И.А. Степанков – ООО «С-Техникс»
На российском рынке для ГТУ предлагается большое количество марок турбинных масел, значительная часть которых представлена зарубежными производителями. В РФ процедура мониторинга рабочих масел регламентирована СТО, ГОСТ и правилами эксплуатации электростанций. При этом часто на станциях, где эксплуатируются газовые или паровые турбины иностранного производства, отсутствует нормативная документация по контролю параметров рабочего масла. В статье отмечены ключевые параметры анализа современных турбинных масел как зарубежных, так и отечественных производителей, а также представлены документы, которыми следует руководствоваться, кроме вышеупомянутых.
Состав турбинного масла
Обычно 98% состава турбинного масла – это базовое сырье, полученное из нефти путем селективной очистки, гидропереработки, гидроизомеризации и синтеза углеводородов. Также в производстве турбинных масел используются эфиры (в основном для температурно-нагруженных авиапроизводных газовых турбин), полиалкиленгликоли или фосфатные эфиры (табл. 1). Всего лишь до 2% в традиционных турбинных маслах составляют присадки, улучшающие свойства масел, основные из них – антипенные, антиокислительные, противозадирные, деэмульгирующие, депассиваторы металлов, а также ингибиторы коррозии. Для производства качественного продукта требуется наличие соответствующей инфраструктуры и технологии, необходим центр исследований и разработок для создания технически успешной формулы продукта, чтобы удовлетворить требования производителей газотурбинных установок.
Большинство современных турбинных масел производится на основе гидрокрекинговых масел, что обусловлено относительно низкой стоимостью этого сырья и высоким качеством. Нередко для производства современных турбинных масел в качестве базового используется синтетическая основа – полиальфаолефины (ПАО), такое масло предназначено для особых условий эксплуатации, где необходим продукт с низкой температурой застывания и длительным сроком службы.
Мониторинг турбинных масел
Анализ турбинного масла в процессе эксплуатации является неотъемлемой частью любой программы технического обслуживания оборудования и важным фактором в построении эффективной программы контроля рабочего масла. При правильном мониторинге анализ масла системы смазки ГТУ предоставляет ценную информацию не только о характеристиках смазочного масла, но также и о состоянии оборудования, являясь прогнозирующим и упреждающим инструментом для обеспечения надежности оборудования и предотвращения отказов, связанных со смазкой.
Основной задачей мониторинга масла является повышение надежности газотурбинной установки, а именно – увеличение срока службы оборудования, выявление неисправностей системы смазки, предотвращение незапланированных остановов.
Для современных турбинных масел, использующихся в импортных ГТУ, применяются международные стандарты, которые разрабатывались совместно с производителями оборудования, и все они в большей или меньшей степени отражены в их спецификациях. Поэтому при составлении программы мониторинга рабочего масла необходимо руководствоваться как международными стандартами, так и спецификациями конкретного производителя газотурбинной установки.
На примере спецификации Siemens TLV901304|05 можно увидеть, что этот документ представляет собой компиляцию немецкого стандарта DIN51515-2, американского стандарта ASTM D4304 и международного стандарта ISO 8068.
Как правило, программа мониторинга турбинных масел включает такие разделы, как чистота масла, физические и химические показатели, срок службы. По этим параметрам можно определить состояние смазки и состояние системы и прогнозировать срок службы смазочного материала (рис. 1).
Чистота масла
Интерпретация результатов анализов масла, таких как класс чистоты по ISO4406, наличие побочных продуктов распада (MPC – колориметрия осадка на мембранном фильтре) по ASTM D7843, содержание воды по ASTM D1744 и элементов загрязнений и износа системы смазки по ASTM D5185, позволяет выяснить следующее:
- образуются ли остатки износа элементов системы смазки;
- в каком внутреннем компоненте вероятнее всего возникает износ системы смазки;
- каковы причины износа и насколько серьезен износ системы элементов системы смазки;
- какие загрязнения содержатся в масле, причины их появления;
- как быстро деградирует масло и насколько оно склонно к появлению лаковых отложений.
Отдельно нужно отметить важность тестирования ASTM D7843 – определение потенциала лакообразования MPC, так как эта проблема является актуальной при использовании современных турбинных масел.
Образование лаковых отложений связано в первую очередь с процессом окисления базового масла и разложением антиоксидантов, входящих в состав пакета присадок. Лаковые отложения – полярные продукты распада масла, которые при насыщении в объеме масла откладываются на холодных частях системы смазки при остановах оборудования или на горячих элементах, например на подшипниках, – там, где температуры достигают более 200 оС. Причины образования лака:
- термическое/окислительное разложение масла (в основном антиоксидантов);
- электростатический разряд (низкая проводимость масла, тип фильтров);
- загрязнения (вода и пр.).
Факторы, которые могут влиять на скорость появления лаковых отложений, - температура в маслобаке и на подшипниках, качество и состав турбинного масла, загрязнения в процессе эксплуатации, количество остановов ГТУ в течение года и др.
