Olej na dłużej. Filtracja olejów technologicznych

Zadaniem filtracji olejów jest wydłużenie żywotności cieczy. Skuteczność filtracji jest określona przez zespół parametrów, które umożliwiają ocenę efektów włączenia filtra do układu pracującego z olejem. Na podstawie zebranych informacji związanych z przeznaczeniem i funkcjonowaniem układu smarowania, warunkami eksploatacji oraz właściwościami urządzenia filtracyjnego możliwe jest doprecyzowanie kryteriów oceny skuteczności filtracji.

Typy zanieczyszczeń

Filtracja to proces rozdzielania układów niejednorodnych. Układy niejednorodne to takie, w których jedna faza jest zdyspergowana (rozproszona) w drugiej. Zanieczyszczenia stałe pojawiające się w pracującym środku smarnym stanowią odrębną fazę stałą, która jest zdyspergowana w cieczy eksploatacyjnej. Często zanieczyszczenia te osadzają się na dnie zbiornika czy też na elementach układów pracujących z olejem. W zależności od pochodzenia mogą się znacznie różnić między sobą, stąd dzieli się je na zanieczyszczenia zewnętrzne i wewnętrzne. Podział zanieczyszczeń obrazuje rys. 1.
Bez względu na rodzaj zanieczyszczeń zawsze negatywnie wpływają one na prawidłową pracę cieczy eksploatacyjnej. Powodują niekorzystne zmiany w lepkości, pogorszenie się właściwości smarnych, przyspieszone zostają reakcja utleniania i starzenia się oleju. Pogorszeniu ulegają własności przeciwkorozyjne i ochronne czy też działanie katalityczne. Im większy jest stopień zanieczyszczenia, tym szybciej następuje zużycie się środka smarnego. Stąd też koniecznością jest usuwanie ich, zanim doprowadzą środek smarny do stanu, w którym jedynym wyjściem jest już tylko wymiana na świeży.

Proces filtrowania oleju

Proces filtrowania oleju powinien być poprzedzony dokładną oceną stopnia zużycia środka smarnego. Analizę przeprowadza się w specjalistycznym laboratorium naftowym. Koniecznością są przestrzeganie znormalizowanego sposobu pobierania próbek oraz dbałość o czystość pojemników na próbki. Jeśli na pogarszającą się kondycję środka smarnego wpływa tylko obecność zanieczyszczeń stałych (bez względu na pochodzenie), jego stan można poprawić poprzez odpowiedni dobór układu filtrującego. Natomiast parametry świadczące o znacznym przepracowaniu oleju, takie jak: zmiany wartości wskaźnika lepkości, mocno obniżona temperatura zapłonu, wysoka liczba kwasowa czy zasadowa, zmiany w lepkości kinematycznej czy też pogarszający się stan dodatków uszlachetniających, powinny decydować już o wymianie oleju.

Wybrane metody filtrowania

Filtracja w polu elektrostatycznym

Ponieważ produkty naftowe należą do cieczy dielektrycznych, można je oczyszczać z zanieczyszczeń w polu elektrostatycznym pod działaniem sił przyciągania elektrycznego. Przyciągnięte przez pole elektryczne cząsteczki zanieczyszczeń osadzają się na elementach czyszczących urządzenia filtracyjnego, a porowata powierzchnia powoduje, że osadzające się cząstki nie są wypłukiwane przez strumień oleju z wytworzonego pola, gdzie siła pola jest większa od oporu przepływającej cieczy. Zaletą tej metody jest to, że zanieczyszczenia są usuwane niezależnie od ich właściwości i pochodzenia (w tym także produkty starzenia oleju: węgiel, żelazo, woda, żywice). Dużym plusem tego rodzaju filtracji w dobie dbania o ekologię jest to, że nie generuje ona zużytych materiałów filtracyjnych. Do utylizacji pozostają jedynie elementy czyszczące z osadzonymi na filtrach zanieczyszczeniami, przy minimalnych stratach oleju podczas prac związanych z ich konserwacją.

Filtracja wirówkowa

Filtracja oleju w polu sił odśrodkowych to tzw. filtracja wirówkowa. Jedna z klasycznych metod, polegająca na obracaniu się oleju znajdującego się w polu sił odśrodkowych wokół określonego środka. Proces ma liczne wady: nie są usuwane mniejsze i lżejsze cząstki ani drobne produkty starzenia. Metoda ta sprawdza się doskonale do usuwania wody i cięższych zanieczyszczeń.
Wadą tej formy filtracji są: ciągłe prace związane z konserwacją urządzeń, konieczność częstego mycia ich elementów oraz powstający problematyczny szlam powirówkowy.

