De-Aerator

De-Aeration – v.s.- Entrained Air – v.s.- Air Bubble Removal from Oil

Vacuum Jet Degasification สามารถแยก Dissolved Gases ที่มีขนาดเล็กมากมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า ที่ถูกอัด Compressed ซ่อนรูปอยู่ในนำ้มัน ให้ขยายแตกตัวออกมาจากนำ้มันได้ ในขณะที่ OilPure De-Aerator ใช้แยก Entrained Air & Air Bubble ฟองอากาศเม็ดใหญ่ ที่มีขนาดใหญ่มองเห็นด้วยตาเปล่า ที่ลอยอยู่ในนำ้มัน ด้วยการบีบด้วยแรงดันใช้ Pressure Drop ให้ลงมาเป็น ศูนย์ ทำให้ฟองอากาศขยายตัวใหญ่ขึ้น ลอยตัวออกมาอยู่ในถังนำ้มันให้เห็น สภาพการณ์แบบนี้เกิดขึ้นโดยอาศัยหลักการของ Bernoulli Principle ด้วยการลด Cross Sectional Area และ เพิ่ม Velocity of Gas

DA-3 De-Aerator จาก OilPure สามารถแยกฟองอากาศ Entrained Air & Air Bubble ออกจากนำ้มัน ฟองอากาศในนำ้มันจะไป Breakdown ผิว Oil Film ที่เกาะบนผิวโลหะในระหว่างการหล่อลื่น แรงตึงผิว Surface Tension และ Interfacial Tension (IFT) จะลดน้อยลงบน Oil Film ทำให้ Oil Film ไม่เกาะบนผิวโลหะ โมเลกุลของนำ้มันจะถูกไล่ออก Repel ออกในขณะที่เครื่องจักรเคลื่อนไหว ผิวโลหะเกิดการเสียดสีกันโดยตรง ทำให้เกิดความร้อน การสึกกรอนและความเสียหายกับเครื่อง เปรียบเสมือนวิ่งแห้งไม่มีนำ้มันไปหล่อลื่น เวลาเกิดฟองเหล่านี้ในนำ้มัน

ฟองอากาศถูกบีบ ทำให้ปริมาตรของอากาศหดตัวลงจากฟองลงมาเป็น Gas ในช่วงแรก จากนั้นก็ลดขนาดลงมาเป็น ไอ Vapor ทำให้เกิดหลุมอากาศ Microjet ขนาดเล็กอย่างรวดเร็ว แบบ High Velocity ที่จุดตำ่สุดของฟองกาศจะเป็นช่วงว่างที่ดีด Oil Film บนผิวโลหะออก ทำให้โลหะสัมผัสกับโลหะ ไม่มี Oil Film จับตัวอยู่ตรงกลาง จึงเกิดการสึกหรอขึ้นแบบไม่มีการหล่อลื่นเกิดขึ้นที่จุด Microjet เป็นหลุมอากาศหรือ Air Pocket

วิธีการแก้ปัญหาของ Dissolved Gases จะแตกต่างกันคนละวิธีกับปัญหา Entrained Air เพราะคุณลักษณะของฟอง Foaming Characteristic แตกต่างกันมาก ยิ่งถ้า Entrained Air สะสมกลายมาเป็น Air Bubble ขนาดใหญ่เป็นก้อนฟองอากาศด้วยเงื่อนไงที่อยู่ในนำ้มันแบบ Stable Foam ที่ทำให้เกิด Defective Base Oil ได้แล้ว ปัญหา Air Bubble ขนาดใหญ่นี้แทบจะแก้ไม่ได้ ถึงแม้จะเติม Anti Foaming Additive ลงไปอีกก็ตาม นอกจากจะเปลี่ยน Base oil จากแหล่งอื่นที่มีคุณภาพดีกว่า

Dissolved Gases VS Entrained Air VS Air Bubble ฟองอากาศเหล่านี้แตกต่างกันอย่างไร

หลักการเกิดฟองอาก่าศในรูปแบบต่างๆ นี้มีพื้นฐานมาจากแรงตืงผิว 2 ประเภท โดยอธิบายอย่างง่ายๆ ดังนี้

