การเกิด Varnish (วานิช)
การเกิด Varnish (วานิช) หรือคราบยางเหนียวในน้ำมันไฮโดรลิกและน้ำมันหล่อลื่น หากพิจารณาใน เชิงโครงสร้างทางเคมี เกิดจากกระบวนการที่โมเลกุลของน้ำมันเสื่อมสภาพและเปลี่ยนรูปจนไม่สามารถละลายในน้ำมันได้อีกต่อไป โดยมีกลไกหลักดังนี้
1. การเสื่อมสภาพแบบออกซิเดชัน (Oxidation)
เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้น้ำมันเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมี เมื่อน้ำมันทำปฏิกิริยากับ ออกซิเจน โดยมีความร้อนเป็นตัวเร่ง จะเกิดอนุมูลอิสระ (Free Radicals) เข้าไปทำลายสายโซ่ไฮโดรคาร์บอน ทำให้เกิดโมเลกุลที่มีขั้ว (Polar Molecules) เช่น กรดอินทรีย์, แอลดีไฮด์ และคีโตน ซึ่งโมเลกุลเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเกาะกลุ่มกัน
อุณหภูมิคือปัจจัยสำคัญ: อัตราการเกิดออกซิเดชันของน้ำมันทั่วไปจะเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า ทุกๆ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 10°C (18°F) เมื่ออุณหภูมิเกิน 75°C (165°F) น้ำมันสังเคราะห์จึงมักถูกนำมาใช้ในงานที่มีอุณหภูมิสูง เนื่องจากมีความบริสุทธิ์สูงกว่าและมีโครงสร้างโมเลกุลที่เสถียรกว่า ทนทานต่อการทำปฏิกิริยากับออกซิเจน
ในกรณีของการออกซิเดชันของน้ำมัน ปฏิกิริยาจะส่งผลให้มีการเติมออกซิเจนเข้าไปในโมเลกุลของน้ำมันพื้นฐานอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดสารเคมีหลายชนิด ได้แก่ อัลดีไฮด์ คีโตน ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ และกรดคาร์บอกซิลิก
2. การเกิดโพลิเมอร์ไรเซชัน (Polymerization)
เมื่อโมเลกุลที่ถูกออกซิไดซ์ (โมเลกุลมีขั้ว) มีจำนวนมากขึ้น จะเกิดการรวมตัวกันทางเคมีเป็นโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและซับซ้อนขึ้น เรียกว่า Oligomers หรือPolymers ซึ่งมีความหนืดสูงและมีสมบัติคล้ายกาว
3. การลดระดับความสามารถในการละลาย (Solubility Limit)
น้ำมันไฮโดรลิกพื้นฐาน (โดยเฉพาะกลุ่ม Group II และ Group III ที่เป็น Non-polar) มีความสามารถในการละลายโมเลกุลที่มีขั้วได้จำกัด เมื่อเกิดปฏิกิริยาจนถึงจุดอิ่มตัว โมเลกุลเหล่านี้จะ ตกตะกอน (Precipitate) ออกจากน้ำมัน กลายเป็นอนุภาคขนาดเล็ก (Soft Contaminants) ที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าในขณะที่น้ำมันยังร้อน
4. การจับตัวเป็นคราบแข็ง (Deposition)
เมื่อน้ำมันเย็นตัวลง หรือไหลผ่านบริเวณที่มีความดันเปลี่ยนแปลงฉับพลัน (เช่น วาล์วควบคุม) อนุภาคเหล่านั้นจะสูญเสียความสามารถในการละลายและไป ยึดเกาะกับพื้นผิวโลหะ จนกลายเป็นฟิล์มบางๆ ที่มีความเหนียว (Varnish) และเมื่อผ่านความร้อนซ้ำๆ คราบนี้จะแข็งตัวและเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลหรือดำ
ปัจจัยเร่งทางโครงสร้างอื่น ๆ
-
Thermal Degradation (Micro-dieseling): การบีบตัวของฟองอากาศในน้ำมันทำให้เกิดความร้อนเฉพาะจุดที่สูงมาก (มากกว่า 1,000°C) ส่งผลให้โครงสร้างน้ำมันแตกตัวเป็นคราบเขม่าและวานิชอย่างรวดเร็ว