Filtracja magnetyczna

Filtracja magnetyczna sprawdza się doskonale w układach hydrauliki siłowej, a także w układach smarowania. W tym przypadku do cieczy eksploatacyjnej dostają się głównie zanieczyszczenia magnetyczne pochodzące z produktów korozji żelaza ze stalowych elementów układów lub też z zatarć spowodowanych przerwaniem filmu olejowego pracującego pod dużymi obciążeniami mechanicznymi stalowych elementów tych układów.
Zasada działania filtra polega na odciąganiu cząstek zanieczyszczeń z oleju poprzez działanie silnych magnesów i utrzymywanie ich siłami pola magnetycznego. Charakterystycznymi cechami tego rodzaju filtrów są bardzo duża skuteczność filtracji w przypadku zanieczyszczeń magnetycznych o średnicach od kilkuset nanometrów wzwyż, a także małe opory przepływu. Podobnie jak w przypadku filtracji elektrostatycznej, zaletą jest brak zużytych materiałów filtracyjnych. Do utylizacji pozostają tylko elementy czyszczące z osadzonymi na filtrach zanieczyszczeniami, przy minimalnych stratach oleju podczas prac związanych z ich konserwacją. Wadą natomiast na pewno są spore koszty inwestycyjne.

Filtracja mechaniczna

Filtracja mechaniczna polega na oddzieleniu cieczy od niepożądanych zanieczyszczeń przy użyciu membran o odpowiedniej porowatości. Jest to klasyczna forma filtracji, która ciągle znajduje zastosowanie w przemyśle. O skuteczności filtracji mechanicznej decyduje przepuszczalność materiału filtracyjnego. Wadą takiego procesu oczyszczania cieczy technologicznych są zmiany w ciśnieniu filtrowanej cieczy. Początkowo różnica ciśnień po obu stronach filtra jest niewielka. Jednak z czasem wkład filtracyjny ulega zapchaniu. W skrajnych przypadkach może dojść do całkowitego zapchania filtra i zatrzymania obiegu cieczy procesowej.
Wadą tego rodzaju filtrów jest mała skuteczność w przypadku zanieczyszczeń o średnicach poniżej 15 μm. Filtry te nie są też w stanie usunąć produktów starzenia się oleju oraz wody. Wadami mogą być również koszty związane z utylizacją wkładów filtracyjnych oraz spory ubytek cieczy podczas wymiany filtra. Natomiast do zalet należy zaliczyć ich stosunkowo niską cenę oraz możliwość łatwej kontroli kondycji filtra. Oceny dokonuje się poprzez prosty pomiar ciśnienia przed i za filtrem.

Czytaj też >> Koszty instalacji robotów wciąż zbyt wysokie dla firm

Podsumowanie

Wybór odpowiedniego procesu filtracji to jedno. Koniecznością jest prowadzenie monitoringu procesu. To pozwoli wychwycić moment, w którym olej jest już na tyle przepracowany, że sama filtracja przestaje wystarczać. Wyposażając się w odpowiednie urządzenie filtracyjne, należy więc pamiętać o systematycznych badaniach jakości pracujących środków smarnych.

Komentarz ekspercki
mgr Rafał Zawisz, właściciel Ad Moto

Filtracja olejów technologicznych wynika z 3 podstawowych powodów:

• technicznego (czystszy olej to między innymi: dłuższa żywotność podzespołów, lepsze chłodzenie, mniejsze zużycie energii, mniejsza liczba wad w produktach);
• środowiskowego (mniejsze zużycie zasobów naturalnych, mniejsza emisja CO₂, zmniejszenie wytwarzania odpadów);
• ekonomicznego (oszczędności na zakupie nowego oleju, oszczędności na naprawach i przestojach, oszczędności na wadliwych produktach).

Dla każdego użytkownika jeden z powodów może być ważniejszy od pozostałych, jednak przy odpowiednio dobranej filtracji otrzymujemy cały pakiet korzyści. Posiadając szeroką gamę dostępnych rozwiązań i wieloletnie doświadczenie, doradzamy klientowi w doborze właściwego sprzętu. Dla tych, którzy nie planują inwestycji, proponujemy mobilny serwis lub też wynajem agregatów. Przy filtracji ważnym elementem jest monitoring osiągniętych rezultatów, który można wykonać np. za pomocą licznika cząstek. Od kilku lat coraz większą popularnością cieszy się montaż mikrofiltrów by-pass. Oczyszczają one olej z zanieczyszczeń, wody, produktów degradacji oleju, wydłużając jego żywotność bez ingerencji w układ.