مراقبت وضعیت روغنهای توربین

مراقبت وضعیت روغن توربین های گازی و بخار
بر اساس ASTM D4378

برگرفته از پیام بهران

دو نوع عمده توربین های ثابت که در صنعت تولید انرژی استفاده می شوند عبارت است از توربینهای بخار و توربینهای گاز. روانکاری در هر دو نوع یکسان است اما تفاوتهای مهمی نیز وجود دارد از جمله اینکه روغنهای توربین گازی به طور موضعی تحت دمای بالاتری قرار می گیرند و احتمال آلودگی با آب در آنها کمتر است. به طور کلی انتظار می رود روغنهای توربین بخار سالها عمر کنند. در برخی توربین ها 20 سال عمر کاری به سهولت میسر است اما روغنهای توربین گازی عمر کوتاهتری دارند.بسیاری از آزمونهای مراقبت وضعیت برای روغنهای توربین بخار برای روغنهای توربین گازی نیز کاربرد دارد. در این مقاله به تحلیل پارامترهایی که باید هنگام مراقبت وضعیت روغن توربین های گازی و توربین های بخار ردیابی شوند پرداخته می شود.

عوامل تخریب روغن توربین عبارتند از:

1- تخریب در اثر کسیداسیون

این امر حاصل تغییرات شیمیایی در اثر اکسیژن اتمسفری بر روغن است. فرایند اکسید شدن یک واکنش زنجیری است که ضمن آن ابتدا هیدروپراکسیدها تشکیل می شوند.

2- تخریب حرارتی

تخریب حرارتی در نقاط داغ توربین ها رخ می دهد. در دماهای بالا، شکست مولکولی هیدروکربن ها رخ می دهد که در نتیجه آن ترکیبات ناپایدار در روغن تشکیل می شود. این ترکیبات ناپایدار به سهولت اکسید شده و به صورت رزین و لجن پلیمریزه می شوند.

3- تجمع آب در دستگاه

آب در دستگاه هم تخریب روغن را تسریع کرده و هم روانکاری را مختل می نماید.

4- مصرف شدن مواد افزودنی

تمام شدن موادافزودنی منجر به تسریع در اکسیداسیون و زنگ زدن زود رس در دستگاه می گردد.

5- نفوذ آلودگی ها

آلودگی ها داخل دستگاه مانند محصولات خوردگی و غبار و سیالات دیگر که از لحاظ روانکاری و سایش ایجاد مشکلات زیادی می نمایند.

عوامل مهم قابل ردیابی برای روغنهای توربین و علت کنترل آنها

1- گرانروی

اغلب روغنهای توربین در درجه گرانروی 32، 46، 68 یا 100 تولید می شوند. مهمترین علت کنترل گرانروی وغن توربین کارکرده بررسی این امر است که آیا روغن به طور صحیح استفاده شده و تعیین میزان آلودگی هایی که ممکن است در روغن تجمع یافته باشند. روغنهای توربین کارکرده بندرت تغییرات گرانروی قابل توجهی نشان می دهند. گاهی افزایش گرانروی ممکن است به دلیل تشکیل امولسیون روغن با آب باشد.

2- پایداری اکسیداسیون ذخیره

به طور سنتی پایداری اکسیداسیون ذخیره به روش ASTM D943 اندازه گیری می شود. اما روش ASTM D2272 روش سریع و بهتری به منظور بررسی تغییرات شرایط روغن در ضمن کار است. پایداری در برابر اکسید شدن روغن در ضمن کار به تدریج کاهش می یابد. تخریب روغ به دلیل اثر کاتالیستی فلزات موجود در دستگاه (آهن یا مس) و مصرف آنتی اکسیدانت تسریع می شود. از مورد اخیر نتیجه عملکرد معمولی ماده افزودنی یعنی واکنش شیمیایی آنتی اکسیدانت برای توقف زنجیر اکسید شدن و تبخیر آن است. با کاهش پایداری اکسیداسیون ذخیره، ترکیبات اسیدی تشکیل می شوند که به نوبه خود باعث واکنش بیشتر برای تولید ترکیبات پیچیده تر می گردند. محصول نهایی این فرایندها لجن نامحلول است.اگرچه تنها بخش کوچکی از روغن به لجن تبدیل می گردد، اما همین مقدار کم می تواند برای رسوب در محل های بحرانی دستگاه و جلوگیری از روانکاری صحیح و خنک شدن یاتاقانها و سایر اجزای متحرک کافی باشد. روشی که اغلب برای نشان دادن پیشرفت اکسیداسیون (به طور غیر مشتقیم برای پایداری اکسیداسیون ذخیره) به کار می رود، تعیین عدد اسیدی کل (TAN) است (به روشهای D74 و ASTM D664). اغلب مواد بازدارنده¬ی زنگ زدگی استفاده شده در روغنهای توربین اسیدی هستند. افزایش عدد اسیدی کل به بالاتر از مقدار آن در روغن تازه، نشان دهنده حضور محصوات اسیدی اکسیداسیون یا (به احتمال کمتر) آلودگی با مواداسیدی است. تعیین دقیق عدد اسیدی کل خیلی مهم است اما این ویژگی معیاری برای پایداری اکسیداسیون ذخیره به روش RBOT(ASTM D2272) بهتر تعیین می شود.

