ÖZET
Geçen yazımızda, son dönemlerde yakıt kaynaklı makine arızaları üzerinde standartlarda tanımlanmamış ancak GCMS/CRA (kompozisyon) raporlarında görülebilen; bileşen ya da bileşen ailelerinin, gemi yakıt sisteminde ve makinede oluşturabileceği riskler açıklanmıştı. Bu yazıda, oluşan arızaların kök nedenlerine yağ analizi üzerinden sağlıklı bir tanı nasıl konulabilir? Sorusuna cevap aramaya çalışılacaktır. Örnek bir trend analiz raporu üzerinden olası nedenler yorumlanacaktır.
GİRİŞ
Gemi dizel makinelerinde yağ analizi, yalnızca yağın kullanılabilirlik durumunu gösteren rutin bir laboratuvar çıktısı değildir; aynı zamanda makine içinde gelişen aşınma süreçlerinin, kirlenme mekanizmalarının ve kimyasal bozunmanın erken teşhisine imkân veren stratejik bir izleme aracıdır. Deniz işletmeciliğinde bakım kararlarının giderek daha fazla veri temelli alınması, yağ analizi sonuçlarının yalnızca limit aşımlarına göre değil, trend değişimleri, parametreler arası ilişki ve işletme koşulları ile birlikte yorumlanmasını zorunlu hâle getirmiştir. Özellikle yakıt kalitesindeki değişkenlik, düşük kükürtlü yakıt kullanımı, katkı paketi farklılıkları (katkı maddelerinin türü, oranı ve kimyasal yapısının birbirinden farklı olması), temizleme ve filtrasyon/seperasyon verimi ile makine yük profili (düşük/yüksek yük, sık sık yük değişimi/sabit yük/manevra sıklığı vs) gibi etkenler, yağ analizi verilerinin doğru yorumlanmasını daha da önemli kılmaktadır.
Yağlama yağı; sürtünmeyi azaltma, ısıyı uzaklaştırma, korozyonu sınırlama, kurum ve yanma artıkları gibi kirleticileri süspansiyonda tutma ve yüzeyler arasında koruyucu film oluşturma gibi birden fazla kritik işlev üstlenir. Bu nedenle yağın fiziksel ve kimyasal özelliklerinde meydana gelen her değişim, çoğu zaman makinenin çalışma karakteri hakkında doğrudan ya da dolaylı bilgi verir. Analiz sonuçlarında görülen metal artışları aşınmanın yönü ve kaynağı hakkında fikir verirken, su, yakıt, silika ve yanma kaynaklı kalıntılar kirlenmenin türünü ortaya koyar; viskozite, TBN, TAN, oksidasyon, nitrasyon ve sülfasyon gibi veriler ise yağın kimyasal yaşlanma düzeyini ve katkı rezervinin yeterliliğini gösterir.
Bu makalede, gemi dizel makinelerinde kullanılan yağlama yağı analizlerinde hangi parametrelerin esas alındığı, bu parametrelerin aşınma, kirlenme ve kimyasal etkileşim bakımından nasıl değerlendirildiği ve iki zamanlı ile dört zamanlı makinelerde yorum farklılıklarının hangi teknik gerekçelere dayandığı ele alınmaktadır. Ayrıca uygulamada sık karşılaşılan analiz parametreleri, bunların yorum mantığı ve olası arıza göstergeleri tablo hâlinde sunularak, laboratuvar verilerinin işletmeye dönük mühendislik kararlarına nasıl dönüştürülebileceği açıklanmaktadır.
YAĞ ANALİZİNDE TEMEL PARAMETRELER
Yağ analizi sonuçları genel olarak üç ana veri grubu üzerinden değerlendirilir: Aşınma göstergeleri, kirlenme göstergeleri ve kimyasal bozunma göstergeleri. Aşınma göstergeleri kapsamında en çok demir (Fe), bakır (Cu), kurşun (Pb), kalay (Sn), alüminyum (Al), krom (Cr) ve nikel (Ni) gibi elementler izlenir. Bu elementlerin yağ içinde artışı, ilgili parçalarda meydana gelen metalik aşınmanın düzeyi ve kaynağı hakkında önemli bilgiler sağlar. Örneğin demir artışı gömlek, segman, dişli veya çelik yüzeylerdeki aşınmayı; bakır, kurşun ve kalay artışı ise yatak alaşımlarındaki bozulmayı işaret edebilir. Ancak doğru tanı için yalnızca mutlak değerler değil, örnekleme periyodu boyunca oluşan artış hızı ve diğer parametrelerle korelasyon da dikkate alınmalıdır.
