Elektriciteitscentrale verandert de manier waarop het vocht in smeerolie bepaalt

In moderne, conventionele krachtcentrales is de algehele toestand van de vloeistoffen die grote, hoogwaardige machines smeren van cruciaal belang voor de succesvolle en economische werking van de fabriek. Met name de hoeveelheid vocht die in de olie aanwezig is, kan de prestaties van de smeervloeistof beïnvloeden, aangezien water kritische antioxidatieve verbindingen kan uitwassen en kan bijdragen aan de oxidatie van smeermiddelen en het daaropvolgende verlies van smeermiddelprestaties. Jarenlang worden Karl Fischer (KF)-titraties gebruikt om de hoeveelheid water in olie te meten, maar deze analytische methode heeft een aantal beperkingen. Drie jaar geleden hebben we onze KF-methode vervangen en gebruiken we nu Fourier-transformatie-infraroodanalyse (FTIR) om het niveau van waterverontreiniging in smeervloeistoffen te meten en te beheersen. We hebben ontdekt dat de FTIR-analysator nauwkeurige gegevens levert in minder tijd en met minder complicaties dan de "gouden standaard" Karl Fischer-titratie.

Smeringbewaking bij Ferrybridge
Ferrybridge C Power Station is een 2000 megawatt kolen- en biomassacentrale in West Yorkshire in Engeland. De vier immense stoomturbines en hoofdvoedingspompen van de fabriek produceren genoeg stroom voor 2 miljoen huishoudens, of 4 procent van de dagelijkse elektriciteitsbehoefte van het Verenigd Koninkrijk. Het vermogen van één stoomturbine zou voldoende zijn om zes Queen Mary 2-cruiseschepen op volle snelheid vooruit aan te drijven. Elke turbine-as is meer dan 170 voet lang en buitengewoon zwaar; met 12 steunlagers, allemaal gesmeerd met minerale olie. Deze smeerolie dient meer dan één doel, aangezien het ook de stuurolie is voor de bediening van de turbineregelkleppen en stoomtoelaatkleppen. Daarom is het absoluut noodzakelijk dat de toestand van de olie wordt gecontroleerd en binnen de vereiste specificatie wordt gehouden. Aangezien het vochtgehalte in de smeerolie in de loop van de tijd verandert als functie van de omgevings- en bedrijfsomstandigheden, is het absoluut noodzakelijk om snel nauwkeurige analytische informatie te verkrijgen.

De meting van water in smeervloeistoffen via FTIR-analyse
Bij Ferrybridge gebruiken we de iPAL FTIR-analysator van A2 Technologies die is uitgerust met een TumblIR-transmissiecelsysteem (Figuur 1).

Figuur 1. De iPAL FTIR-analysator van A2 Technologies wordt gebruikt in de Ferrybridge-fabriek voor olie-analyse.

Om een ​​monster te analyseren, plaatst de operator een druppel zuivere, gebruikte olie op het onderste TumblIR-venster, dat in het oppervlak van de analysator is gemonteerd, en draait vervolgens een tweede, op de cardanische ophanging gemonteerd venster op zijn plaats, waardoor een reproduceerbare 100- micron opening die de olie vasthoudt. Het systeem is uitgerust met een vooraf gekalibreerde, geautomatiseerde methode voor het analyseren van water in olie, en een eenvoudig commando start de transmissie-IR-methode. De FTIR-analysator verzamelt, analyseert en rapporteert vervolgens de gegevens. Het iPAL-systeem is in staat om water tot 200 delen per miljoen (ppm) nauwkeurig te analyseren zonder monstervoorbereiding, dus detectielimieten zijn niet in het geding. A2 Technologies heeft een methode ontwikkeld waarbij gebruik wordt gemaakt van oppervlakteactieve stoffen die kwantitatieve detectie van water in smeerolie tot 65 ppm mogelijk maakt.

