Đăng ký thành viên

Tầm quan trọng đặc biệt của việc phân tích dầu tuabin hàng năm

Đối với nhiều doanh nghiệp năng lượng, tuabin hiện nay là thiết bị đắt tiền hơn hẳn, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bôi trơn các tài sản này. Mặc dù dầu tuabin có thể tồn tại trong hơn một thập kỷ nhưng nó có thể bắt đầu xuống cấp từ rất lâu trước đó. Do dầu là nguồn máu nuôi sống tuabin nên việc thử nghiệm thường xuyên là rất quan trọng.

Dầu tuabin, đặc biệt là những loại dầu sử dụng trong tuabin hơi, có tuổi thọ kỳ vọng từ 10 đến 20 năm. Mặc dù phân tích dầu hàng tháng có thể cung cấp cái nhìn cơ bản về tình trạng của dầu, nhưng cần thực hiện các thử nghiệm bổ sung để theo dõi các tính năng chính của dầu và giúp ngăn ngừa các vụ ngừng hoạt động ngoài dự kiến.

Hình 1. Việc theo dõi hàng năm các đặc tính của dầu bôi trơn có tầm quan trọng thiết yếu để giữ cho thiết bị quay đạt tính năng hoạt động ở mức cao nhất. Nhiều loại thiết bị có thể hưởng lợi từ việc theo dõi này, bao gồm máy phát điện diesel (trong ảnh), tuabin, hệ thống thủy lực, hộp số, máy bơm và máy nén (Ảnh st)

 Theo dõi hàng năm các đặc tính vật lý và hóa học của dầu cùng với các tạp nhiễm thông thường như nước và các hạt rắn, là thiết yếu đối với các thiết bị trong lĩnh vực sản xuất điện (Hình 1). Việc phân tích kỹ lưỡng này cũng khuyến cáo đối với các loại dầu mới là phải đáp ứng các quy định kỹ thuật tính năng nghiêm ngặt trước khi lựa chọn và sử dụng trong ứng dụng mới.

Thử nghiệm dầu bôi trơn

Các thử nghiệm/phương pháp thử nghiệm dưới đây cần đưa vào trong phân tích tuabin hàng năm.

Trị số axit; ASTM⁽¹⁾ D974. Trị số axit (AN) là một chỉ số về khả năng dịch vụ của dầu. Trị số này hữu ích trong việc theo dõi sự tích tụ axit trong dầu do cạn kiệt các chất chống oxy hóa. Oxy hóa dầu tạo thành các sản phẩm phụ có tính axit. Mức độ axit cao có thể cho thấy sự oxy hóa dầu quá mức hoặc cạn kiệt các chất phụ gia trong dầu và có thể dẫn đến ăn mòn các thành phần bên trong. Bằng cách theo dõi mức axit, có thể thay dầu trước khi xảy ra bất kỳ hư hại nào.

Màu sắc; ASTM D1500. Theo dõi ô nhiễm bằng thang màu ASTM D1500. Nếu màu của chất lỏng không đúng như quy định kỹ thuật, điều này có thể cho thấy có sự nhiễm bẩn.

Khả năng khử nhũ tương; ASTM D1401. Khả năng thải nhũ tương đo lường khả năng tách thải nước của dầu. Đặc tính tách thải nước rất quan trọng đối với hệ thống dầu bôi trơn vốn có thể tiếp xúc trực tiếp với nước. Ô nhiễm nước quá mức hoặc sự có mặt của các chất gây ô nhiễm và các tạp chất phân cực có thể ảnh hưởng đến khả năng thải nhũ tương.

Bọt; ASTM D892. Xu hướng tạo bọt của dầu có thể là một rắc rối nghiêm trọng trong các hệ thống như bánh răng tốc độ cao, bơm thể tích lớn và bôi trơn kiểu văng té dầu. Không đủ bôi trơn, xâm thực khí, và mất chất bôi trơn do tràn dầu có thể dẫn đến hỏng hóc cơ học. Thử nghiệm này đánh giá dầu trong các điều kiện vận hành như vậy.

Hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR); Phương pháp Chương trình Phân tích Dầu Chung (JOAP), Phương pháp Thử nghiệm dầu Tuabin (Turbine TestOil). Mỗi hợp chất có một điểm đặc trưng hồng ngoại riêng. Quang phổ FTIR theo dõi các điểm đặc trưng chính của chất bôi trơn cụ thể trong quang phổ. Các dấu hiệu này thường là các chất gây ô nhiễm phổ biến và các sản phẩm phụ xuống cấp có một không hai đối với một chất bôi trơn cụ thể. Phân tích phân tử các chất bôi trơn và chất lỏng thủy lực bằng quang phổ FTIR tạo ra thông tin trực tiếp về các loại phân tử cần quan tâm, bao gồm các chất phụ gia, các sản phẩm phân hủy chất lỏng và ô nhiễm bên ngoài. Nó so sánh phổ hồng ngoại của dầu đã qua sử dụng với phổ nền.