Последствиями наличия лаковых отложений в системе смазки ГТУ (рис. 2, 3) может быть заклинивание клапанов, преждевременный износ оборудования, сокращение срока службы фильтров, неэффективная работа теплообменников. Определение потенциала лакообразования в масле крайне важно для поддержания надежности оборудования.
Свойства масла
К крайне важным физическим свойствам масла в любой гидродинамической системе смазки относятся вязкость, время деаэрации, склонность к пенообразованию, поэтому контроль этих параметров является обязательной частью программы мониторинга эксплуатационного масла. Вязкость обеспечивает стабильный масляный клин, а способность быстро отделять пузырьки воздуха снижают время контакта кислорода с маслом и также поддерживают стабильный гидродинамический режим.
Результаты испытаний времени деэмульсации масла важны для паровых турбин, где вода может попадать в систему через уплотнения. В газовых турбинах из-за отсутствия смежных контуров вода/масло наличие воды в системе смазки имеет второстепенное значение, поэтому данный метод не представляет большого интереса для исследования масла в ГТУ.
Срок службы масла
К параметрам, позволяющим оценить остаточный срок службы масла, можно отнести кислотное число (для систем смазки до 5 000 л), окислительную стабильность RPVOT по ASTM D 2272 (в совокупности с общей картиной результатов проведенных испытаний) и инфракрасную спектроскопию Фурье или вольтамперометрию с линейной разверткой, также известную как тест RULER (ASTM D-6971).
Кислотное число – важный параметр, но недостаточно информативен в системах смазки большого объема. Резкое увеличение кислотного числа, как правило, свидетельствует о том, что в системе уже есть проблемы с лаковыми отложениями.
RPVOT имеет низкую повторяемость и производимость, так как присадки в современных турбинных маслах, такие как депассиваторы металлов и др., могут завышать значения данного параметра.
Еще в 2005 году в сборнике докладов ASTM под названием «Окисление и испытание турбинных масел» были представлены результаты испытаний пяти образцов турбинных масел. Образцы термостатировались в течение 8 недель при температуре 120 оС. Средние значения начальных и конечных результатов (вязкость, кислотное число, RPVOT, MPC, RULER) были занесены в таблицу, исходя из этих данных можно сделать вывод, что показатель RPVOT фактически не изменился по сравнению с показателем свежего масла, при этом масло содержало в себе критическое количество побочных продуктов распада (лака). Данные представлены в табл. 2. Таким образом, наиболее достоверным источником информации по остаточному сроку службы является RULER в корреляции со значением MPC.
RULER – тест по определению остаточных антиоксидантов ароматических аминов и пространственно затрудненных фенолов. Данный тест является достаточно достоверным для определения остаточного срока службы масла. Стоит обратить внимание: если антиоксиданты аминного и фенольного типов составляют ниже 40% от начального уровня, в этом случае рекомендуется обратить внимание на значение показателя MPC и класс чистоты, который также косвенно может подтвердить наличие побочных продуктов распада. Это легко проверить в лабораторных условиях, если замерить значения кода чистоты холодного масла и нагретого до температуры 80 оС: если значение кода чистоты улучшится в пробе нагретого масла, то это подтверждает факт наличия побочных продуктов распада, которые растворяются в рабочем масле.
Оптимальный список тестов для мониторинга рабочего турбинного масла представлен в табл. 3.
При формировании программы мониторинга турбинных масел, чтобы получить наиболее достоверную информацию о состоянии смазки в оборудовании, нужно учитывать следующие факторы:
- обязательное исследование пробы свежего масла для получения эталонных значений;
- отбор проб рабочего масла из одного и того же места;
- обязательный анализ в аккредитованной лаборатории;
- контроль трендов измерений, накопление статистики;
- предоставление точной информации при заполнении сопроводительной формы.
- использование отбраковочных параметров от производеля ГТУ или производителя масла.
Технический сервис по анализу турбинных масел
С 2022 года успешные ранее программы мониторинга интерпретации анализов масел (например MobilServ, Shell Lube Analyst, LubANAC Indus и др.), предоставляемые конечным потребителям в РФ крупными иностранными производителями масел, недоступны. В результате множество конечных потребителей данных видов импортных турбинных масел остались без квалифицированного технического сопровождения. Несмотря на то что в России существуют аккредитованные лаборатории, способные провести указанные выше тесты, ни одна из них не предоставляет комплексной интерпретации полученного результата.
ООО «С-Техникс», имея многолетний экспертный опыт в области интерпретации результатов лабораторных анализов, предлагает конечным потребителям воспользоваться техническим сервисом, в который входит:
- анализ масла в аккредитованной лаборатории;
- отправка образцов от заказчика до лаборатории;
- предоставление протокола испытаний;
- предоставление аналитического отчета (интерпретация результатов с рекомендациями).
Данный технический сервис позволит конечным потребителям повысить надежность ГТУ за счет раннего обнаружения проблем и предотвращения возможных отказов оборудования, а также спрогнозировать период замены масла и избежать незапланированных простоев.