We hebben de iPAL-analysemethode vergeleken met onze Karl Fischer-titratiemethode en er werd een goede correlatie tussen de methoden aangetoond. Het verloop van de aanwezige hoeveelheid water wordt gemonitord, waardoor absolute waarden niet nodig zijn. Zelfs met KF-metingen worden geen absolute waarden gemeten, aangezien het resultaat vertekend kan zijn door de hoeveelheid gebruikt monster en de inherente onmengbaarheid van olie en water. Daarom worden herhaalde metingen uitgevoerd met zowel de FTIR- als de KF-analyse (vaak met de KF). Omdat de FTIR-metingen zo snel zijn, zijn repetitieve metingen veel sneller en gemakkelijker uit te voeren. De kleine verschillen tussen de twee methoden zijn niet significant verschillend van die verkregen door twee KF-tests uit te voeren op hetzelfde monster.

Nadat we vertrouwen hadden gekregen in de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de FTIR-methode, hebben we onze KF-metingen grotendeels vervangen. Een voorbeeld toonde aan dat het iPAL-systeem het vochtgehalte in zowel de turbineolie als de hoofdvoedingspompolie volgde.

Wanneer het vocht in de smeervloeistof groter is dan de toegestane specificatie, worden corrigerende maatregelen genomen om het water in de olie te verwijderen. Er zijn twee methoden om het vochtgehalte van de turbineolie aan te passen:

1. De stoomdruk van de turbineklier wordt handmatig aangepast als de unit moet werken met een lagere dan normale belasting.
2. Een mechanisch apparaat dat water van olie scheidt, wordt gebruikt om vocht uit de hoofdolietank van de turbine te verwijderen.

De iPAL FTIR-analysator controleert niet alleen het waterniveau in olie en waarschuwt ons om indien nodig corrigerende maatregelen te nemen, maar wordt ook gebruikt om de effectiviteit van onze methoden te volgen om water te verwijderen en de olie terug te brengen tot acceptabele vochtlimieten.

De waarde van het gebruik van FTIR-analyse voor smeermonitoring
Er zijn talloze redenen waarom we de iPAL FTIR-analysator bij Ferrybridge hebben gebruikt en veel van onze Karl Fischer-titratieanalyses hebben geëlimineerd.