1. Surface Tension คือแรงตึงผิวระหว่างผิวฟิล์มโมเกุลของนำ้มันที่ยึดติดกับผิวโลหะหรือภาชนะที่นำ้มันเกาะอยู่ แรงนี้อธิบายที่ว่า เราไม่สามารถใช้ผ้าเช็ดนำ้มันออกจากมือหรือผิวโลหะให้สะอาดหมดจดได้ เมื่อเช็ดแล้วมือก็ยังลื่นอยู่เพราะ แรงตึงผิวของโมเลกุลนำ้มัน ยึดฟิล์มนำ้มันให้เกาะอยู่บนมือ เช็ดออกไม่หมด ดังนั้นเราจึงต้องใช้สบู่ล้างมือเพื่อให้ผิวฟิล์มนำ้มันหลุดออกจากมือ ใช้เชิงวิทยาศาสตร์คือ สบู่ทำหน้าที่เป็น Surfactant ไป Break Down Surface Tension ไปลดแรงตึงผิวทำให้ฟิล์มนำ้มันหลุดออกและ ถูกชะล้างออกไปด้วยนำ้หลังใช้สบู่นั้นเอง
2. Interfacial Tension (IFT) คือแรงตึงผิวระหว่างโมเลกุลในนำ้มัน แรงดึงนี้จะยึดให้แต่ละโมเลกุลจับกันเอง ทำให้นำ้มันจับตัวเป็นของไหลไม่เป็นฟองได้ง่ายๆ เมื่อ Interfacial Tension ลดลง แรงดึงผิวระหว่างโมเลกุลในนำ้มันจะน้อยลงตามมา ทำให้อากาศที่อยู่ติดกับนำ้มันหลุดเข้ามาจับเป็นลูกขึ้นมา ทำให้เห็นเป็นเม็ดฟองอากาศที่มีขนาดแตกต่างกันขึ้นอยู่การเคลื่อนไหว การเขย่า Agitation และอุณหภูมิของนำ้มัน ผสมกันซึ่งขนาดของเม็ดฟองอากาศ จะขึ้นอยู่กันขยายตัวของอากาศที่มีฟิล์มของนำ้มันลอบล้อมอยู่ตามกฎของ Boyle’s Law ที่เป็นการปรับเปลี่ยนของ Kinetic Energy ของอากาศและนำ้มัน นั่นเอง

Cavity Problem from Air Bubble Collapsing

ฟองอากาศถูกบีบ ทำให้ปริมาตรของอากาศหดตัวลงจากฟองลงมาเป็น Gas ในช่วงแรก จากนั้นก็ลดขนาดลงมาเป็น ไอ Vapor ทำให้เกิดหลุมอากาศ Microjet ขนาดเล็กอย่างรวดเร็ว แบบ High Velocity ที่จุดตำ่สุดของฟองกาศจะเป็นช่วงว่างที่ดีด Oil Film บนผิวโลหะออก ทำให้โลหะสัมผัสกับโลหะ ไม่มี Oil Film จับตัวอยู่ตรงกลาง จึงเกิดการสึกหรอขึ้นแบบไม่มีการหล่อลื่นเกิดขึ้นที่จุด Microjet เป็นหลุมอากาศหรือ Air Pocket

1. Dissolved Gases

Dissolved Gases คือเม็ดฟองอากาศที่มีขนาดเล็กมากละลาย Soluble ในรูปของ Emulsion อยู่ในำ้มัน Dissolved Gases ถูกอัดตัว Compressed และขยายตัว Decompressed ออกได้ด้วยแรงดันและความร้อนในนำ้มัน Dissolved Gases นี้เมื่อละลายอยู่มักจะไม่มีผลโดยตรงกับขบวนการหล่อลื่นถ้ายังอยู่ในสารละลายที่มองไม่เห็นเป็นฟอง แต่เนื่องจากนำ้มันเป็นของไหล Fluid มีการเคลื่อนไหวตลอดเวลาในเครืองจักร ทำให้ Dissolved Gases เหล่านี้มีการหดตัว และขยายตัว อยู่ตลอดเวลา ทำให้ Dissolved Gases กลายมาเป็นเม็ดฟองกาศขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ที่เริ่มมองเห็นด้วยตา เมื่อเม็ดฟองกาศใหญ่ขึ้นจะไปมีผลไปลด Surface Tension ของผิวโมเลกุลของนำ้มันกับผิวโลหะในระหว่างการหล่อลื่น ทำให้เครื่องจักรเสียหายได้ทันที