Kirlenme göstergeleri arasında su miktarı, yakıt seyrelmesi, silisyum (Si), sodyum (Na), potasyum (K), kurum/soot, çözünmeyen maddeler ve partikül yoğunluğu öne çıkar. Su, yağ filminin sürekliliğini bozarak korozyon ve yatak hasarı riskini artırırken; yakıt seyrelmesi viskozitenin düşmesine ve yağın yük taşıma kapasitesinin azalmasına neden olur. Silisyum, çoğu durumda toz veya silikat kaynaklı dış ortam kirlenmesinin; sodyum ve potasyum ise soğutma suyu veya deniz suyu etkisinin göstergesi olabilir. Yanma kaynaklı kurum ve çözünmeyen maddeler ise dispersan kapasitesinin zorlandığını, eksik yanma veya blow-by etkisinin arttığını düşündürür.
Kimyasal bozunma ve yağın servis ömrü açısından en önemli göstergeler viskozite, toplam baz numarası (TBN), toplam asit numarası (TAN), oksidasyon, nitrasyon ve sülfasyon değerleridir. Viskozitedeki artış genellikle oksidasyon, kurum birikimi veya yüksek sıcaklık yükünü; viskozitedeki düşüş ise yakıt seyrelmesini ya da yanlış yağ karışımını düşündürür. TBN değeri yağın asidik yanma ürünlerini nötralize etme kapasitesini, TAN ise yağın içinde oluşan asidik bileşiklerin düzeyini gösterir. FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) tabanlı oksidasyon, nitrasyon ve sülfasyon verileri ise yağın hava, yüksek sıcaklık, azot oksitleri ve kükürtlü yanma ürünleri ile etkileşimi sonucunda ne ölçüde bozulduğunu ortaya koyar. FTIR, yağın içinden geçen kızılötesi ışığın hangi dalga boylarında soğurulduğuna bakarak, yağ içinde oluşan kimyasal değişimleri anlamaya yarar. Yani, yağın içinde hangi kimyasal bağların değiştiğini, yağın yaşlanıp yağlanmadığını, yağ içine yakıt/su/kurum veya oksidasyon üürnlerinin karışıp karışmadığını gösterir.
Bu nedenle, yağ analizinin güvenilir bir arıza teşhis aracı olabilmesi için tüm bu parametrelerin birlikte ve işletme geçmişiyle ilişkili olarak değerlendirilmesi gerekir.
PARAMETRE – ANLAMI – OLASI ARIZA İLİŞKİSİ
İKİ ZAMANLI GEMİ DİZEL MAKİNELERİNDE YAĞ ANALİZİNE YAKLAŞIM
İki zamanlı dizel makinelerinde yağ analizi, çoğu durumda silindir yağı ve sistem yağı açısından ayrı değerlendirilmelidir. Özellikle krosetli iki stroklu ana makinelerde silindir yağlama sistemi ile karter/sistem yağı birbirinden ayrıdır ve bu durum analiz yorumunu doğrudan etkiler. Silindir tarafında değerlendirilen scrape-down oil örnekleri, segman–liner etkileşimi, asit nötralizasyon performansı ve cat fines kaynaklı abrazif aşınma açısından son derece değerlidir. Bu örneklerde demir artışı genellikle liner ve ring aşınmasının en önemli göstergesidir. Bununla birlikte yalnızca demir düzeyine bakmak yeterli değildir; yakıtın kükürt içeriği, kullanılan silindir yağının BN seviyesi, yağ besleme oranı ve piston altı drenaj karakteri birlikte değerlendirilmelidir.
İki zamanlı motorlarda özellikle düşük BN veya yetersiz yağ besleme koşullarında korozif aşınma ön plana çıkabilir. Bu durumda TBN rezervinin hızla düşmesi, demir artışı ve sülfasyon eğilimi birlikte yorumlanır. Öte yandan HFO/VLSFO kullanılan uygulamalarda alüminyum ve silisyumun birlikte yükselmesi, yakıt içindeki cat fines parçacıklarının yeterince uzaklaştırılamadığını ve bunların liner-ring yüzeylerinde ciddi abrazif aşınma oluşturduğunu gösterebilir. Sistem yağında ise su kontaminasyonu, yatak metalleri ve viskozite değişimi daha kritik göstergelerdir. Dolayısıyla iki zamanlı makinelerde yağ analizi, silindir ve sistem devreleri arasında fonksiyonel ayrım gözetilerek yapılmalı; yorumlar mutlaka yakıt kalitesi, purifier performansı ve besleme oranı verileriyle desteklenmelidir.