Nước Karl Fischer; ASTM D6304 Quy trình C. Các mức nước thấp (0,5%) thường là kết quả của sự ngưng tụ. Các mức cao hơn có thể chỉ ra một nguồn nước xâm nhập. Nước có thể xâm nhập vào hệ thống thông qua các vòng đệm, ống thở, cửa sập và nắp đổ dầu. Rò rỉ bên trong từ bộ trao đổi nhiệt và áo nước là những nguồn tiềm ẩn khác. Khi nước tự do (không nhũ hóa) có trong dầu, nó sẽ gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho thiết bị. Nước là chất bôi trơn rất kém và gây ra rỉ sét và ăn mòn ở các thành phần. Nước dưới bất kỳ hình thức nào cũng sẽ gây ra mài mòn tăng nhanh, ma sát tăng cao và nhiệt độ vận hành cao. Nước không nhũ hóa gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho thiết bị, dẫn đến rỉ sét và ăn mòn. Nước nhũ hóa sẽ thúc đẩy quá trình oxy hóa dầu và giảm khả năng chịu tải của dầu.

Hình 2. Thử nghiệm đo màu bằng miếng màng để đo các thể màu của các chất gây ô nhiễm không hòa tan trong chất bôi trơn. Bằng cách theo dõi mức độ chất không hòa tan có trong dầu bôi trơn, có thể đưa ra các quyết định sáng suốt liên quan đến việc triển khai công nghệ giảm thiểu vecni (Ảnh st)

Đo màu bằng màng lọc; ASTM D7843. Thử nghiệm đo màu bằng màng lọc (Hình 2) để đo các vật thể có màu của các chất ô nhiễm không hòa tan trong chất bôi trơn. Bằng cách theo dõi mức độ các chất không hòa tan có trong dầu bôi trơn, có thể đưa ra các quyết định sáng suốt liên quan đến việc triển khai công nghệ giảm thiểu vecni và có thể tránh thời gian ngừng hoạt động tốn kém. Có thể tiếp tục thử nghiệm sau khi thực hiện giảm thiểu vecni để giúp đánh giá hiệu quả của công nghệ đang sử dụng.

Đếm hạt; ISO⁽²⁾ 4406. Bằng cách sử dụng phương pháp chặn lỗ mắt sàng, mẫu được đưa qua một mặt sàng đã hiệu chuẩn. Khi các hạt tích tụ trên mặt sàng, lưu lượng dòng chảy sẽ giảm. Kết quả đếm hạt sẽ dựa vào việc đo mức giảm lưu lượng này. Mức độ hạt cao hơn trong mẫu có thể cho thấy các vấn đề về tình trạng của máy, tỷ lệ xâm nhập hạt bên ngoài cao hoặc bộ lọc hoạt động kém hiệu quả. Mức hạt cao có thể dẫn đến mài mòn máy nhanh hơn do điều kiện mài mòn. Duy trì mức hạt thấp hơn có thể làm tăng tuổi thọ hoạt động của thiết bị được bôi trơn.

Oxy hóa bình áp suất quay; ASTM D2272. Thử nghiệm Oxy hóa Bình áp suất Quay (RPVOT) là thử nghiệm xác định độ ổn định oxy hóa của dầu. RPVOT đo lường khả năng chống chịu oxy hóa thực tế của dầu, trong khi các thử nghiệm khác phát hiện quá trình oxy hóa đã có trong dầu. Oxy hóa là một chế độ quan trọng của sự xuống cấp chất bôi trơn. Khi dầu bị oxy hóa, nó tạo thành axit và các sản phẩm oxy hóa không hòa tan, có thể dẫn đến hình thành cặn hoặc vecni. Các sản phẩm xuống cấp này có thể phủ lên ổ trục và bề mặt bộ làm mát dầu, ngăn cản việc làm mát thích hợp các ổ trục. Các khu vực có dung sai nhỏ như các van điều khiển thủy lực cũng có thể bị bao phủ gây ra các vấn đề về vận hành.

Quy trình Đánh giá Vòng đời Hữu ích Còn lại; ASTM D6971. Phương pháp quét tuyến tính vôn-ampe, thường gọi là Thử nghiệm Thường xuyên Đánh giá Vòng đời Hữu ích Còn lại (RULER), đo hàm lượng chất chống oxy hóa chứa phenol và amin thơm bị cản trở. Thử nghiệm này phân tích định lượng nồng độ tương đối của các chất chống oxy hóa trong dầu mới và dầu đã qua sử dụng để theo dõi tốc độ suy giảm của gói bảo vệ chất chống oxy hóa trong dầu. Phenol và amin thơm bị cản trở là chất chống oxy hóa chính trong nhiều ứng dụng dầu công nghiệp và dầu tuabin không chứa kẽm. Việc đo mức độ cạn kiệt và khả năng phản ứng sẵn có của các hợp chất chống oxy hóa này trong khi tiến hành các thử nghiệm thường xuyên về tính năng khác có thể giúp theo dõi một cách hiệu quả tuổi thọ dịch vụ của các chất bôi trơn đã qua sử dụng. Mức các chất chống oxy hóa có trong dầu bôi trơn cho thấy một chỉ số về khả năng chống oxy hóa của chất lỏng. Việc theo dõi đều đặn cho phép quan sát tốc độ cạn kiệt và có thể hữu ích trong việc xác định thời hạn sử dụng còn lại để có thể đưa ra các quyết định sáng suốt về việc thay dầu.