2. Entrained Air

Entrained Air คือเม็ดฟองอากาศที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ถูกขยายตัวมาจาก Dissolved Gases และการเขย่า Agitation ของนำ้มัน Entrained Air จะมองเห็นได้อย่างขัดเจนในรูปขนาดต่างๆ กันทั้งบนและล่างของนำ้มัน ในบางส่วนฟองกาศจะเริ่มลอยตัวอยู่บนถังของนำ้มัน แล้วมีแนวโน้มที่ฟองจะค่อยๆ แตกตัวหายไปเรียกว่า Tendency Foam ภายในเวลาไม่เกิน 5 นาทีจึงจะเรียกว่าอยู่ในข่ายปกติ

3. Air Bubble

Air Bubble คือเม็ดฟองอากาศที่มีขนาดใหญ่กว่าธรรมดา อาจมาจากการขยายตัวมาจาก Dissolved Gases และ Entrained Air การเขย่า Agitation ของนำ้มันในเครื่องจักรเป็นเวลายาวนาน และ สารปรุงแต่ง Anti Foaming Additive เริ่มต้นในนำ้มันบุบสลาย Depleted ไปแล้ว เม็ดฟองอากาศใหญ่นี้จะไม่หายไปง่ายๆ แต่จะจับตัวเป็นฟอง Air Bubble อยู่แบบยาวนานที่เรียกว่า Stable Foam ฟองประเภทนี้จะไม่แตกตัวและจะขยายตัวถึงกับทะลักออกมาจากฝาถังของ Oil Reservoir ในกรณีนี้การเกิดฟองเป็นปัญหาใหญ่กับเครื่องจักร

ปัญหาฟองอากาศเหล่า นี้เกิดขึ้นได้จาก 6 สาเหตุใหญ่ดังนี้:

