آلودگی و استانداردهای مروط به تورین


خلاصه

توربين به عنوان يك موتور حرارتي، با تبديل انرژي گرمايي به انرژي مكانيكي، نقش بسيار مهمي را در عمليات توليد نيرو ايفا مي كند. به همين دليل هر توقف پيش بيني نشده در توليد نيرو، منجر به وارد آمدن ميليونها دلار خسارت خواهد شد. براساس مطالعاتي كه شركت جنرال الكتريك (GE) در سال1991 انجام داد، حدود20 درصد قطعي برق در نيروگاهها، مربوط به توربين ها است كه از اين ميزان حدود19 درصد از مشكلات توربين، به طور مستقيم مربوط به انتخاب نوع روانكار، نوع سيستم روانكاري و كاركرد روانكار است.

لازم به يادآوري است كه روغن توربين، علاوه بر وظايف اصلي روانكاري و خنك كاري قطعات، به عنوان يك سيال هيدروليك براي سيستم كنترل توربين (گاورنرها) عمل مي كند.


چکیده

به دليل حساسيت نقش توربين در راندمان توليد نيرو و نيز اهميت روغن توربين، سازمان ASTM استانداردي را به صورت انحصاري براي كنترل روغن توربين در نظر گرفته است. استاندارد (ASTM D-4378) در ارتباط با روغن توربين هاي كاركرده و كار نكرده، توربين هاي گازي و بخار و نيز روغن توربين با پايه معدني (Mineral) در نظر گرفته شده است.

مقاله حاضر به بررسي اجمالي انواع آزمايش هاي روغن توربين و استانداردهاي مربوط به آنها، مي پردازد.   

Viscosity: ASTMD-445&VI: ASTM D-2270

يكي از مهمترين فاكتورهاي انتخاب روغن توربين، گريد آن است. در علم سيالات، ضخامت فيلم روانكار در شرايط روانكاري هيدروديناميك، وابسته به ويسكوزيته است و هر چه گرانروي روغن بيشتر باشد، لايه ضخيم تري تشكيل شده و استحكام آن بيشتر خواهد بود.

در شرايط روانكاري هيدروديناميك، تنها اصطكاك موجود، اصطكاك داخلي روغن است و در سرعت هاي بالا با افزايش گرانروي روغن، اصطكاك داخلي روغن افزايش يافته و درجه حرارت آن، افزايش خواهد يافت. بنابراين روغن توربين بايد با داشتن حداقل گرانروي (به دليل كاهش اصطكاك و حرارت) بتواند فيلمي با ضخامت كافي تشكيل داده و تغييرات ويسكوزيته آن در حين كاركرد،‌ در كمترين حد ممكن باشد.

 (Max 5%) تغيير در ويسكوزيته باعث تغيير در وضعيت روتور (شعاعي و محوري) و در نتيجه ايجاد ارزش در سيستم (Oil Whip) خواهد شد كه باعث افت راندمان توربين مي شود.

 طبق نظر OEM ، حداقل VI مورد نظر براي روغن توربين،90 است كه بوسيله انتخاب روغن پايه با پالايش مناسب و بدون نياز به افزودن ادتيو بهبود دهنده شاخص گرانروي مي توان به اين عدد رسيد.    

Rotary Pressure Vessel Oxidation Test (RPVOT): ASTMD-2272

  يكي از واكنش هاي نامطلوبي كه در روغن توربين اتفاق مي افتد، واكنش اكسيداسيون است كه در نتيجه آن تشكيل اسيدهاي آلي ضعيف و لجن نامحلول خواهد بود. در اين واكنش روغن در اثر حرارت با اكسيژن تركيب شده و با حضور عواملي چون آب،هواو ذرات فلزي به عنوان كاتاليزور، سرعت آن چند برابر مي شود.

تغيير در لقي مجازسيستم (Clearance) ، گرفتگي اجزاي كنترل سيستم و عدم انتقال حرارت مناسب از جمله تاثيرات نامطلوب اين واكنش است كه مي توان به آنها اشاره كرد. انجام اين واكنش با افزايش عدد اسيدي همراه بوده و براي تعيين ادامه كاركرد روغن، اين فاكتور بايد كنترل شود. حداكثر ميزان مجاز افت براي RPVOT ،ا25 درصد و زمان انجام آن براي روغن كاركرده، بصورت سالانه است.    