DÖRT ZAMANLI GEMİ DİZEL MAKİNELERİNDE YAĞ ANALİZİNE YAKLAŞIM
Dört zamanlı trunk piston deniz dizellerinde tek yağ hacmi hem karter yağlamasını hem de yanma ürünlerinin bir bölümünü taşımaktadır. Bu nedenle analiz sonuçları, iki zamanlı sistemlere kıyasla daha karmaşık bir etkileşim yapısı gösterir. Soot birikimi, yakıt seyrelmesi, blow-by, oksidasyon ve nitrasyon gibi parametreler dört zamanlı motorlarda daha belirgin hâle gelir. Özellikle kısmi yükte çalışma, sık manevra, düşük sıcaklıkta işletme veya yanma kalitesinin bozulduğu durumlarda yağ içine kurum ve yanmamış yakıt geçişi artar. Bunun sonucu olarak viskozite önce yakıt etkisiyle düşebilir, daha sonra soot ve oksidasyon nedeniyle yükseliş eğilimi gösterebilir. Bu nedenle trend analizi, tekil bir laboratuvar sonucundan çok daha değerlidir.
Dört zamanlı motorlarda Cu, Pb ve Sn gibi yatak metalleri ile birlikte su ve yakıt seyrelmesi verileri dikkatle izlenmelidir. Çünkü karter yağı aynı zamanda yatakların güvenliği açısından da belirleyici bir rol oynar. Ayrıca TAN artışı, oksidasyon ve nitrasyon değerleri, yağın termal ve kimyasal yük altında ne ölçüde yıprandığını gösterir. TBN rezervindeki düşüş ise özellikle yakıt karakteri, yağ değişim aralığı ve deterjan/dispersan katkı performansı bağlamında değerlendirilmelidir. Sonuç olarak dört zamanlı dizel makinelerde yağ analizi; yanma kalitesi, segman sızdırmazlığı, yatak sağlığı, yakıt seyrelmesi ve yağ ömrü arasında çok boyutlu bir ilişki ağını ortaya koyar ve bakım stratejisi buna göre şekillendirilmelidir.
VAKA ÇALIŞMASI: SİSTEM YAĞI TREND ANALİZİNİN YORUMLANMASI
Tablo-1’de sistem yağı trend raporu, ana makine sump tankından alınan dört örneğin karşılaştırmalı değerlendirmesini içermektedir. Kullanılan yağ, Gulf Marine GulfSea Super Bear 3000 olup laboratuvar tarafından genel yağ kondisyonu her örnekte “normal” olarak sınıflandırılmıştır.
Bununla birlikte trend verileri ayrıntılı biçimde incelendiğinde, yağın hâlen kullanılabilir durumda olmasına karşın bazı parametrelerde dikkat gerektiren bir yön değişimi bulunduğu görülmektedir. Özellikle viskozite artışı, su varlığı, sodyum ve potasyumdaki yükseliş, silisyum artışı ve kurum yükündeki dalgalanma birlikte değerlendirildiğinde sistem yağının kirlenme ve kimyasal yük açısından daha yakından izlenmesi gerektiği anlaşılmaktadır.
Trendin en dikkat çekici bulgusu viskozite değeridir. Referans yağ için 40°C’de 100,2 mm²/s olan viskozite, geçmiş örneklerde 113,9–124,7 mm²/s aralığında seyrederken son örnekte 136,0 mm²/s düzeyine yükselmiştir. Bu artış, yağın nominal çalışma aralığının üst tarafına yaklaştığını göstermektedir. Viskozite artışının tek başına yorumlanması doğru değildir; bu vaka özelinde aynı dönemde IR oksidasyonun 1,28’den 4,98’e, IR nitrasyonun 6,17’den 8,12’ye ve IR sülfasyonun 13,14’ten 17,8’e yükselmiş olması, viskozite kalınlaşmasının yalnızca fiziksel kirlenmeden değil, aynı zamanda yağın termooksidatif (yüksek sıcaklık ve oksidasyon kaynaklı yağ yaşlanması) ve yanma gazı etkili kimyasal yaşlanmasından da beslendiğini düşündürmektedir. Kurum (IR soot) değerinin son örnekte 1,3 au ile düşük görünmesine karşın bir önceki örnekte 4,09 au düzeyine çıkmış olması, kurum yükünün sürekli lineer değil fakat dönemsel olarak yükseldiğini ve dispersan sistem üzerinde zaman zaman ilave yük oluşturduğunu göstermektedir.