-
Electrostatic Discharge: การเกิดประกายไฟสถิตภายในไส้กรอง ทำให้น้ำมันเกิดการไหม้ (Cracking) ในระดับโมเลกุล
สามารถตรวจสอบระดับความเสี่ยงการเกิดวานิชได้ผ่านการทดสอบ MPC Test (Membrane Patch Colorimetry) เพื่อประเมินปริมาณสารแขวนลอยที่มีสีในน้ำมัน
Celludisc: การกำจัด Varnish(วานิช) ด้วยไส้กรอง
กรอง Celludisc และการทำงาน
ไส้กรอง Celludisc ประกอบด้วยชั้นเซลลูโลสที่อัดแน่น และทำหน้าที่หลักเป็นตัวกรองแบบความลึก (Depth filters) ด้วยโครงสร้างนี้ จึงสามารถกำจัดสิ่งเจือปนที่เป็นอนุภาคทั่วไป และยังรวมถึงผลิตภัณฑ์จากการเสื่อมสภาพที่อ่อนนุ่มและมีขั้ว (Soft, polar degradation products) ออกจากน้ำมันไฮดรอลิกและน้ำมันหล่อลื่น ได้อีกด้วย โดยควรใข้เป็นตัวกรองแบบบายพาส
สิ่งเจือปนเหล่านี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งได้แก่
-
สารตั้งต้นของคราบวานิช (Varnish precursors): ผลิตภัณฑ์จากการเสื่อมสภาพด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชัน และเรซิน
-
ผลิตภัณฑ์จากการเสื่อมสภาพตามอายุของน้ำมัน: เช่น คราบแลกเกอร์, กากตะกอน (Sludge) และสารตกค้างจากการเกิดออกซิเดชันที่มีขั้ว
กลไกการแยกสิ่งเจือปนไม่ได้อาศัยเพียงแค่ระดับความละเอียดในการกรอง (Nominal filtration rating) ตามปกติเท่านั้น แต่ยังทำงานร่วมกับ การดูดซับ (Adsorption) ภายในโครงสร้างโครงข่ายของเซลลูโลสอีกด้วย ด้วยเหตุนี้ ในทางปฏิบัติ ไส้กรอง Celludisc จึงมีความเหมาะสมอย่างยิ่งในการช่วยลดปริมาณคราบวานิชและลดแนวโน้มการก่อตัวของคราบสะสมในระบบไฮดรอลิก
อุณหภูมิกับการละลายของสิ่งเจือปน
พฤติกรรมการละลายที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์จากการเสื่อมสภาพเหล่านี้เป็นสิ่งที่ต้องนำมาพิจารณาเช่นกัน:
-
เมื่อน้ำมันมีอุณหภูมิสูง: คราบวานิชและผลิตภัณฑ์การเสื่อมสภาพของน้ำมันที่มีขั้ว มักจะละลายตัวได้ดีในน้ำมันไฮดรอลิกที่อุ่น
-
เมื่อน้ำมันเย็นตัวลง: ความสามารถในการละลายของสารเหล่านี้จะลดลง ทำให้สารเหล่านี้ตกตะกอนหรือเปลี่ยนสภาพไปอยู่ในรูปแบบที่สามารถกรองออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ข้อแนะนำในการใช้งาน :
-
ช่วงเวลาที่เหมาะสมที่สุด ในการกำจัดสิ่งเจือปนเหล่านี้ คือช่วงที่น้ำมันกำลังเย็นตัวลงหรือเย็นลงแล้ว
-
หากระบบการทำงานเอื้ออำนวย การปล่อยให้น้ำมันเย็นลงเล็กน้อยก่อนเข้าสู่กระบวนการกรอง จะเป็นประโยชน์อย่างมากในการเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเสื่อมสภาพของน้ำมัน
-
ในทางกลับกัน น้ำมันที่อุ่นสามารถช่วยละลายคราบวานิชที่เกาะสะสมอยู่ตามพื้นผิวของชิ้นส่วนต่างๆ ให้กลับเข้าไปในระบบไหลเวียนของน้ำมันได้อีกครั้ง จากนั้นผลิตภัณฑ์การเสื่อมสภาพที่ละลายแล้วเหล่านี้ จะถูกพัดพาไปกับกระแสน้ำมันเพื่อเข้าสู่ตัวกรอง และถูกกำจัดออกจากระบบในที่สุด
