CONDITIONEREN VAN SYNTHETISCHE OLIE IN TURBINES

Controleren & handhaven van oliekwaliteit

Smeer- en hydrauliekoliën op synthetische basis laten zich onder meer kenmerken door een uitstekende temperatuurbestendigheid, waardoor dergelijke smeermiddelen zich lenen tot het gebruik in turbine-eenheden. Om de beoogde werking ervan op langere termijn te kunnen garanderen, komt het erop aan de kwaliteit van de olie te onderhouden. Het conditioneren ervan maakt het immers niet enkel mogelijk om de betrouwbaarheid en de levensduur van zowel installatie als olie gevoelig te verlengen, maar ineens ook de kosten als gevolg van storingen door een slecht of niet geconditioneerde synthetische olie gevoelig terug te dringen.

MINERAAL VERSUS SYNTHETISCH

Van oudsher wordt er gebruikgemaakt van minerale olie om te smeren of - in een hydraulisch systeem - vermogen over te brengen. Minerale olie is opgebouwd uit moleculen met elk een verschillende grootte, wat zou leiden tot een hogere wrijving, en bijgevolg ook een grotere warmteontwikkeling en een hoger energieverbruik.

Om deze redenen besloot men synthetische olie te ontwikkelen, een variant die meer hooggeraffineerde basisoliën bevat in vergelijking met conventionele minerale oliën. De voordelen uiten zich onder meer in een hogere moleculaire homogeniteit, een lagere wrijving en een betere weerstand tegen hoge temperaturen. Door deze specifieke voordelen lijkt de synthetische variant steeds meer terrein te winnen op zijn minerale uitdager als turbineolie, bijvoorbeeld wanneer een installatie een gescheiden smeerolie- en regeloliebad heeft.

Vooral bij stoomturbines wordt er voor de regelolie (of stuur- of Electro Hydraulic Control/EHC-olie) voor de synthetische variant gekozen omdat hier de kans op zeer hoge temperaturen door de hogedrukstoom aanzienlijk hoger is. Ook bij kleinere turbines waarbij de smeeroliebatch rond de 1.200 liter bedraagt - bijvoorbeeld in een stadscentrale, is een synthetische olie haalbaar.

De voordelen van synthetische olie zijn een hogere moleculaire homogeniteit, een lagere wrijving en een betere weerstand tegen hoge temperaturen.

Waarom conditioneren?

Het conditioneren van olie laat toe om maximaal gebruik te maken van de voordelen van synthetische olie, waaronder een betrouwbare werking van de installatie. Daarnaast is zeker ook de prijs van de olie een beweegreden om te conditioneren. Immers, de variant is bij aanschaf vijf- tot tienmaal duurder dan minerale olie, en ook duurder in afvoer. Het vervangen van de olie betekent hierdoor een relatief hoge kostenpost, terwijl het conditioneren net moet toelaten om de termijn tot het vervangen van olie aanzienlijk te verlengen.

WAAROM GAAT HET MIS?

Niet opvolgen van specificaties

Onderzoek toont aan dat het falen van olie verschillende oorzaken heeft. Een eerste vaststelling is dat bedrijven de door de turbineleverancier opgegeven oliespecificaties (zoals de reinheidsgraad, de geleidbaarheid of de snelheid waarmee de olie kan ontluchten) vaak niet controleren en dus ook niet kunnen handhaven.

Ontoereikende analyses

Daarnaast blijken standaardlaboanalyses niet altijd alle problemen naar voren te brengen. Zo worden in veel analyses de deeltjes kleiner dan 4 µm buiten beschouwing gelaten, terwijl deze wel degelijk invloed hebben op de conditie van de olie.

Ook worden lang niet alle metalen meegenomen in de analyses, terwijl deze elementen bij uitstek de katalysatoren zijn voor het verouderen van de olie. De aanwezigheid van deze deeltjes zegt dus iets over de verouderingsgevoeligheid van de olie en de kans dat er bijvoorbeeld varnish neerslaat op systeemcomponenten.

Tot slot worden er soms ook onbruikbare testen toegepast. Zo bestaan er testen die via een kleuromslag een indicatie vormen voor de zuurtegraad (TAN) van de olie; de kleur slaat dan om naar groen. Echter, wanneer het om zeer donkere olie gaat, is de kleuromslag veelal nauwelijks waarneembaar en is hierdoor de test dus relatief onbetrouwbaar. We menen dus te kunnen stellen dat er nood is aan meer of andere testen om de kwaliteit van een turbineolie op de juiste manier in kaart te brengen.

Membrane patch colorimetry (mpc)

Maar zelfs wanneer bijvoorbeeld toch de MPC-waarde wordt bepaald, zegt deze waarde niet alles. Zo is het bij synthetische oliën van belang om alle drie de componenten waaruit deze waarde bestaat, te beschouwen en níet alleen de eindwaarde. Een hoge MPC-waarde duidt namelijk in eerste instantie op een kritische varnishwaarde, maar wanneer de L-waarde hoog is en de A- en B-waarde laag, dan is er koolstof gemeten en geen varnish. Voor de bepaling van de MPC-waarde is het bovendien belangrijk om niet de standaardanalysemembranen te gebruiken, maar 0,45 µm nylon membranen. Deze gaan niet 'bobbelen' en worden ook niet aangetast door de synthetische olie. Tot slot hoort het monster met hexaan te worden bewerkt, en niet met petroleumether zoals bij minerale olie gebruikelijk is.