Turbine Oil Stability Test (TOST): ASTMD-943

براي تعيين طول عمر روغن توربين، از روش TOST كمك گرفته مي شود. در اين روش با شبيه سازي شرايط واقعي در آزمايشگاه، ساعات كاركرد روغن توربين را تعيين مي كنند. ساعات كاركرد براي توربين هاي گازي بين2000 تا4000 ساعت است. البته بدليل اختلاف شرايط آزمايشگاه با شرايط واقعي، تطبيق نتايج آزمايش، كمي دشوار خواهد بود .

بدليل ظرفيت بالاي مخازن روغن توربين و Make up سالانه (حدود5 درصد) استفاده از يك روغن با عمر طولاني كه با روغن پايه با كيفيت (خاصيت ذاتي ضد اكسيداسيون) و بكار بردن ادتيو ضد اكسيداسيون تهيه شده است توصيه مي شود.

Water by Karl Fisher Titration:

   ASTMD-6304

آب يكي از مهمترين عوامل اكسيداسيون و خوردگي در توربين ها به ويژه توربين هاي بخار است كه با كاهش تحمل بار لايه روغن سبب تشديد سايش و در نتيجه كاهش طول عمر ياتاقان ها مي شود.

 از جمله تاثيرات منفي ديگر آب مي توان تخريب ادتيوها و توسعه رشد باكتري ها در مخازن را نام برد كه منجر به گرفتگي فيلترها خواهد شد. بر اساس استاندارد ASTM D-4378 ، حداكثر ميزان آب (محلول يا آزاد) برابر 1000 ppm بوده و انجام آن به ويژه در توربين هاي بخار) هر3 ماه يكبار الزامي است.    

Acid Number: ASTMD-664

   روش اندازه گيري عدد اسيدي در روغن، روش تيتراسيون پتانسيومتري است كه اين عدد به عنوان شاخص ارزيابي عمر مفيد باقي ماندة روغن، مورد توجه قرار مي گيرد. لازم به يادآوري است كه عدد اسيدي اوليه روغن، معرف ميزان ادتيوهاي موجود در روغن است ولي افزايش عدد اسيدي معرف انجام اكسيداسيون بوده كه سبب ايجاد خوردگي در ياتاقانها مي شود.

 براساس استاندارد ASTM D-4378 ، حداكثر ميزان تغييرات (افزايش) در AN به اندازه 1 mg koh/gr و انجام آن هر3 ماه يكبار الزامي است.  

ISO 4406: Cleanliness Code

  يكي از روشهاي كنترل آلودگي هاي جامد در روغن، روش شمارش كلي ذرات است كه بدليل محدوديت روش اسپكتروسكوپي (اندازه گيري تا حداكثر7 ميكرون) مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين روش با توجه به سطوح تميزي و لقي مجاز در سيستم، كدهاي تميزي (حداقل آلايندگي) مشخص شده و ميزان سايش در سيستم تحت كنترل قرار مي گيرد. بر اساس توصيه OEM و استاندارد ASTM D-4378 كد تميزي ISO 4406 براي روغن توربين برابر 13/16/18 است. (عدد اول، معرف ذرات كوچكتر از5 ميكرون، عدد دوم، معرف ذرات بين5 تا15 ميكرون و عدد سوم، معرف ذرات بزرگتر از15 ميكرون) كه انجام آن هر3 ماه يكبار ضروري است.  

Rust Test: ASTMD-665

   روغن توربين جزو روغنهاي R&O بوده و سطوح فلزي را در برابر زنگ زدن محافظت مي كند. به دليل اينكه ذرات بدست آمده از زنگ زدگي به عنوان كاتاليست واكنش اكسيداسيون عمل مي كنند،‌ بايد حتي الامكان از وقوع اين پديده نامطلوب جلوگيري كرد. ميزان ادتيو ضد زنگ در روغن بوسيله افزودن روغن سرريز (Make up) در سطح مطلوبي حفظ شده و به افزودن اين ادتيو در حين كاركرد نيازي نيست. اين آزمايش براي توربين هايي كه در معرض آب قرار دارند، بايد بصورت سالانه انجام شود.



