Převratné novinky v analýzách olejů

Ke sledování kondice oleje jsou ideální dvě novinky v oblasti analýz olejů - metoda kolorimetrie membrán (MPC) a měření antioxidantů (RULER). Obě tyto metody jsou výsledkem dlouholetého vývoje analytických metod a požadavků výrobců a provozovatelů zařízení na rychlou, přesnou a jednoduchou analýzu, která poskytne během několika minut jasnou informaci o kondici oleje, která bezprostředně ovlivňuje provozní parametry strojů – prostoje, poruchy, kvalitu výroby či opotřebení komponent. 

Úsady - hlavní příčiny poruch mazání
Úsady (resp. přesněji angl. výraz varnish) je tzv. měkké znečištění způsobené degradací oleje. Typické zástupce silných úsad můžete vidět na obrázku 1 a 2.
Díky oxidaci oleje vznikají v oleji nežádoucí chemické látky, které začnou z oleje vypadávat a tvořit úsady v olejovém systému. Úsady mají různé formy – od měkkých rosolovitých, přes lepivé kaly až po tvrdé a lesklé laky.
Úsady narušují mazací film a zvyšují tření na pohyblivých součástech. Produkty oxidace oleje jsou lepivé a podobně jako mucholapka na sebe zachytávají větší částice tzv. tvrdého znečištění. Vyšší tření na povrchu zasaženého i okem neviditelnou mikroskopickou vrstvou úsad znamená lokální zvýšení teploty, zvýšené namáhání stroje, rychlejší opotřebení a v důsledku rychlejší degradaci oleje a vznik dalších úsad. Úsady negativně ovlivňují zejména ventily, čerpadla, hydromotory, ložiska, filtry, soukolí převodovek, teplosměnné povrchy chladičů a ohřevu oleje, ucpávky atp.

Typické projevy úsad:
- Zasekávání ventilů
- Trhavý pohyb hydraulik (Slip-stick efekt)
- Zvýšené opotřebení – zejména ložisek a převodovek
- Snížená účinnost chlazení způsobující přehřívání strojů
- Zkrácená životnost filtrů
- Zkrácená životnost oleje
- Úniky oleje

Přicházejí změny
Průmyslové oleje prošly v posledním desetiletí zásadními změnami. Novější chemické složení moderních olejů poskytuje vyšší výkonnost oproti výkonu maziv v nedávné minulosti, ale změnila se také pravidla pro jejich sledování a údržbu. Chemické složení maziv se změnilo především díky změně výroby základových olejů z ropy.
Místo toho, aby degradace moderních olejů probíhala lineárně a díky tomu předvídatelným způsobem, má mnoho moderních maziv delší životnost a vyšší výkonnost, ale na konci své životnosti rychle selhává a rychle degraduje. Jakmile dojde k poklesu antioxidantu pod určitou úroveň, základový olej přestane být chráněn a během krátké doby dojde k exponenciálnímu nárůstu nečistot a dramatickému zhoršení vlastností oleje. Z moderních olejů, díky jejich přirozené nižší rozpouštěcí schopnosti, nerozpustné produkty degradace vypadávají a tvoří tak úsady častěji než z tradičních olejů se základovým olejem vyráběným rafinací ropy. Proto je pro sledování jejich kondice nutné využívat moderní analytické postupy.

Budoucnost - rychlá analýza
Běžná je situace, kdy technik či provozovatel (lisu, turbíny, převodovky, apod.) stojí před strojem, který vykazuje nějakou provozní neposlušnost, a je pod tlakem, aby provedl rychlou diagnostiku, analýzu příčin a provedl nějaké adekvátní opatření. A to v co nejkratším čase z důvodu minimalizace ztrát způsobených prostojem a také za minimální náklady nápravy.
Osoby znalé základů tribotechniky si uvědomují, že podle typu stroje až 95 % negativních projevů stroje způsobuje špatná kondice oleje.
Pokud tedy panuje nějaké podezření špatné funkce oleje, ve valné většině případů se provede preventivní výměna olejové náplně. V porovnání s ušlým ziskem a cenou prostoje se jeví cena nového oleje akceptovatelná. Nicméně výměna olejové náplně obvykle problém neřeší nebo jej řeší pouze krátkodobě - příčina problému - nečistoty a úsady tvořené produkty degradace oleje zůstávají v olejovém systému a mají volné pole působnosti způsobovat další problémy. Výsledkem je tedy obrovská finanční ztráta - jak za zbytečný nákup a likvidaci oleje, tak za další prodloužení prostoje a ušlý zisk.
Běžné postupy a poznatky tribotechniky se v mnoha firmách neaplikují, protože na to není čas a získané výsledky analýz olejů si často neumí nikdo vysvětlit a využít. V lepším případě technik vzorky oleje odebere do pet-lahve od limonády, pošle je do laboratoře na zpracování. Výsledky analýz ve formě protokolu se dostanou po týdnu zpět k technikovi, který je často neumí dát do souvislosti se stavem stroje a vyhodnotit diagnostický signál, na základě kterého by mohl provést kvalifikované rozhodnutí.
Jednodušší situaci má tedy provozovatel, který má k dispozici správnou laboratorní techniku. Není však potřeba si představovat, že je nutné mít specializovanou místnost s kontrolovanou atmosférou s přetlakovými dveřmi, se vstupem v ochranném oděvu a s vybavením za desítky milionů korun.