3- تشکیل لجن

روغنهاي به كار رفته در توليد روغنهاي توربين، به خوبي پالايش شده هستند. از اين رو حلال بسيار ضعيفي براي لجن مي باشند. اين امر دليل اصلي نياز به مراقبت وضعيت پايداري اكسيداسيون ذخيره در اين روغن است. حد مجاز اكسيداسيون در اين روغنها بسيار پايين است، زيرا خطر رسوب لجن در محفظه ياتاقانها، آببندها، دنده ها و پيستون ها سيستم را دچار اشكال زيادي مي نمايد. اندازه گيري لجن به عنوان مثال با صاف كردن بوسيله غشاي متخلخل امكان پذير است، اما آزمونهاي ديگري وجود دارد كه هرگونه تشكيل لجن را از قبل پيش يبني مي كند. صاف كردن و سانتريفيوژ نمودن به جدا كردن لجن از روغن كمك مي كند اما از تخريب روغن جلوگيري نمي نمايد.

4- آلودگي هاي ساينده

مخرب ترين آلودگي روغن توربين آلودگي اي است كه بعد از ساخت و نصب سيستم يا زماني كه براي مراقبت و تعمير باز شود، در آن باقي مي ماند. تميز كردن و شستشوي (فلاشينگ) اوليه سيستم بعد از نصب يا تعمير حائز اهميت است. به غير از اين آلودگي ها موارد ديگري براي ورود جامدات از طريق منافذ عملياتي يا عدم نصب صحيح، وجود دارد.

وجود ذرات ساينده در روغن از هر منشايي كه باشد قابل اغماض نيست، زيرا اين ذرات سبب خراش و صدمه به ياتاقانها و همچنين باعث عملكرد نامناسب و چسبندگي سيستم هاي كنترل مي شود. زماني كه ميزان سرريز روغن كم است و صافي ها و تصفيه كننده هاي متعددي به صورت رضايت بخش كار مي كنندة ذرات ساينده معمولا قبل از اينكه صدمه اي وارد سازند زدوده مي شوند. در يك سيستم كه به طور صحيح مراقبت مي شود، ميزان ذرات موجود در آن، مشكلي ايجاد نمي كند. ميزان تميزي روغن را مي توان به روشهاي وزن سنجي و يا شمارش ذرات تعيين كرد. سطح تميزي گاهي توسط سازنده و گاهي با نظر مصرف كننده تعيين مي شود. بر اساس استاندارد NAS 1638 حداكثر مقدار تميزي 8 براي روغنهاي توربين مقياس رضايت بخشي است.

5- محافظت از خوردگي

ميزان محافظت از زنگ براي سيستم هاي توربين از اهميت زيادي برخوردار است. براي سطوح پوشيده با قطرات ساكن آب و براي سطوحي كه تنها گاهي به آنها روغن پاشيده مي شود، محافظت از زنگ زدگي لازم است. روغن تازه معمولا حاوي ماده افزودني بازدارنده از زنگ زدگي است كه بر مبناي آزمون ASTM D665 تائيد مي شود، اما در ضمن كار وغن، اين ماده افزودني به يكي از روشهاي زير از بين مي رود:
  • انجام صحيح وظيفه خود
  • حذف توسط آب
  • جذب روي ذرات حاصل از سايش و ديگر آلودگي هاي جامد
  • واكنش شيميايي با آلودگي ها
روش ASTM D665-A براي تعيين بازدارندگي از زنگ روغن براي توربين هاي ثابت صنعتي كافي است. اما براي كنترل اين خاصيت در توربين هاي دريايي روش ASTM D665-B توصيه مي شود.
نيازي به كنترل خوردگي مس حاصل از گوگرد فعال يااسيدهاي قوي نيست، زيرا قبل از اينكه چنين تركيباتي ايجاد شوند روغن توربين تعويض مي شود.