Demulsibility Test: ASTMD-1401

 در سيستم هايي كه روغن در معرض آب قرار گيرد (يا نشتي سيستم)، اختلاط آب و روغن باعث عملكرد نامطلوب سيستم مي شود. اگر روغن با توجه به زمان توقف سيستم (زمان راكد ماندن روغن در مخزن) بتواند با سرعت قابل قبولي از آب جدا شود، پايداري اكسيداسيون آن بيشتر شده و عمر آن افزايش مي يابد. اين خاصيت براي توربين هايي كه مخازن كوچكتري دارند،‌ مهمتر بوده و در توربين هاي بخار به صورت سالانه انجام مي شود. براساس توصيه OEM ، حداكثر حجم مجاز امولسيون باقيمانده پس از30 دقيقه،3 ميلي ليتر خواهد بود

Foam Test: ASTMD-892

در توربين هايي كه سيستم روانكاري بصورت گردشي باشد، يك لايه بسيار نازك كف، روي سطح مخزن مشاهده مي شود. وجود كف در روغن باعث ايجاد اخلال در عملكرد پمپ مي شود. همچنين به دليل كاهش پايداري فيلم روانكار در قطعات ايجاد سايش مي كند.عوامل ايجاد كف در روغن مي تواند مربوط به عيب مكانيكي سيستم (Oil Whip) ، گرد و غبار و يا افزايش هواي ورودي به سيستم (در اثر افزودن ادتيو ضد كف يا سيال سرريز) باشد.
براساس اين استاندارد ميزان كف پايدار قابل قبول پس از15 دقيقه،5 ميلي ليتر است.    

Air Release: ASTMD-3427

زمان آزاد سازي هوا در روغن وابسته به كشش سطحي روغن بوده و با توجه به ضخامت لايه روانكار تغيير مي كند. وجود هوا در روغن باعث كاهش مقاومت فيلم روانكار و افزايش نرخ اكسيداسيون مي شود. براساس اين استاندارد، حداكثر زمان آزاد سازي هوا از روغن(تاميزان0/2 درصد اوليه) مدت5 دقيقه است كه براي گريدهاي بالاتر، اين زمان بيشتر خواهد بود.

FZGGear Test: ASTMD-5182

در توربين هايي كه شفت باعث حركت ژنراتور مي شود، نياز به روغني است كه بار روي چرخ دنده ها را نيز تحمل كند. در چنين مواقعي بدليل افزايش فشار، شرايط روانكاري مرزي ايجاد شده و نياز به روغني حاوي ادتيو EP است. در روغن هاي حاوي ادتيو EP بدليل افزايش دماي روغن، ادتيوهاي EP فعال شده و در اثر واكنش با سطوح تماس، يك لايه مقاوم را روي سطح ايجاد كرده و از تماس مستقيم فلز به فلز جلوگيري مي كند. تعداد مراحل FZG (براي مثال گريد32) براي روغن هاي R&O معمولي، 7 Stage و براي روغن هاي حاوي ادتيو 11 Stage، EP خواهد بود.

Elemental Analysis

براي اندازه گيري آلودگي هاي ناشي از سايش، روش آناليز عنصري مورد استفاده قرار مي گيرد. با توجه به متالورژي مواد بكار رفته در سيستم، افزايش يك فلز در روغن، نشان دهنده وجود سايش در قطعات است.

اين روش برخلاف فروگرافي يك روش كمي بوده و يكي از جنبه هاي مهم در برنامه مراقبت وضعيت روغن و دستگاه، به حساب مي آيد.
در پايان لازم به ذكر است كه مناسبترين اطلاعات در ارتباط با وضعيت روغن، در هنگام نمونه برداري بدست مي آيد كه با توجه به عواملي چون رنگ نمونه (تيرگي)، بوي روغن (بوي تند)، جدا پذيري هوا از روغن (سطح بدون حباب) ، ميزان كف (ناپايدار)، ميزان آب (شفافيت) و ذرات جامد (ته نشين شده) مي توان وضعيت كلي روغن را برآورد كرد.

لینک دانلود