Kirlenme göstergeleri açısından su ve alkali metal trendi ayrıca önemlidir. Son örnekte su miktarı %0,08 olarak ölçülmüş; önceki iki örnekte ise <0,05 seviyesinde bulunmuştur. Bu değer kritik bir serbest su kontaminasyonu düzeyini temsil etmese de yükselme eğilimi göstermesi bakımından anlamlıdır. Bununla birlikte sodyum değeri 32–34 ppm bandından 25 ppm’e gerilemiş olsa da hâlen ölçülebilir bir seviyededir; potasyum ise önceki örneklerde ihmal edilebilir düzeyde iken son örnekte 6 ppm olarak raporlanmıştır. Sistem yağında su ile birlikte Na ve özellikle K varlığı, düşük seviyede de olsa soğutma suyu sızıntısı veya tuz etkili bir kontaminasyon ihtimalini gündeme getirir. Bu bulgu tek başına kesin teşhis değildir; ancak su artışı, alkali metal varlığı ve oksidasyon yükselişi birlikte düşünüldüğünde, ceket suyu tarafı, yağ soğutucu devresi ve contalı yüzeyler öncelikli kontrol noktaları olarak değerlendirilmelidir.
Silisyumun son örnekte 14 ppm düzeyine yükselmesi de dikkate alınmalıdır. Her ne kadar bu değer ağır bir toz girişini tek başına kanıtlamasa da, sistem yağı açısından dış ortam kaynaklı partikül kirliliği, bakım sırasında sisteme yabancı madde girişi veya bazı katkı bileşenlerinin etkisiyle açıklanabilecek bir işaret olarak görülmelidir. Silisyum artışının demir ve alüminyum gibi aşınma metalleri ile birlikte belirgin şekilde yükselmemiş olması, şu aşamada ilerlemiş bir abrazif aşınma tablosu olmadığını düşündürmektedir. Nitekim demir son örnekte 7 ppm, bakır 2 ppm, kurşun 2 ppm, kalay 2 ppm düzeyinde olup trend genelinde düşük seviyelerde kalmıştır. Bu durum, sistem yağında belirgin bir mekanik aşınma patolojisinden ziyade kirlenme ve yağ yaşlanması yönlü bir uyarı sinyalinin öne çıktığını göstermektedir.
Katkı ve nötralizasyon kapasitesi açısından değerlendirildiğinde TBN değerinin 11,3 mgKOH/g düzeyinden 17,1 mgKOH/g seviyesine yükselmiş olması ilk bakışta yağ sağlığı açısından olumlu görülebilir; ancak bu artışın tek başına yağın iyileştiği anlamına gelmediği vurgulanmalıdır. TBN artışı çoğu zaman yağ ilavesi (top-up), farklı kompozisyonda katkı paketi içeren tamamlayıcı yağ kullanımı veya örnekleme zamanlamasındaki farklardan etkilenebilir. Benzer şekilde kalsiyumun 5133–5933 ppm bandından 7156 ppm’e yükselmesi de alkalin deterjan katkısının son örnekte daha güçlü temsil edildiğini göstermektedir. Özellikle iki zamanlı krosetli makinelerde, yüksek BN’li silindir yağlarının kalsiyum esaslı deterjan katkıları nedeniyle sistem yağına sınırlı ölçüde karışması teorik olarak Ca ve TBN artışını açıklayabilecek olasılıklardan biri olarak değerlendirilebilir. Bununla birlikte bu bulgu tek başına kesin kanıt olarak kabul edilmemelidir; çünkü yağ ilavesi, farklı katkı paketine sahip tamamlayıcı yağ kullanımı, örnekleme farklılıkları ve yağ tazeleme etkisi de benzer bir yükselişe yol açabilir. Bu nedenle söz konusu artış, silindir yağı kartere kaçışı bakımından ancak yağ ilave kayıtları, sistem ve silindir yağı özellik farkı, sızdırmazlık/ayırma koşulları ve diğer trend verileri ile birlikte yorumlanmalıdır. Dolayısıyla bu vakada TBN ve Ca yükselişi, oksidasyon ve viskozite artışının etkilerini tamamen ortadan kaldıran bir iyileşme göstergesi olarak değil; tazeleme etkisi bulunan, ayrıca belirli koşullarda silindir yağı karışımı ihtimalini de gündeme getiren, ancak eşzamanlı kirlenme ve yaşlanma belirtilerini gizlemeyen bir veri olarak değerlendirilmelidir.
