Регенерація турбінних мастил з використанням сорбентів на основі фулерової землі: унікальна розробка українських вчених
Основне призначення турбінних мастил – змащення поверхонь парових і водяних турбін, охолодження робочих поверхонь, використання в якості технологічної рідини в системах управління обладнанням. Якість турбінної оливи забезпечує безпеку та цілісність турбін, а також надійність їх роботи. Від якості мастильного матеріалу залежить довговічність деталей та підшипників турбін.
Турбінні оливи тривалий час виготовлялися з нафти. Вони справлялися зі своїми основними завданнями, проте збільшували ризик виникнення пожеж та пошкодження недешевого обладнання електростанцій. Для зниження ризику займання у машинних залах електростанцій із середини XX століття стали використовувати негорючі чи вогнестійкі синтетичні рідини. Відмінною особливістю таких рідин є те, що вони не підтримують горіння, а якщо навіть полум’я і виникає, то не поширюється струменем рідини, що викидається з обладнання під тиском.
Причини погіршення якості турбінних олив
У процесі тривалої експлуатації турбогенераторних установок стан олив, що подається в їх системи, суттєво змінюється. Цей процес можна назвати “старінням”. Старіння турбінного мастила характеризується погіршенням його експлуатаційних властивостей.
До основних причин старіння турбінної оливи відносяться:
• Забруднення твердими частинками;
• Вплив високих робочих температур у системах циркуляції потужних газових турбін;
• Окислення, хімічне розкладання мастила з утворенням кислих продуктів, гелю та твердого осаду внаслідок гідролізу або термічного розкладання у зоні перегріву на парах тертя.
Завдання підтримки якості турбінних мастил вирішується шляхом періодичного очищення оливи з використанням спеціальних установок фільтрації та зневоднення, які дозволяють видаляти тверді частинки та воду. Однак цих заходів достатньо лише до певного моменту. Наприклад, вогнестійкі турбінні оливи показують різке збільшення кислотного числа – ключового показника старіння – вже після чотирьох років експлуатації. Збільшення кислотного числа в процесі експлуатації турбінного мастила є наслідком його нестійкості до окислення та гідролізу, які призводять до утворення кислих продуктів. У цей момент звичайні установки фільтрації не справляються з видаленням таких продуктів.
В енергетичному секторі це завдання може бути вирішене трьома способами:
• Заливання нового мастила;
• Повна заміна вогнестійкої оливи;
• Додаткове очищення вогнестійкої оливи, що містить кислотні сполуки та продукти старіння.
Перший спосіб додавання нових мастил не вирішує проблему в довгостроковій перспективі, оскільки кислотні компоненти і продукти старіння швидко переміщуються в об’єм оливи, що додається, розподіляються в ньому і викликають активне старіння масла.Другий спосіб застосовується в крайньому випадку, оскільки повна заміна мастила в турбіні коштує досить дорого. Крім вартості купівлі нової оливи, фінансові витрати включають простій енергогенеруючого обладнання, який може тривати до двох тижнів і навіть довше, вартість оплати праці робітників, що змінюють рідину, оплату утилізації відпрацьованої рідини, а також закупівлю та утилізацію рідини для промивання (при необхідності). Вартість заміни вогнестійких рідин вимірюватиметься сотнями тисяч і навіть мільйонами доларів залежно від обсягу оливи в турбіні та кількості турбін, на яких проводиться заміна мастила.Тому найбільш доцільним є третій спосіб з додатковим очищенням вогнестійких турбінних масел, що містять кислотні сполуки та продукти старіння.
Українська компанія GlobeCore знайшла ефективніший спосіб регенерації старих вогнестійких турбінних олив. Пропонуємо розглянути можливості регенерації вогнестійкої турбінної оливи на прикладі мастила Fyrquel з використанням сорбенту на основі фулеровоїземлі. Fyrquel – самозагасаюча (вогнестійка) синтетична неводна рідина на основі тріарілфосфатного ефіру, яка в даний час використовується при експлуатації енергетичних турбін.
Результати експериментальних досліджень
Швидкість регенерації вогнестійкої турбінної оливи оцінювали за зміною кислотного числа. Кислотне число мастила Fyrquel становило 0,02 міліграма гідроксиду калію на грам. Для експерименту використовували відпрацьовану вогнестійку оливу з кислотним числом 0,54 мг КОН/г. Як сорбент для очищення масла використовували фулерову землю (природний матеріал сірувато-білого, коричневого, зеленого, оливкового або синього кольору, що приблизно на 70% складається з кремнезему. Також до складу цієї речовини входять сапфірове скло, оксид магнію, оксид заліза і оксид кальцію). Технічно регенераційний процес був реалізований з використанням машини СММ-12Р, що складається з 12 сорбційних колон. Оливу прокачували через сорбційні колони зверху вниз один раз.
В результаті проведеного дослідження можна зробити наступні висновки:
• Принципову можливість регенерації вогнестійких турбінних оливі доведено на прикладі мастила Fyrquel з використанням сорбенту на основі фулерової землі.
• Використання сорбенту на основі фулерової землі дозволяє відновити кислотність відпрацьованого масла за один прохід через регенераційну машину з 0,54 мг КОН/г до 0,01 мг КОН/г – по суті, до значення, що відповідає новому мастилу.
• Використання фулерової землі при регенерації відпрацьованої оливи знизило вміст вологи в мастилі з 1622 на мільйон до 295 частин на мільйон. При цьому вміст твердих частинок залишився тим самим.
• Для оцінки можливості регенерації оливи з кислотним числом понад 0,54 мг КОН/г та/або необхідної кількості проходів через регенераційну машину необхідні додаткові дослідження.
Застосування сорбенту на основі фулерової землі не дозволяє повністю видалити воду з олив, що мають високий вміст вологи. Тому при регенерації вогнестійких турбінних мастилз високим вмістом вологи рекомендується проводити попереднє зневоднення таких рідин за допомогою спеціального обладнання, наприклад, з використанням установок з коалесцентними фільтрами, і тільки потім обробляти оливи на регенераційних машинах.
За матеріалами https://www.lubesngreases.com/