Dvě klíčové zkoušky pro sledování kondice olejů – RULER a MPC
MPC (Membrane Patch Colorimetry) - nabízí možnost měření a sledování množství nerozpustných nečistot v oleji. Umožňuje tak předem upozornit na nebezpečí tvorby úsad v kritických komponentech strojů a zařízení a definuje potenciál oleje k tvorbě úsad, resp. příčinu vedoucí k většině problémů strojů a zařízení.
RULER (Remaining Useful Life Evaluation Routine) - je patentovaná zkušební metoda měření zbývající životnosti maziv. Přístroj měří úroveň antioxidantů v mazivech a poskytuje tak klíčovou informaci o schopnosti oleje odolávat namáhání a oxidaci.
Stanovení množství antioxidantů – zkouška RULER
Technologie RULER poskytuje snadný způsob, jak určit zbývající životnost maziv stanovením hladiny antioxidantů v olejích a mazivech. Díky RULERu je tedy schopen uživatel přesně definovat klíčovou příčinu problému a stanovit, kdy nastane bod zlomu, viz. obr. 3. RULER identifikuje typ antioxidantů v oleji a porovnáním výsledků s novým olejem umožňuje určit, kolik antioxidantů bylo vyčerpáno. Pokud známe stáří oleje či proběh motohodin, jsme schopni určit i zbývající životnost oleje.
Přístroj využívá pro měření voltametrie a je speciálně navržen tak, aby sledoval jednotlivé antioxidanty. Není proto nutné znát, jaká aditiva výrobce použil při výrobě oleje, jejich chemické složení a podle toho volit vhodnou laboratorní metodu. Unikátní odolná konstrukce přístroje RULER ViewTM byla přizpůsobena k tomu, aby přístroj bylo možné využívat nejen v laboratoři, ale aby bylo možné získat rychlé a přesné výsledky i přímo v provozu. V současnosti existují tyto ASTM normy založené na technologii RULER - ASTM D6971, D7590, D6810, D7525.
Způsob provedení zkoušky RULER: Pro vlastní měření je potřeba vzorek oleje menší než kávová lžička - od 200 do 600 µl. Vzorek oleje se promísí se zkušebním roztokem, nechá se 2 minuty odstát a vloží se do něj očištěná měřicí elektroda. Pak je možné pomocí dotykové obrazovky spustit vlastní měření, které zabere cca 20 sekund. Výsledky se v přehledné formě zobrazí přímo na obrazovce tabletu a pomocí bezdrátových technologií je možné odeslat výsledek na firemní server, na tiskárnu nebo emailem ve formátu PDF. Měření lze po očištění elektrody opakovat.