• FTIR-analyse van water in olie is snel.
  • De FTIR-analysator heeft drie tot vijf minuten nodig om het water in olie te meten, van de introductie van het monster tot de uiteindelijke resultaten.
  • Met het FTIR-systeem heeft het vochtgehalte in het monster geen invloed op de analysetijd. Met KF kan een monster met een laag vochtgehalte (minder dan 0,05 procent) worden gemeten in ongeveer dezelfde tijd als de FTIR; bij monsters met een gemiddeld tot hoog vochtgehalte (groter dan 0,05 tot 0,5 procent) kunnen de metingen echter vijf tot 30 minuten duren.
• Er zijn geen reagentia nodig voor de FTIR-analyse van water in olie.
  • Een enkele druppel zuivere, gebruikte olie wordt geanalyseerd – er zijn geen reagentia nodig.
  • De KF-methode is een titratie waarvoor testchemicaliën en reagentia nodig zijn, die duur zijn en opnieuw moeten worden besteld.
  • De KF-methode maakt gebruik van reagentia die jodium en zwaveldioxide bevatten in aanwezigheid van methanol en een organische base zoals pyridine of imidazool. Dit zijn potentieel giftige reagentia en er moet voorzichtigheid worden betracht met betrekking tot blootstelling.
• De FTIR analyse van water in olie is eenvoudig uit te voeren.
  • De FTIR-methode is vrij eenvoudig en de procedure is in het systeem geprogrammeerd, zodat minder geschoold personeel nauwkeurige metingen kan doen, onafhankelijk van het aanwezige waterniveau.
  • De KF-methode vereist een bekwame technicus om de analyse uit te voeren, en zeer natte oliën kunnen een uitdaging zijn.
  • Nadat meerdere natte monsters zijn gemeten, moet de KF-titrator uit bedrijf worden genomen, gereinigd en reagentia worden bijgevuld. Dit vereist dat we meerdere KF-titrators gebruiken om aan de vraag naar monsters te voldoen.
• Het is gemakkelijk om personeel te trainen in het gebruik van het iPAL FTIR-systeem.
  • Met de standaardmethode die al in de iPAL-analysator is geprogrammeerd, duurt het niet meer dan een paar minuten om een ​​technicus op te leiden.
  • De KF duurt minstens een halve dag, aangezien operators moeten worden getraind in het veilige gebruik van de giftige reagentia, om te bepalen wanneer de reagentia moeten worden vervangen, hoe de titrators moeten worden schoongemaakt en gedroogd, hoe ze reagentia moeten aanvullen en waar ze bestel de relatief dure reagentia die nodig zijn voor de KF-meting.
• De FTIR-analyse is analytisch net zo nauwkeurig als de KF-meting en in sommige gevallen zelfs nog nauwkeuriger.
  • Wanneer een methode gemakkelijk te gebruiken is en niet meerdere stappen en reagentia vereist, kan deze analytisch nauwkeuriger zijn dan een meer gecompliceerde test. Onze ervaring met het gebruik van de KF- en FTIR-methoden geeft aan dat de FTIR nauwkeuriger is wanneer het vochtgehalte in de olie erg hoog is.
  • Zonder voorbehandeling van het monster kan het iPAL-systeem vocht in olie nauwkeurig detecteren tot 200 ppm.
• Naast de bepaling van het vochtgehalte in de olie, kan de iPAL FTIR andere belangrijke oliespecificaties meten, allemaal op hetzelfde monster met behulp van vooraf gekalibreerde, ingebouwde methoden. Deze omvatten:
  • additieve uitputting van de olie
  • algemene conditie/oxidatie van de olie
  • olie in water voor lozingsdoeleinden
• Het FTIR-systeem biedt realtime analyse ter plaatse. Hierdoor weten we direct en nauwkeurig de toestand van de smeervloeistof.
  • Als wordt vastgesteld dat olie niet aan de specificaties voldoet, kunnen door tests ter plaatse corrigerende maatregelen worden genomen en kan de effectiviteit van onze acties vrijwel in realtime worden bepaald. Dit alles kan worden bereikt ruim voordat de eerste resultaten van een extern testlaboratorium zijn gerapporteerd. Tegen de tijd dat het monster terugkomt van een extern testlaboratorium, zijn de resultaten meestal niet relevant, aangezien competente operators niet een paar weken kunnen wachten voordat ze corrigerende maatregelen nemen.
• Het FTIR-systeem vergroot ons vertrouwen in de resultaten die we verkrijgen van externe testlaboratoria.
  • We hebben geconstateerd dat als smeermiddelen niet correct worden bemonsterd, verpakt en verzegeld voor verzending, er een aanzienlijk verschil kan zijn in de resultaten van vochttesten.
  • In het verleden hebben we vaak resultaten verkregen van externe testlaboratoria waarvan we wisten dat ze (op zijn best) verdacht of (in het slechtste geval) volledig onnauwkeurig waren. Door on-site testen uit te voeren met de FTIR-analysator, die in staat is om meerdere belangrijke analyten te meten, hebben we veel meer vertrouwen in de resultaten, en dit biedt een controle op off-site testlaboratoriumresultaten.

Conclusie
De Ferrybridge Power Station heeft een proactief, on-site smering monitoring programma. We hebben ontdekt dat de iPAL FTIR-analysator een belangrijk onderdeel van dat programma is, omdat het ons in staat stelt het vochtgehalte in smeervloeistof vrijwel in realtime te meten. Dit stelt ons in staat om corrigerende maatregelen te nemen om het vochtgehalte aan te passen wanneer het de voorgeschreven limieten overschrijdt. De FTIR-analysator is analytisch net zo nauwkeurig als de "gouden standaard" Karl Fischer-methode en een stuk gemakkelijker te gebruiken omdat er geen dure, giftige reagentia of uitgebreide training van operators voor nodig zijn. De iPAL FTIR-analysator is een belangrijk onderdeel geworden van ons on-site testprotocol bij Ferrybridge en we zijn bezig het gebruik ervan in andere toepassingen uit te breiden.

Figuur 2. Ferrybridge C-elektriciteitscentrale