การแยกน้ำออกจากน้ำมัน

น้ำสามารถอยู่ในน้ำมันได้สามสถานะ คือ

- Dissolved water คือน้ำส่วนที่ละลายเข้าไปปนกับน้ำมัน โมเลกุลของน้ำแตกตัวกระจายอยู่ในน้ำมัน  เปรียบเสมือนความชื้นในอากาศ เรารู้ว่ามีน้ำในอากาศแต่เนื่องจากโมเลกุลได้แตกตัวออกไปทำให้เรามองไม่เห็น  น้ำที่ละลายในน้ำมันก็มองไม่เห็นเช่นเดียวกัน  น้ำมันหล่อลื่นอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ เช่น น้ำมันไฮดรอลิค น้ำมันเทอร์ไบน์  มักจะมีน้ำละลายอยู่ได้ 200 – 600 ส่วนในล้านส่วน (0.02-0.06%)  ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและอายุของน้ำมัน  น้ำมันเก่าจะสามารถรับน้ำในสภาพสารละลายได้มากกว่าน้ำมันใหม่ 3-4 เท่า

- Emulsified  เมื่อมีน้ำปนในน้ำมันจนเกินจุดอิ่มตัวที่น้ำจะละลายเข้าไปในน้ำมันได้  น้ำจะกลายเป็นสารแขวนลอยขนาดเล็กปนในน้ำมัน เรียกว่า Emulsion  คล้าย ๆ กับการเกิดหมอก เนื่องจากความชื้นในอากาศมากกว่าจุดอิ่มตัวแล้ว ทำให้เกิดละอองน้ำขนาดเล็กหรือหมอก  สำหรับน้ำมันหล่อลื่น น้ำส่วนนี้จะทำให้น้ำมันเป็นฝ้ามัว ไม่ใสเหมือนน้ำมันใหม่

- Free water   หากมีน้ำมากกว่านั้นอีก  น้ำจะแยกตัวออกจากน้ำมันเป็นชั้นของน้ำ และชั้นของส่วนที่เป็น Emulsion  เหมือนกับฝนที่ตกลงมาเมื่อมีความชื้นในอากาศมากเกินไป  สำหรับน้ำมันหล่อลื่นที่ผลิตจากน้ำมันแร่และน้ำมันสังเคราะห์ที่มีความถ่วงจำเพาะต่ำกว่า 1 แล้ว น้ำส่วนนี้จะตกอยู่ที่ก้นถัง

ผลของการปนเปื้อนด้วยน้ำ

น้ำที่ปะปนอยู่ในน้ำมันหล่อลื่นมักจะเป็นตัวสร้างปัญหาให้กับเครื่องจักรเกือบทุกอุตสาหกรรม  โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมที่มีความชื้น สูงเช่น ในโรงงานกระดาษและเยื่อ  เครื่องจักรนอกอาคาร เช่น เครื่องจักรกลก่อสร้าง เครื่องจักรงานเหมือง และเครื่องจักรที่มีการล้างทำความสะอาดบ่อย ๆ เช่นในโรงงานอาหาร
น้ำส่งผลเสียต่อทั้งน้ำมันและเครื่องจักร  เพราะจะทำให้เกิดปฏิกริยาอ๊อกซิเดชั่นและทำให้สารเพิ่มคุณภาพบางตัวเสียหาย  ต่อมาน้ำจะแยกตัวออกจากน้ำมันไปตกที่ก้นถัง  น้ำจะทำให้สารเพิ่มคุณภาพเสื่อมสภาพ และบางครั้งทำให้เกิดสารที่กัดกร่อนเกิดขึ้น  น้ำมันหล่อลื่นที่มีน้ำเป็นส่วนผสมจะไม่สามารถให้การหล่อลื่นได้ดี  จึงเป็นต้นเหตุให้เกิดการสึกหรอและเสียหายเร็วกว่ากำหนด   น้ำยังส่งผลต่อเครื่องจักรได้โดยตรงตามบทสรุปด้านล่างนี้

•  สนิมและการกัดกร่อน   น้ำมีผลต่อผิวเหล็กและโลหะในการสร้างออกไซด์ของเหล็ก  น้ำและกรดในน้ำมันเพิ่มความสามารถในการทำลายเหล็กและวัตถุที่ไม่ใช่เหล็ก  สนิมและการกัดกร่อนทำให้ผิวโลหะเสียหายอย่างรวดเร็ว
  
• โพรงไอน้ำ (Vaporous Cavitation)   ถ้าความดันไอของน้ำ ไปถึงจุดที่เครื่องจักรมีความดันต่ำ เช่นท่อดูดของปั๊ม  ฟองอากาศ จะขยายตัว   เมื่อผ่านเข้าไปยังจุดที่มีความดันสูงเช่น ในปั๊ม และจุดที่รับภาระของลูกปืน  ฟองอากาศจะหดตัวอย่างรวดเร็ว และกลายเป็นของเหลวอีกครั้ง  หยดน้ำขนาดเล็กนี้จะกระแทกพื้นที่เล็ก ๆ ของผิวเครื่องจักรด้วยความแรง คล้าย ๆ กับหัวฉีดขนาดเล็ก ซึ่งจะทำให้เกิดความล้าบนผิวโลหะเป็นจุดเล็ก ๆ   การมีน้ำปนในน้ำมันยังทำให้น้ำมันสามารถปนกับอากาศได้ดีขึ้น จึงทำให้มีผลของคาวิเตชั่นจากก๊าซได้ด้วย
  
