعی آن، در نظر گرفته شده است، دارد. این نسبت ها به شرح زیر طبقه بندی می شوند.
• استوکیومتری - نسبت هوا به سوخت تقریبا حدود 17:1 – 15.5:1
• سوخت رقیق² - که در آن نسبت هوا به سوخت کمتر از 28:1 است. این نسبت، تولید No_x را کم می کند ولی لزوما این کم شدن تولید No_x، منجر به کم شدن نیتراسیون روغن نمی شود.
خیلی از موتور‌ها ممکن است از مبدل های کاتالیستی در اگزوز استفاده کنند. این مبدل ها باعث کم کردن: هیدروکربور‌های سوخته نشده، منواکسیدکربن و اکسیدهای نیتروژن در گازهای خروجی از اگزوز می شود. از آن جایی که کاتالیست ممکن است با بعضی از مواد افزودنی وارد واکنش شود، باید در استفاده از مواد افزودنی ضدسایش (ZDDP) که دارای عناصر فسفر و روی هستند، بیشتر دقت کرد.
معمولا سیستم های کاتالیستی، با روغن هایی که دارای مواد پاک کننده فلزی و تا حدود 300 ppm مواد ضدسایش فسفره باشند، مشکلی ندارند.
بعضی از موتور‌ها ممکن است شرایط بسیار آسانی را برای نیتراسیون روغن فراهم کند. به طوری که در کمتر از 500 ساعت کارکرد، روغن نیتره می شود. در صورتی که شرایط عملکرد بعضی از موتور‌های دیگر طوری است که عمل نیتراسیون حتی پس از 1000 ساعت کارکرد نیز اتفاق نمی افتد.
نسبت هوا به سوخت، بیشترین تاثیر را در نیتراسیون دارد. حداکثر تولید No_x در نسبت هوا به سوخت 19:1 تولید می شود.
معمولا اپراتور‌ها برای کاربردهای به خصوصی، نسبت هوا به سوخت مشخصی را انتخاب می کنند. یک سوخت غنی³ با نسبت هوا به سوخت 15.5:1 برای تولید توان بیشتر و یک سوخت رقیق، با نسبت هوا به سوخت 17:1 از نظر اقتصادی مهم است. اگر شما بخواهید که موتور شما بهترین شرایط اقتصادی (از نظر مصرف سوخت) را داشته باشد، تولید اکسیدهای ازت بسیار زیاد خواهد شد.
دومین عاملی که در نیتراسیون روغن باید در نظر گرفته شود، درجه حرارت روغن است. سرعت اکسیداسیون روغن در درجه حرارت های بالاتر از 95°C افزایش می یابد. در صورتی که نیتراسیون روغن، با کاهش درجه حرارت روغن افزایش می یابد. نیتراسیون روغن در درجه حرارت 57°C و یا کمتر سرعت می یابد. بعضی از سازندگان موتور، درجه حرارت عملکرد 82°C را برای روغن در حین کار موتور توصیه می کنند، تا در آن درجه حرارت، سرعت اکسیداسیون و نیتراسیون کم شود.
مصرف روغن نیز روی فرآیند نیتراسیون تاثیر دارد. شرکت های تولیدکننده روغن، مواد بازدارنده نیتراسیون و اکسیداسیون را به روغن های مورد استفاده در موتور‌های گاز طبیعی سوز اضافه می کنند. این مواد افزودنی، ترکیباتی را که باعث واکنش های نیتراسیون و اکسیداسیون می شوند، خنثی می کنند. ترکیبات فنل و دی تیو فسفات روی، از مهمترین بازدارنده ها می باشند. برای انتخاب روغن برای موتور‌های گاز طبیعی سوز، باید به توصیه سازندگان موتور توجه شود. تعویض به موقع روغن یک راه حل برای افزایش طول عمر موتور است.
کنترل فرآیند نیتراسیون نیز یکی از عوامل موثر در افزایش طول عمر روغن است. جمع شدن رسوبات، باعث کم شدن عمر موتور می شود. تعویض به موقع روغن، قبل از تجمع رسوبات، باعث حل این مشکل می شود.
زمان دقیق تعویض روغن فقط به وسیله آنالیز دقیق روغن توسط آزمایشگاه های معتبر مشخص می شود. سازندگان موتور نیز زمان های مختلفی را برای تعویض روغن موتور‌های خود توصیه می کنند.
اکسیداسیون و نیتراسیون روغن توسط آزمایش IR قابل بررسی می باشد. در این آزمایش، نور مادون قرمز از داخل نمونه روغن عبور داده می شود. با اندازه گیری مقدار نور جذب شده توسط روغن، اکسیداسیون و نیتراسیون روغن اندازه گیری می شود.
گزارش آزمایشگاه برای این آزمایش به صورت جذب در سانتیمتر گزارش می گردد. این روش آنالیز برای تمام روغن های موتور گاز طبیعی سوز لازم است.
شرکت وائوکشا⁴، حد جذب 25-20 در سانتیمتر را برای مشخص کردن اکسیداسیون و نیتراسیون روغن در نظر می گیرد...

¹ Ash Deposit
² Lean Burn
³ Reach Burn
⁴ Vaukesha

 

دانلود کامل مقاله