1. มีสิ่งสกปรก Oil Contamination เช่น Dissolved Water และ Oxidation พร้อมกับ Over Heated Oil เป็นเวลายาวนาน สิ่งเหล่านี้จะไปลดแรงตึงผิวทั้งสองในนำ้มัน ทำให้นำ้มันเกิดฟองในรูปแบบต่างๆ กัน
2. สารปรุงแต่ง Anti Foaming Additive เริ่มต้นในนำ้มันเริ่มบุบสลาย Depleted ไปแล้ว มีปริมาณไม่เพียงพอกับการควบคุมแรงตึงผิวทั้งสองในนำ้มัน ทำให้นำ้มันเกิดฟอง ข้อ 2 นี้มักจะมีผลต่อเนื่องมาจากข้อ 1
3. มีสารแปลกปลอมหลุดลอดเข้าไปในถังนำ้มันโดยเฉพาะสารพวก Surfactant จำนวนมาก ก็จะสามารถทำให้เกิดฟองอากาศในนำ้มันได้ง่ายๆ
4. การ Machine Design ของท่อนำ้มันหล่อลื่นจากผู้ผลิตเครื่องจักร OEM มีท่อนำ้มันที่โค้งงอ หักมุม 90° จำนวนมาก เป็นการ Design ที่ไม่เข้าใจศาสตร์ Tribology ตามทฤษฎีของ Lamella Theory การหักมุมของ Fluid Flow ทำให้เกิดการหมุนกลับของ Flow เกิด Dead Zone ในท่อนำ้มัน เกิด Excessive heat ตามมา เกิด Entrained Air ทำให้เป็นปัญหาที่เข้าใจกันแบบ Pump Cavity ปั้มมีเสียงดังเนื่องจากมีอากาศเข้าไป Poor OEM Design แบบนี้เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิด Air Foaming ซึ่งปัญหานี้เราสามารถป้องกันได้ในระดับหนึ่ง
5. นำ้มัน Base Oil จากต้นนำ้จากโรงกลั่นมีปัญหาในกระบวนการควบคุม Quality Control แบบเป็นครั้งคราว ที่ทำให้ Base Oil มีปัญหาในการผสมแบบไม่ยอมรวมตัวไม่ Homogeneous กันเกิดปัญหา Incompatibility การรวมตัวกับกลุ่ม Oil Additives ที่มาผสมทำให้เกิดเป็นสีไขขาวๆ ในนำ้มัน คือว่า Additives ไม่ยอมรวมตัวกันเป็นเนื้อเดียวกัน วิธีแก้ขัดชั่วคราวของบริษัทผู้ผลิตนำ้มันหล่อลื่น มักจะเติมสาร Dispersant Additive เป็นตัวกระตุ้นให้ Additives อื่นๆ ยอมรวมตัวเป็นเนื้อเดียวกับ Base Oil แล้วกลับมาใส Homogeneous เหมือนนำ้มันใหม่ของจริง ปัญหานี้ส่วนใหญ่จะเกิดกับ Group 2 Base Oil ที่ไม่ชอบรวมตัวกับ Additives ที่ไม่ใช่ประเภทใช้ได้กับ Group 2 เท่านั้น ดังนั้นจึงเป็นการ Masking the problem เหมือนเอาพลาสเตอร์ปิดแผลหยุดเลือดไว้ชั่วคราว
6. นำ้มัน Base Oil จากต้นนำ้จากโรงกลั่นมีปัญหาในกระบวนการควบคุม Quality Control แบบรุนแรง เสียทั้ง Lot ของการผลิต บริษัทผู้ผลิตนำ้มันหล่อลื่นจะพยายาม Over Dose ปริมาณ Dispersant Additive มากมายแต่ก็เอาไม่อยู่ หลังจากนำ้มันถูกนำมาใช้งาน เกิดปัญหา Side Effect ตามมาที่เรียกว่า Air Release Issue จะยิ่งทำให้เกิดเม็ดฟองอากาศขนาดใหญ่ Air Bubble แบบ Stable Foam เกิดมากมายมหาศาลและฟองจะจับตัวเป็นก้อนกันขึ้นมา แล้วแรงตึงผิวนี้มาช่วยจับกับฟองอากาศกันเอง แทนที่จะมาจับที่นำ้มันกับผิวโลหะ ฟองอากาศจะจับกันเองอย่างแน่นหนา ไม่ยอมแตกออกมาง่ายๆ เลยกลายเป็นฟองถาวรหรือเป็น Stable Foam ให้สังเกตุจากลักษณะฟองอากาศประเภทนี้จะจับตัวเป็นก้อน ไหลทะลักล้นฝาถัง Oil Reservoir แล้วไหลลงข้างฝาเหมือนกับฟองเป็นของไหลเป็นเนื้อเดียวกัน ฟองไม่ยอมแตกออกแม้จะไหลลงข้างถังก็ตาม แสดงบ่งบอกถึงแรงตึงผิวที่เกิดขึ้นในฟองอากาศ

เมื่อนำ้มันในก้นถังถูกสะสมด้วย Free Water เป็นเวลานานๆ มีผลทำให้นำ้มันมีรูปสภาพเหมือน Yogurt ยิ่งทำให้การแยกนำ้ด้วยวิธี Vacuum Distillation ไม่ได้ดีแยกนำ้เท่าไหร่ก็ออกไม่หมด นำ้มัน Yogurt แบบนี้จะต้องถูกดึงออกจาก Oil Reservoir มาที่เครื่องแยก DT-100 Free Water Separator ก่อน แล้วจึงใช้วิธี Dehydration

Air Bubble แบบ Stable Foam นี้เป็นปัญหาใหญ่ที่มีต้นนำ้มาจากโรงกลั่น การแก้ไขจะต้องอยู่ในระดับ R&D จากโรงกลั่นในกระบวนการควบคุม Quality Control เท่านั้น จะไม่สามารถแก้ปัญหานี้ในระดับผู้ผลิตนำ้มันหล่อลื่น หรือผู้ใช้ได้ เป็นปัญหาคุณภาพของ Base Oil จากโรงกลั่นที่นำมาใช้ผสมในนำ้มันหล่อลื่น ทั้งผู้ผลิต Base Oil จากโรงกลั่นและ ผู้ผลิตนำ้มันหล่อลื่น มักจะไม่เปิดเผยข้อมูลปัญหา Base Oil เหล่านี้ให้กับลูกค้า แล้วอ้างว่าฟองอากาศเป็นปัญหาที่มาจากเครื่องจักรใช้งานของลูกค้า ให้ไปแก้กันเอาเองปลายทาง