Sonuç olarak bu sistem yağı trendi, düşük aşınma metallerine rağmen yağın özellikle kirlenme ve kimyasal bozunma yönünden sınır bölgesine yaklaştığını göstermektedir. En belirgin sınır dışı ya da sınır üstüne yaklaşan parametre viskozitedir; bunu destekleyen ikincil göstergeler ise yükselen oksidasyon, nitrasyon, sülfasyon ve su varlığıdır. Olası nedenler arasında düzensiz veya yetersiz purifier/filtrasyon performansı, blow-by kaynaklı yanma ürünü girişi, düşük seviyeli su veya soğutucu sızıntısı, uzun kullanım süresi boyunca biriken çözünmeyen kirleticiler ve yük/işletme profilinin yarattığı termal stres sayılabilir. Mevcut veriler acil bir mekanik hasar tablosu göstermemekle birlikte, sistem yağının daha sık aralıklarla izlenmesi, yağ temizliğinin operasyon sırasında iyileştirilmesi ve özellikle su girişine ilişkin yardımcı devrelerin kontrol edilmesi gerektiğini açık biçimde ortaya koymaktadır.
SONUÇ VE DEĞERLENDİRME
Yağ analizi, gemi dizel makinelerinde arızaların boyutunu ve yönünü anlamada en güçlü durum izleme araçlarından biridir. Ancak bu gücün etkin biçimde kullanılabilmesi, sonuçların tek tek parametreler üzerinden değil; trend, korelasyon, makine tipi, yakıt karakteri, yağ formülasyonu ve işletme koşullarıyla birlikte değerlendirilmesine bağlıdır. Bu makalede ele alınan sistem yağı vaka çalışması, söz konusu yaklaşımın pratik karşılığını açık biçimde göstermektedir. İncelenen örneklerde aşınma metalleri düşük düzeylerde seyretmiş ve akut mekanik hasar lehine güçlü bir bulgu oluşmamıştır; buna karşılık viskozite değerinin referans yağa göre belirgin yükselmesi, oksidasyon–nitrasyon–sülfasyon trendinin artması, su varlığının ölçülebilir seviyeye çıkması ve sodyum/potasyum gibi kirlenme göstergelerinin eşlik etmesi, yağın kullanılabilir olmakla birlikte kirlenme ve kimyasal yaşlanma yönünden dikkat gerektiren bir evreye girdiğini ortaya koymuştur.
Bu sonuç, yağ analizinin yalnızca “arıza var/yok” mantığıyla değil, arızaya giden sürecin evrelerini ortaya koyan bir erken uyarı sistemi olarak ele alınması gerektiğini doğrulamaktadır. Özellikle iki zamanlı ve dört zamanlı makinelerde aynı parametrenin farklı mühendislik anlamları taşıyabileceği unutulmamalıdır; ancak her iki durumda da doğru teşhis, aşınma metalleri, kirlenme göstergeleri ve kimyasal bozunma parametrelerinin birlikte okunmasıyla mümkündür. Vaka çalışmasında görüldüğü gibi düşük aşınma metali düzeyi her zaman risksiz işletme anlamına gelmez; viskozite artışı, düşük seviyeli su varlığı ve oksidatif yük, ileride yatak güvenliği, filtre yüklenmesi, yağ filmi kararlılığı ve depozit oluşumu açısından önemli sonuçlar doğurabilir. Bu nedenle yağ analizi raporları standart laboratuvar çıktıları olarak değil, makine işletme verileri, bakım geçmişi ve yardımcı sistem kontrolleriyle birleştirilen bütüncül bir mühendislik karar destek aracı olarak değerlendirilmelidir.