•  ความแข็งแรงของฟิลม์น้ำมันน้อยลง   ฟิล์มน้ำมันในจุดที่รับภาระเช่น จุดสัมผัสของลูกปืนกับรางวิ่ง และจุดบนผิวฟันเฟืองที่ขบกันบนแนวเส้นพิต  จะแข็งแรงมากเนื่องจากมีแรงกดทับ หรือความดันสูงมาก ความหนืดของน้ำมันบริเวณนี้จะเพิ่มขึ้นเมื่อความดันสูงขึ้น แต่น้ำไม่ได้มีคุณสมบัติเช่นนี้  ความหนืดของน้ำจะคงเดิม หรือตกลงเล็กน้อยเมื่อความดันสูงขึ้น  ดังนั้นหากมีน้ำเข้าไปปนกับน้ำมันจะทำให้ผิวสัมผัสมีโอกาสล้า และเสียหายได้เนื่องจากผิวโลหะจำสัมผัสกันโดยตรง 

การจัดการการปนเปื้อนด้วยน้ำ

วิธีการที่ดีที่สุดคือการป้องกันไม่ให้น้ำเข้าไปปนกับน้ำมันหล่อลื่น  น้ำมักจะเข้าไปในน้ำมันได้เมื่อน้ำมันสัมผัสกับอากาศ  ดังนั้นเราควรที่จะ

•  จัดการน้ำมันใหม่อย่างเหมาะสม
•  ใช้ตัวดูดความชื้นของช่องหายใจ หรืออุปกรณ์อื่นเพื่อป้องกันการสัมผัสของน้ำมันกับอากาศ

•  ใช้ซีลคอเพลา และซีลไวเปอร์ ที่มีคุณภาพดี
  
•  ให้หลีกเลี่ยงการชำระล้างที่เพลา ช่องเติมน้ำมัน และช่องหายใจ เมื่อต้องการทำความสะอาดเครื่องจักร และถ้าเป็นไปได้ให้ หลีกเลี่ยงการใช้น้ำแรงดันสูงในบริเวณซีล
  

ถึงแม้ว่าได้มีความพยายามในการป้องกันการปนเปื้อนด้วยน้ำแล้วก็ตาม  แต่สำหรับเครื่องจักรหลายประเภท การปนเปื้อนด้วยน้ำก็ยังเป็นไปได้มาก  ตารางข้างล่างนี้เป็นวิธีการกำจัดน้ำออกจากน้ำมันที่พบบ่อยมากที่สุด  ซึ่งจะแสดงให้เห็นว่าแต่ละวิธีมีประสิทธิภาพในการกำจัดน้ำมันแตกต่างกันอย่างไร

• Gravity Separation การใช้แรงโน้มถ่วงของโลก  เพราะว่าน้ำจะมีความถ่วงจำเพาะสูงกว่าน้ำมันไฮดรอลิค (อาจมีข้อยกเว้นบ้างในบางกรณี) น้ำมักจะตกอยู่ที่ก้นถังน้ำมันหากวางทิ้งไว้นิ่ง ๆ ซักระยะหนึ่ง  การใช้ถังเก็บน้ำมันที่มีก้นเป็นรูปกรวย และให้ความร้อนกับน้ำมันเล็กน้อย จะช่วยให้การแยกน้ำด้วยวิธีนี้ได้ผลดีขึ้น  น้ำมันที่มีความหนืดสูง ผลที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาอ๊อกซิเดชั่น และสิ่งเจอปนอื่น ๆ จะทำให้การแยกน้ำด้วยวิธีนี้ได้ผลน้อยลง  การใช้แรงโน้มถ่วงแยกน้ำจะไม่สามารถแยกน้ำที่แตกตัวปนกับน้ำมัน  (Emulsified) และน้ำส่วนที่ละลายเข้าไปปนกับน้ำมัน (dissolved) ได้ 

• Centrifugal Separation – การหมุนเหวี่ยงน้ำมัน  อาศัยหลักการความแตกต่างของความถ่วงจำเพาะ ซึ่งจะมีผลมากเมื่อน้ำมันที่น้ำเจือปนถูกหมุนเหวี่ยงด้วยความเร็วสูง  วิธีนี้จะแยกน้ำส่วนที่เป็นไม่รวมกับน้ำมัน  (Free water) ได้ดีกว่าการใช้แรงโน้มถ่วง และยังสามารถแยกน้ำส่วนที่เป็น Emulsified ได้บางส่วนอีกด้วย แต่ไม่สามารถแยก น้ำที่ละลายเข้าไปผสมกับน้ำมัน (Dissolved water) ได้  เหมาะสำหรับใช้กับน้ำมันที่มีคุณสมบัติในการป้องกันการรวมตัวกับน้ำสูง
  