SPECIFICATIES HANDHAVEN

Zuurstof

Synthetische olie veroudert door enerzijds oxidatieprocessen - onder invloed van zuurstof, water en metaaldeeltjes - en anderzijds door thermische degradatie als gevolg van hotspots, elektrostatische ontladingen en microdieseling. Kijken we naar de aanjagers van de oxidatieprocessen, dan is het verwijderen van vuildeeltjes relatief eenvoudig mogelijk door standaardfilters in te zetten met een hoge bètawaarde (βx(c) ≥ 1.000). Deze filters halen ook de kleinste deeltjes uit de olie en elimineren hiermee deze oxidatiebron.

Koolstof

Wanneer de toegepaste filters onvoldoende soelaas bieden voor het verhogen van de reinheidsgraad en de olie donker tot zwart is gekleurd, dan bestaat de kans dat er veel koolstofdeeltjes aanwezig zijn. Deze deeltjes hebben een zeer negatief effect op het zuurgetal (TAN - Total Acid Number), dat bestaat uit een 'Weak Acid Number' (WAN) en een 'Strong Acid Number' (SAN), met daarnaast ook de aanwezige metalen. Wanneer het getal een hoog SAN bevat, dan kan dit, in combinatie met aanwezige metalen, tot een zeer snelle afbraak van de olie leiden en zo schade in het systeem veroorzaken.

Water

Ook water kan de nodige problemen opleveren, meer nog wanneer er synthetische olie wordt gebruikt. Waar een minerale smeerolie zijn verzadigingspunt met vocht bereikt tussen 350 en 450 ppm, kan dit bij een synthetische olie oplopen tot een 3.000 à 4.000 ppm. Synthetische olie is daarnaast ook hygroscopisch en heeft dus ook een grotere neiging om vocht op te nemen en vast te houden. Omdat water, net als vuil & gassen, een oxidant is in de olie, zullen de moleculen een verandering in de chemische huishouding bovendien ook nog eens bespoedigen.

OXIDATIE & DEGRADATIE TEGENGAAN

Onttrekking van vocht

Wanneer een te hoog vochtgehalte (hoger dan 300 ppm) wordt vastgesteld, kan men dit verhelpen door middel van vacuümdehydratie. Hiervoor wordt een zogenaamde vacuümpurifier ingezet of een goedkopere headspacedehydrator. In het laatste geval blaast het systeem droge lucht langs de bovenkant van het oliereservoir, waardoor het vocht aan de olie wordt onttrokken (zie tekening). Bij de inzet van een vacuümpurifier is het belangrijk te controleren dat deze specifiek geschikt is voor synthetische oliën.

Onttrekking van zuurstof

Voor extreem kritische systemen bestaat de mogelijkheid om te kiezen voor onttrekking van vocht door extra stikstof toe te voeren. Dit biedt enerzijds het voordeel dat al het aanwezige water uit de olie wordt gehaald, maar tevens verdrijft de stikstof de aanwezige zuurstof uit de tank, waardoor ook het oxidatieproces een halt wordt toegeroepen. Belangrijk is wel dat het toevoeren van stikstof uitsluitend gebeurt in grote ruimtes of ruimtes waar er ruim voldoende wordt geventileerd. Ook voor de onderhoudsdienst moet het zonneklaar zijn dat er zich in het reservoir stikstof bevindt i.p.v. zuurstof, zodat er geen enkel risico op verstikking bestaat.

OVERIGE PROBLEMEN

Bypass, ionenfilter of combinatie

De overige voorkomende problemen zijn:

• een afwijking in het zuurgetal (T)AN;
• een verhoogde MPC-varnishwaarde;
• de aanwezigheid van (opgeloste) metalen in de olie (funest voor onder meer regelventielen!).

Deze drie problemen zijn aan te pakken door respectievelijk een bypass te plaatsen van een filter met 'acid scavenging'-werking (door ionenresins) en ionenfilters. Een gecombineerde oplossing voor de bovenstaande problemen kan ook een optie zijn. Wanneer zowel het vochtgehalte en het vuilgehalte als de zuurtegraad te hoog zijn, de kleur te donker en de varnishbepaling afwijkend, kan een bypass van een conditioneringseenheid specifiek voor synthetische olie ervoor zorgen dat de specificaties van de olie teruggebracht worden tot een genormaliseerd niveau. Sowieso is het raadzaam om de juiste eigenschappen te monitoren en direct te reageren op afwijkende waarden of ingezette trends. De tijd, moeite en het geld die men hierin investeert, betalen zich gegarandeerd terug in lagere onderhoudskosten en andere kosten gerelateerd aan het uitvallen of in storing raken van een installatie. Succes!