ปัญญานี้ OilPure มีประสบการณ์ในอเมริกาเรียนรู้จากกลุ่มผู้ผลิตนำ้มันหล่อลื่นที่ซื้อ Base Oil จากบริษัท Calumet Refinery ที่เคยมีปัญหาเรื่อง Defective Base Oil ในสมัยนั้น บรรดาผู้ผลิตนำ้มันหล่อลื่นรู้จักชื่อเสียกันดี ทุกคนจึงต้องสร้างระบบ Quality Control ให้แม่นยำยิ่งขึ้น ปัญหาแบบนี้ก็กลับมาให้คนไทยเราเรียนรู้จากประสบการณ์จาก OilPure เพื่อสร้างแนวป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายโดยไม่รู้ตัวถึงสาเหตุที่แท้จริง

ศาสตร์ของ Sono Chemistry เป็นเทคโนโลยี่เกี่ยวกับการหดตัวขยายตัวของฟองอากาศ

เมื่อ Dissolved Gases ขยายตัวขึ้นกลายเป็น Entrained Air และขยายใหญ่ขึ้นเป็น Air Bubble พลังงานจลน์ Kinetic Energy ในฟองอากาศจะถูกถ่ายออกมาเป็นความร้อนอยู่ในรูปของพลังงานศักย์ Potential Energy เมื่อมีจุดแรงดันสูงในนำ้มัน High Oil Pressure ทำให้ฟองอากาศ Collapse แบบฉับพลันในขณะมีการเคลื่อนไหวระหว่าง Oil Flow ฟองอากาศขนาดเล็กมหาศาลนี้จะถูกเหนี่ยวนำให้ความร้อนออกมาที่อุณหภูมิ 1,000 °F หรือ 538 °C ในจำนวนฟองขนาดเล็กมาก จำนวนความร้อนมหาศาลที่มาจากฟองอากาศเล็กมากจะสะสมความร้อน ทำให้เกิดความร้อนเพิ่มขึ้นในนำ้มัน ที่ควบคุมไม่ได้แม้จะเพิ่มขนาดของ Heat Exchanger แล้วก็ตาม

ปรากฎการณ์นี้เรียกว่า Pressure Induced Dieseling (PID) หรือ Pressure Induced Thermal Degradation (PTG) เมื่อมี High Oil Pressure เป็นตัวเหนียวนำ Induce ฟองอากาศที่ขยายตัวออกมาแบบ Collapse เกิดการยุบตัวอย่างฉับพลันนี้จะเรียกอาการนี้ว่าเกิด Micro Dieseling เกิดความร้อนแฝงที่นำไปสู่การเกิด Oil Thermal Degradation & Oxidation นั่นเอง

ดังนั้นการเติมหรือเพิ่มสาร Anti Foaming Additive หรือ ตัวนำละลาย Dispersant Additive เพื่อแก้ปัญหานี้ ไม่เพียงแต่ไม่สามารถแก้ปัญหาฟองอากาศแล้ว ยังไปเพิ่มปัญหาอื่นตามมาอีกด้วย Additives เหล่านี้จะ Backfire ไปเพิ่มแรงตึงผิวให้ฟองอากาศจับตัวกันเองเป็นฟองก้อนใหญ่ขึ้นแล้วไม่ยอมแตกตัวออกมาแบบ Stable Foam ฟองจะกลายเป็นก้อนฟ้องที่เรียกว่า Air Fluid ไม่มีสภาพเป็น Gas แต่เป็นเหมือน Liquid F ปัญหาความร้อนสูงจะตามมาทันที ปัญหา Oil Film บนผิวโลหะจะแตกตัวไม่จับเกาะผิวโลหะอีกต่อไป เกิดสถานะ Lubrication Failure ความเสียหายของเครื่องจักรจะตามมาทันที

ทางแก้ปัญหานี้ Solution คือต้องควบคุมปริมาณฟองอากาศเหล่านี้ให้มีน้อยที่สุดโดยการ Degasification of Dissolved Gas และ De-aeration of Entrained Air & Air Bubble ออกจากระบบการหล่อลื่น

© Copyright, August , 2021 เอกสารและข้อมูลในเว็บไซต์นี้มีลิขสิทธ์ ห้ามนำไปเผยแพร่หรือสื่อสารโดยมิได้รับอนุญาตจาก OilPure