6- ميزان جداپذيري از آب

آب مي تواند از نشتي خنك كننده روغن، تنفس معمولي و سيستم آببند، وارد روغن شود. آب با فلزات موجود، نقش كاتاليزور را در اكسيداسيون روغن ايفا مي كند. همچنين مواد افزودني حساس به آب، مانند برخي مواد بازدارنده از زنگ زدگي توسط آب خارج شده و به اين ترتيب زنگ زدگيوخوردگي ايجاد مي شود. در توربين هاي گازي مقادير كم آب ضمن عمليات معمولي توربين خارج مي شود. در توربينهاي بخار اگر روغن در شرايط خوبي باشدة آب در ته مخزن ذخيره، جمع مي شود و سپس به طور منظم تخليه مي گردد. بنابراين در توربين هاي بخار اگر خاصيت جدا پذيري از آب كافي نباشد، مقادير زيادي آب در سيستم باق مي ماند و علاوه بر اثر شيميايي بر روغن و مواد افزودني، بر خواص روانكاري روغن نيز تاثير معكوس مي گذارد. نظريه هاي مختلفي در مورد حداكثر مقدار مجاز آب وجود دارد. ميزان خاصيت جداپذيري از آب به طور معمول به روش ATM D1401 تعيين مي شود. روش IP-19 اگرچه معادل ASTM ندارد اما هنوز هم در برخي صنايع مورد استفاده قرار ميگيرد.
ساير مشخصه هاي روغن هاي توربين كه مي توانند اندازه گيري شوند اما در مقايسه با خواص فوق الذكر از اهميت كمتري برخوردارند

1- رنگ

برخي روغنهاي توربين در معرض آفتاب يا نور UV تيره رنگ مي شوند اما مسئله غير عادي نيست. هرچند تغييرات قابل توجه رنگ مي تواند نشان دهنده تغييرات قابل توجه در خواص روغن باشد اما تغيير رنگ به تنهايي نمي تواند خطرناك باشد، مگر اينكه آزمون هاي تكميلي مشكلي را مشخص كنند.

2- كشش بين سطحي

اين آزمون از زماني كه روغنهاي توربين فقط روغن پايه خيلي پالايش شده و بدون افزودني بودند، انجام مي شود. زيرا روغن پايه به تنهايي كشش بين سطحي بالايي نشان مي دهد اما روغن توربين هاي جديد حاوي مواد ارزشمندي مي باشند كه از نظر كشش سطحي فعال هستند. بنابراين نتايج آزمون كشش بين سطحي براي روغنهاي توربين كاركرده نمي تواند معيار كيفي براي تعيين وضعيت اينگونه روغن باشد.

3- وزن مخصوص

اين آزمون تنها از لحاظ كنترل روش اندازه گيري ASTM D 1298 وجود آلودگي عمده اهميت دارد اما براي تعيين ميزان تخريب روغن از ارزش اندكي برخوردار است.

4- نقطه اشتعال

مانند اغلب روانكارها، روغنهاي توبين نيز بايد داراي نقطه اشتعال بالا باشند از لحاظ ميزان تخريب روغن، نقطه اشتعال اهميت اندكي دارد زيرا تخريب روغن اثر كمي بر نقطه اشتعال مي گذارد. اين آزمون بيشتربراي تشخيص آلوده شدن روغن با حلال هاي با نقطه جوش پايين مفيد است. روش بكار رفته ASTM D92 يا D93 است.

5- خاصيت كف كنندگي

اين خاصيت به روش D892اندازه گيري مي شود. مشكل كف كنندگي سه منشا دارد:
  • مشكل مكانيكي، اگر مربوط به شيوه طراحي سيستم باشد غلبه بر آن دشوار است.
  • تهي شدن روغن از ماده ضد كف، در اثر مصرف و تمام شدن
  • آلوده شدن روغن، در برخي موارد اين مشكل با اضافه كردن ماده افزودني ضد كف برطرف مي شود.

6- ميزان آب

اگر روغن روشن و شفاف باشد مقدار آب حل شده اهميت چنداني ندارد. اغلب روغنهاي توربين در دماي معمول مي توانند حاوي تا 75 ppm آب باشند اما هنوز هم روشن و شفاف باقي بمانند.

پايداري روانكارهاي جديد توربين به تركيبي از روغن پايه با كيفيت بالا و مواد افزودني فوق العاده موثر بستگي دارد. از اينرو تلاشهايي براي رديابي و مراقبت غلظت مواد بازدارنده اكسيداسيون ضمن كار، صورت گرفته است. از آنجايي كه معمولا دي بوتيل پارا كرزول (DBPC) به عنوان آنتي اكسيدان به كار مي رود، اغلب روشهاي اين آزمون، بررسي به كمك اشعه مادون قرمز با استفاده از DBPC به عنوان استاندارد است. اما اين روشها در غلظت هاي پايين دقت لازم را ندارد به طوريكه مواردي وجود داشته است كه نتايج آناليز، غلظت صفر براي بازدارنده را نشان داده است اما روغن هنوز مقاومت اكسيداسيون خوبي داشته است.

با وجود مطالب فوق، مشكل اصلي اين است كه هر ماده ضد اكسيداسيون نياز به روش بررسي مخصوصي دارد. در روغنهاي توربين جديد ممكن است مواد ديگري غير از DBPC وجود داشته باشد به اين دليل استفاده از RBOT بسيار سودمند تر است.