Monitoring stopnia degradacji eksploatowanych olejów

Regularne badanie kondycji olejów, jako użyteczne narzędzie proaktywnej strategii zarządzania taborem kolejowym, umożliwia przede wszystkim wykrywanie awarii poprzez monitoring zawartości cząstek zużyciowych, zanieczyszczenia płynami eksploatacyjnymi – olejem napędowym lub płynem chłodniczym. Ponadto pozwala określić stopień wyeksploatowania oleju i przeprowadzenie jego wymiany we właściwym momencie.

Liczba kwasowa jako wskaźnik degradacji oleju

Jednym ze wskaźników stopnia degradacji oleju jest liczba kwasowa (AN, acid number). Parametr ten jest definiowany jako ilość miligramów wodorotlenku potasu potrzebną do zobojętnienia wszystkich składników o charakterze kwasowym, znajdujących się w 1 g badanego środka smarnego (mgKOH/g). Wartość liczby kwasowej w olejach świeżych różni się w zależności od rodzaju oleju i zależy od struktury chemicznej zastosowanych baz olejowych oraz kompozycji dodatków uszlachetniających, szczególnie tych zawierających cynk, np. ZDDP (dodatek przeciwzużyciowy AW – anti wear).

Procesy degradacji oleju

W początkowej fazie eksploatacji oleju można zaobserwować lekki spadek wartości parametru związany z wyczerpywaniem/de- gradacją dodatków AW. Następnie, w skutek działania takich czynników jak tlen z powie- trza atmosferycznego, temperatura, światło czy katalityczne działanie metali, następuje przyrost liczby kwasowej świadczący o po- stępującej degradacji starzeniowej środka smarnego. Wzrastająca kwasowość oleju ma związek z powstawaniem silnie korozy- jnych kwasów nieorganicznych, np. kwasu siarkowego, oraz z reakcjami chemicznymi prowadzącymi do tworzenia wielkocząsteczkowych kwasów organicznych. Znacznie słabszych i mniej agresywnych, jednak podatnych do tworzenia aglomeracji i kondensowania, a w konsekwencji tworzenia osadów.

i-pH jako wskaźnik kwasowości

W życiu codziennym powszechnie stosowanym wskaźnikiem kwasowości pro- duktów np. artykułów spożywczych, kosmetyków czy chemii gospodarczej jest odczyn pH będący miarą stężenia jonów wodorowych H⁺. Należy zauważyć, że wymienione produkty są roztworami wodnymi i na poziomie molekularnym znacząco różnią się polarnością od baz olejowych. Pomiaru odczynu próbki oleju nie wykonuje się więc bezpośrednio, a po roztworzeniu w znormalizowanej mieszaninie rozpuszczalników. Oznaczenie takie określa się jako i-pH.

Korelacja parametrów i-pH oraz liczby kwasowej pozwala na oszacowanie udziału mocnych i słabych kwasów w produktach degradacji oleju, co umożliwia identyfikację zagrożeń dla smarowanych układów.

Liczba zasadowa w olejach silnikowych

Oleje silnikowe zaopatrywane są w bogate pakiety dodatków uszlachetniających w tym dodatki dyspergująco-myjące, których zadaniem jest wyłapywanie i neutralizacja generowanych w trakcie eksploatacji związków o kwaśnym charakterze. W konsekwencji obserwowany przyrost liczby kwasowej jest niewielki. Zawartość aktywnych dodatków jest określana przy pomocy parametru liczba zasadowa (BN, base number), definiowana jako ilość miligramów wodorotlenku potasowego (KOH), odpowiadająca wszystkim zasadowym składnikom zawartym w 1 gramie produktu, oznaczona w miareczkowaniu roztworem kwasu solnego lub nadchlorowego.

Wartości liczby zasadowej olejów świeżych znacznie różnią się w zależności od klasy i jakości oleju, przykładowo od około 4mgKOH/g w przypadku olejów klasy CB wg API do ponad 15mgKOH/g w przypadku olejów silnikowych narażonych na znaczne obciążenie kwaśnymi produktami spalania np. żeglugowo-kolejowych. W miarę użytkowania oleju obserwuje się spadek wartości parametru świadczący o wyczerpywaniu dodatków, tzw. spadku rezerwy alkalicznej.

Krytyczne wartości parametrów

Przekroczenie poziomu krytycznego liczby kwasowej, liczby zasadowej lub i-pH jest czynnikiem dyskwalifikującym olej z dalszej eksploatacji. Dopuszczalne limity różnią się w zależności od typu oleju i nie zawsze są oczywiste. Dla właściwej ich interpretacji potrzebne jest doświadczenie diagnosty. Jak przedstawia wykres 1, niezależnie od poprawnej rezerwy alkalicznej, wartość odczynu i-pH może być w zakresie krytycznym, co wskazuje na konieczność oznaczania tego parametru.

Podsumowanie

Podsumowując, regularne analizy oleju silnikowego, w odpowiednim zakresie badawczym, zapewniają podjęcie właściwych decyzji eksploatacyjnych we właściwym czasie, co przekłada się na poprawne planowanie i optymalne wykorzystanie taboru kolejowego. Bardzo istotne jest, aby korzystać ze sprawdzonych dostawców usług laboratoryjnych, którzy zapewniają odpowiedni zakres analityczny, posiadają doświadczony i certyfikowany personel oraz gwarantują wysoką wiarygodność wyników badań dzięki akredytacji laboratorium.