Stanovení potenciálu k tvorbě úsad – MPC
Jakmile se spustí degradace antioxidantů v mazivu, první fyzický dopad na mazivo je produkce velmi malých sub-mikronových nečistot. Tyto částečky nečistot se mohou skládat z produktů degradace základových olejů, ale v počátečních fázích vývoje se častěji skládají z degradovaných antioxidantů. Zkouška, která se ukázala jako nejslibnější při prokazování přítomnosti produktů degradace, se označuje jako Membrane Patch Colorimetry (MPC).
Pro tento postup od prosince 2012 platí mezinárodní norma ASTM D7843. Podle naměřené hodnoty je možné snadno zařadit stav oleje do skupin dle tabulky.
Tab. 1 - Příklad laboratorních membrán a jejich zařazení do skupiny závažnosti. Hodnota  ΔE větší než 40 by měla být důvodem k obavám v jakékoli aplikaci a naznačuje, že mazací systém je již pravděpodobně zasažen úsadami. Výsledek menší než 15 je možné považovat za normální.
Způsob provedení zkoušky MPC: Jedná se o relativně jednoduchou a přímočarou zkoušku. Definované množství vzorku oleje se smíchá se stejným množstvím rozpouštědla a filtruje se přes laboratorní membránu s póry o velikosti 0,45 µm. Kolorimetr vyhodnocuje zbarvení membrány způsobené zachycenými nerozpustnými nečistotami a produkty degradace. Čím vyšší je změřená hodnota ΔE kolorimetrem, tím vyšší je znečištění oleje a tím vyšší je zároveň i potenciál k tvorbě úsad v olejovém systému (neboli Varnish Potential). Jinými slovy – čím je světlejší membrána po průchodu vzorku oleje, tím nižší je změřená hodnota kolorimetrem a tím vyšší bude spolehlivost a životnost strojů a zařízení.
Příklad - je nutná výměna oleje nebo je olej jenom znečištěný?
Vysoké hodnoty MPC potvrzovaly rostoucí problémy výroby a prostoje stroje. Provozovatel byl přesvědčen, že je nutná výměna olejové náplně. Výsledek zkoušky RULER během několika minut potvrdil, že olej je stále dostatečně aditivován a výměna oleje není nutná. Čištěním oleje za provozu se postupně vyčistil celý hydraulický systém a problémy odezněly.
Příklad - Souvislost MPC a množstvím úsad způsobujícím zvýšení teplot na ložisku
Na níže uvedeném grafu je patrná jasná souvislost teploty na ložisku a naměřenou hodnotou MPC v průběhu čištění oleje za provozu. Díky čištění oleje se postupně odbourávají úsady v olejovém systému, snižuje se tím tření na ložiskách způsobené přítomností úsad a díky tomu klesla teplota ložisek na bezpečnou úroveň. Klesající hodnoty MPC odpovídají klesajícím problémům.
Příklad – porovnání kolorimetrie a částicových metod
V praxi se pro hodnocení kondice olejů stále hojně využívají metody měření množství částic v definovaném množství vzorku oleje, které však principiálně nepostihují produkty degradace oleje. Hodnocení kondice oleje na základě kódu čistoty NAS 1638 resp. ISO 4406 tak nepřináší podstatnou část informace o oleji, kterou bychom mohli využít pro odhalení a prevenci příčin prostojů a poruch strojů a zařízení.

Vstupní kontrola maziv
Stroje představují obrovské investice, které přesahují i stamiliony korun a je na nich, aby svou prací vygenerovaly dostatečný zisk, aby si vydělali nejen na sebe a platy zaměstnanců, ale i na další investice. Olej v těchto strojích je neoddělitelným konstrukčním prvkem, který zásadním způsobem ovlivňuje jejich chod a spolehlivost. Proto oleji, který je do stroje plněn a doplňován, je nutné věnovat náležitou pozornost. V průběhu řetězce událostí na cestě oleje od rafinerie ke koncovému zákazníkovi může dojít k nežádoucí kontaminaci nebo záměně. Provést rychlou vstupní kontrolu oleje při předání a zkontrolovat, zda je olej tím skutečně požadovaným olejem v požadované čistotě a kondici, je díky moderním laboratorním přístrojům RULER a MPC Color velice jednoduché.
Příklad - zanedbaná vstupní kontrola
Pro ilustraci uvádíme případ, kdy zanedbání vstupní kontroly mělo fatální následky - proběhla plánovaná výměna několika tisíc litrů turbínového oleje ISO 46 v parní turbíně zásobující elektřinou a parou celý cukrovar. Po dvou měsících provozu se však vyskytly závažné problémy. Celý olejový systém byl zalepen kalem a úsadami (viz obr. 8). Výsledkem byla kompletní odstávka cukrovaru v průběhu kampaně a 2000 zaměstnanců bylo bez práce. Celková vyčíslená ztráta přesahovala 10 milionu dolarů.
Následnou analýzou příčiny havárie se odhalilo, že byl dodán jiný olej. Olej obsahoval nekompatibilní balíček aditiv, která způsobila závažnou reakci v mazacím systému.

Závěr
Kolorimetrie MPC a RULER jsou jednoduché nástroje pro vyhodnocení kondice oleje - tj. kondice stroje. Pravidelné sledování čistoty olejů a potenciálu k tvorbě úsad, zbývající životnosti oleje a úbytku antioxidantů je důležitou součástí pravidelné údržby stroje a je nástrojem pro:
- Snižování nákladů spojených s provozem strojů a zařízení
- Eliminaci prostojů
- Zvýšení produktivity a kvality výroby
- Zvýšení efektivity výroby
 

Publikováno: 12. 11. 2013 | Počet zobrazení: 4279 691