Analýzy turbínových olejů
Analýza vzorků olejů z turbín je důležitým nástrojem proaktivní údržby stejně jako u jiných typů strojů. Vzhledem k velkým objemům oleje v turbínách je sledování stavu oleje stejně důležité jako sledování stavu turbíny. V příspěvku je uváděn přehled zkoušek, které se provádí v rámci rutinního sledování turbín, i zkoušky, které jsou součástí komplexního rozboru turbínového oleje. Zdůrazněny jsou zkoušky, které je nutné provádět kvůli měnící se aditivaci turbínových olejů a kvůli provozním podmínkám turbínového oleje.
Analýza mazacích olejů dnes slouží jako diagnostický prostředek ke sledování různých typů strojů s uzavřeným cirkulačním mazacím systémem od turbín po plynové motory. Schémata rozborů, tedy jaké zkoušky se mají provést, se liší právě podle typu stroje a jsou dobře známá. Při dodržení optimálních intervalů odběru vzorků lze spolehlivě zachytit všechny změny od běžného stavu (běžných hodnot jednotlivých sledovaných parametrů) a s velkým předstihem upozornit uživatele stroje, že se děje něco neobvyklého. Velmi důležité přitom je, aby diagnostik z laboratoře znal podrobnosti o sledovaném stroji, což velmi často není možné bez komunikace s uživatelem stroje. Při formulaci diagnostického závěru analýzy mazacího oleje je nutné „poskládat“ údaje od výrobce stroje, uživatele stroje a výrobce oleje s naměřenými daty.
Analýza turbínových olejů – problém úsad
Turbínové oleje jsou skupinou, u které se klade na sledování stavu oleje minimálně stejný důraz jako na sledování stavu stroje. Je to dáno velkými objemy a tím pádem velkou cenou olejových náplní, ale i tím, že porucha turbíny způsobená nekvalitním olejem je vždy havárií velkého rozsahu.
Kondice turbínového oleje se tradičně (kromě jiného) sleduje stanovováním obsahu antioxidantu. Do devadesátých let bylo toto sledování relativně jednoduché, jako antioxidanty se používaly látky ze skupiny stíněných fenolů, které mají v infračerveném spektru zřetelný, ostrý a v zásadě „osamělý“ pás v oblasti spektra 3700-3600 cm-1, takže se správně nastavenou kalibrací nebyl žádný problém obsah antioxidantu spolehlivě vyhodnotit. Modernější turbínové oleje jsou ale vybaveny dvěma typy antioxidantů – vedle zmíněných fenolů ještě látkami ze skupiny difenylaminů, které už tak jednoduše infračervenou spektrometrií sledovat nelze. Přesto i tato metoda nezůstává stranou. Na obr. 1 je infračervené spektrum typického turbínového oleje na ropné bázi s vyznačenou oblastí pásu nízkoteplotního antioxidantu typu stíněný fenol.
Co je ovšem důležité – vlivem několika faktorů (vysoká provozní teplota a celkově zvýšená provozní zátěž, použití skupin II a III základových olejů s menšími rozpouštěcími schopnostmi, výbojů elektrostatické elektřiny v mechanických filtrech, dále tzv. mikro-dieselingu - vysoká teplota v bublinkách vzduchu při zvýšení tlaku, a v neposlední řadě vliv přísad) dochází vyššímu termooxidačnímu namáhání oleje, které dává vzniknout úsadám zvaných v angličtině „varnish“. Jednoznačný český překlad tohoto slova je obtížný, proto jsem se uchýlil k obligátním úsadám. Výsledek toho všeho je, že zatímco dříve turbínové oleje „stárly s lineárním průběhem“, dnes jsou změny vedoucí k degradaci oleje náhlé. Proto je nutné zachytit analýzou oleje poměrně krátký časový úsek, ve kterém dochází k prudké změně rychlosti degradace s následnou tvorbou úsad nazývaných „varnish“. Tyto úsady způsobují během provozu závažné problémy, např. problémy v regulačních prvcích, zanášení teplosměnných ploch a olejových filtrů, vypadávání úsad v místech s nižší teplotou a malým pohybem oleje. Za tím účelem byly vyvinuty nebo upraveny metody, které mají zvýšení potenciálu turbínového oleje k tvorbě těchto úsad zachytit. Podle našich zkušeností neznámější jsou tzv. RULER (Remaining Useful Life Evaluation Routine) a MPC (Membrane Patch Colorimetry). První z nich je založena na voltamperometrickém stanovení úbytku fenolického i aminického antioxidantu porovnáním použitého s nepoužitým olejem – viz obr. 2. Druhá metoda vyhodnocuje barevné změny membrán, přes které jsou vzorky oleje filtrovány. Postup měření je dán normou ASTM D 7843. Na obr. 3 je infračervené spektrum degradovaného oleje, u kterého byla naměřena hodnota MPC = 60. Na obr. 4 je příslušná membrána.
Problémy s úsadami typu „varnish“ se týkají především plynových turbín, kde je olej vystaven velkému termooxidačnímu namáhání - cca 76 % turbín má problémy. U parních a vodních turbín se toto číslo pohybuje okolo 14 %.
Analýza turbínových olejů – doporučené analýzy
V případě, kdy se sleduje především stav turbíny a je nutný častější odběr vzorků – běžně se v takovém případě používá interval 3 měsíce – je aplikován zjednodušený balíček zkoušek složený tak, aby bylo možné monitorovat stav turbíny i turbínového oleje. Typický balíček zkoušek je uveden v tabulce 1.
V případě, kdy je monitorován především stav oleje, je aplikován komplexní rozbor turbínového oleje, který se běžně provádí v intervalech 1 rok. Příklad takového rozboru je uveden v tabulce 2. V rámci tohoto rozboru se sledují povrchové vlastnosti oleje, které ovlivňují tvorbu pěny a odlučování vody a vzduchu z oleje. Dalším testem jsou protikorozní vlastnosti oleje. A kromě degradace oleje se také stanovuje rezerva oxidační stability oleje. K tomu je možné použít výše zmíněny RULER test nebo se používá test oxidační stability v tlakové nádobě naplněné kyslíkem podle ASTM D 2272. Poslední možnost je stanovení obsahu antioxidantů FTIR spektrometrií, v tomto případě je naprosto nutné provést diferenční analýzu proti novému nepoužitému oleji stejného typu, jako je v turbíně. Optimální by byla stejná šarže, ale to v případě turbínových olejů s životností i v desítkách let často není možné.
Provedením komplexního rozboru je možné zmapovat všechny důležité vlastnosti turbínového oleje ovlivňující další provoz turbíny a dostatečně přesně predikovat životnost oleje. Tato předpověď nemůže samozřejmě zahrnout mimořádné změny provozních podmínek oleje (neobvyklé znečištění, zvýšená teplota apod.).
Závěrem
Analýza vzorků olejů z plynových, parních i vodních turbín je dnes standardní součástí proaktivní údržby turbín. Vzhledem k cenám turbín, olejových náplní v nich a ztrát, které by mohly být způsobeny výpadkem provozu turbíny, se vyplatí provádět i náročnější a dražší komplexní rozbory postihující detailně stav turbíny i turbínového oleje.
630
.gif)