•  Coalescing Separation – จะช่วยให้ละอองน้ำที่ลอยตัวในน้ำมันหรือ Emulsified water เกาะตัวกันและมีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งจะทำให้น้ำแยกตัวออกจากน้ำมันได้ง่ายขึ้น   การที่หยดน้ำมีขนาดใหญ่จะทำให้มีพื้นที่ผิวสัมผัสกับน้ำมันน้อยกว่า  ละอองน้ำขนาดเล็ก ๆ หลาย ๆ ตัว( ที่รวมกันแล้วมีปริมาตรเท่ากันหยดน้ำขนาดใหญ่)  จึงทำให้น้ำแยกตัวออกจากน้ำมันได้ง่ายขึ้น  วิธีนี้ได้ผลดีกับน้ำมันที่มีความหนืดน้อย เช่น  การแยกน้ำออกจากน้ำมันเชื้อเพลิง  แต่วิธีนี้ก็ไม่สามารถแยกน้ำส่วนที่ละลายเข้าไปปนกับน้ำมันได้

• Absorbent Polymer Separation – น้ำที่แยกตัวเป็นอิสระ (Free water) และน้ำที่แตกตัวปนอยู่ในน้ำมัน  (Emulsified)  จะถูกโพลีเมอร์ที่มีคุณสมบัติในการดูดซับน้ำดูดเอาไว้  วิธีนี้คล้าย ๆ กับการใช้ไส้กรองแบบแท่ง  น้ำจะทำให้โพลีเมอร์พอง  ดังนั้นจึงทำให้เกิดความดันขึ้นในระบบ และต้องเปลี่ยนตัวดูดซับน้ำเมื่ออิ่มตัวแล้ว  ซึ่งไม่เหมาะกับการแยกน้ำปริมาณมาก ๆ แต่เหมาะกับการบำรุงรักษาระบบหล่อลื่นที่แห้งและไม่มีน้ำเข้ามาเจือปนมากนัก   วิธีการนี้ไม่สามารถแยกน้ำส่วนที่ละลายเข้าไปในน้ำมันได้
  
• Vacuum Distillation – วิธีการนี้สามารถแยกน้ำที่เป็นอิสระ น้ำที่แตกตัวปนอยู่ในน้ำมัน และน้ำที่ละลายเข้าไปผสมในน้ำมันได้อย่างมีประสิทธิภาพ  อาศัยหลักการฉีดน้ำมันให้มีพื้นที่ผิวมากขึ้น และอุ่นน้ำมันให้มีอุณหภูมิประมาณ 66 -71 องศาเซลเซียส  และทำให้น้ำมันกระจายตัวภายใต้ความดันประมาณ 28 นิ้วปรอท  โดยปกติหากลดความดันลงเหลือ 25 นิ้วปรอท จุดเดือดของน้ำจะลดลงเหลือ 56 องศาเซลเซียส  ทำให้สามารถแยกน้ำออกจากน้ำมันได้โดยที่อุณหภูมิของน้ำมันไม่สูงเกินไปที่จะสร้างความเสียหายให้กับน้ำมันพื้นฐานและสารเพิ่มคุณภาพ  การใช้วิธีนี้ยังสามารถแยกสารอื่น ๆ ได้ เช่นสารทำความเย็น สารระเหย และน้ำมันเชื้อเพลิง ได้
  
• Headspace Dehumidification – วิธีการนี้เป็นการเอาอากาศ ที่อยู่ภายในช่องว่างระหว่างผิวถังน้ำมันด้านในกับระดับผิวน้ำมันออกมา แล้วทำให้อากาศแห้ง และเติมกลับเข้าไปในถังน้ำมันใหม่  หากน้ำมันมีน้ำปนอยู่ น้ำจะระเหยออกมาปนกับอากาศ และความชื้นจะถูกกำจัดออกไปจากอากาศอีกครั้งหนึ่ง  วิธีการนี้มีข้อดีคือน้ำมันไม่ต้องสัมผัสกับเครื่องกรอง หรือเครื่องจักรสำหรับการแยกน้ำออกจากน้ำมันเลย  และสามารถแยกน้ำทั้งที่เป็นอิสระ น้ำที่แตกตัวอยู่ในน้ำมัน และน้ำที่ละลายอยู่ในน้ำมันออกได้

 บทสรุป
การควบคุมปริมาณน้ำในน้ำมัน เหมือนกับการควบคุมคอเลสเตอรอล   ที่จะควบคุมเป็นบางครั้งบางคราวแต่หวังว่าจะได้ผลดีเลิศ  การควบคุมปริมาณน้ำ ต้องมีการเปลี่ยนแปลงวิธีการทำงาน  และต้องปรับปรุงเรื่องต่าง ๆ รวมทั้งอาจต้องมีการดัดแปลงเครื่องจักรบ้าง  แต่หากเทียบกับความเสียหายที่น้ำจะมีผลต่อเครื่องจักรแล้วก็นับว่าเป็นเรื่องที่คุ้มค่า น่าทำ 

  Share