Hình 3: Thử nghiệm chất bôi trơn giúp xác định tuabin có năng lực chống rỉ sét hay không (Ảnh st)

Rỉ sét A; ASTM D665 Quy trình A. Thử nghiệm đặc tính ngăn ngừa rỉ sét (ASTM D665) giúp đo lường khả năng ngăn ngừa rỉ sét của dầu công nghiệp trong điều kiện nhiễm bẩn nước. Thử nghiệm này có thể thực hiện bằng nước cất hoặc nước biển tổng hợp. Thử nghiệm bao gồm khuấy hỗn hợp 300ml dầu thử với 30ml nước, nước cất hoặc nước biển, ở 60^oC trong bốn giờ. Một mẫu thử bằng thép hình trụ đặc biệt bằng thép cacbon #1018 gia công nguội, đánh bóng và sau đó ngâm hoàn toàn trong chất lỏng thử nghiệm. Khi kết thúc thời gian thử nghiệm kéo dài bốn giờ, mẫu thử được lấy ra, rửa bằng dung môi và đánh giá về độ rỉ sét. Khả năng ngăn ngừa rỉ sét của chất bôi trơn là rất quan trọng đối với các hệ thống có nguy cơ nhiễm bẩn nước đáng kể. Thử nghiệm chất bôi trơn giúp xác định liệu nó có năng lực chống rỉ sét hay không là rất quan trọng để duy trì tình trạng hoạt động tốt của các thành phần kim loại đen trong thiết bị. Ngoài ra, các hạt rỉ sét có thể hoạt động như chất xúc tác oxy hóa và có thể gây mài mòn ổ trục.

Phân tích quang phổ; ASTM D5185. Thử nghiệm Quang phổ Nguyên tố sử dụng quang phổ kế để đo các mức của các nguyên tố hóa học cụ thể có trong dầu. Theo dõi nồng độ của các nguyên tố kim loại có thể cung cấp thông tin quan trọng liên quan đến tình trạng máy và chất bôi trơn. Bằng cách theo dõi các kim loại mài mòn như sắt, đồng, thiếc và chì, có thể quan sát tốc độ mài mòn và phát hiện các dạng mài mòn bất thường, đồng thời theo dõi nhiều chất gây ô nhiễm có thành phần kim loại. Sự gia tăng các kim loại gây ô nhiễm như silicon, nhôm và kali có thể cho thấy sự xâm nhập của chất bẩn, chất làm mát hoặc chất gây ô nhiễm trong quy trình. Một số chất phụ gia cũng có các thành phần kim loại. Việc theo dõi các kim loại phụ gia có thể giúp chỉ ra khi nào đổ thêm chất bôi trơn không đúng loại  cho một hệ thống.

Độ nhớt; ASTM D445. Đặc tính duy nhất quan trọng nhất của chất bôi trơn là độ nhớt. Nó là thước đo sức cản dòng chảy của dầu (ứng suất cắt) trong những điều kiện nhất định. Đây là một tiêu chí quan trọng trong việc lựa chọn chất lỏng. Ở nhiệt độ thấp, độ nhớt quá cao có thể dẫn đến hiệu suất cơ học kém, khó khởi động và gây mài mòn. Khi nhiệt độ dầu tăng, độ nhớt giảm, dẫn đến hiệu suất thể tích thấp hơn, phát nóng quá mức và mài mòn. Việc lựa chọn cấp độ nhớt tối ưu của chất lỏng sẽ mang lại tính năng máy hiệu quả nhất ở nhiệt độ vận hành tiêu chuẩn, do đó giảm thiểu thời gian lãng phí cũng như chi phí năng lượng và nhiên liệu cho người vận hành.

Hiểu các kết quả

Hình 4: Lý tưởng nhất là theo dõi dầu tuabin hàng tháng bằng việc phân tích dầu định kỳ (Ảnh st)

Báo cáo phân tích tuabin hàng năm cần phải là bản tóm tắt đầy đủ về từng thử nghiệm đã thực hiện cùng với phần giải thích chi tiết về từng kết quả thử nghiệm. Báo cáo này cũng cần phải chứa bản tóm tắt các phát hiện cũng như các hành động do các nhà phân tích khuyến cáo. Phát hiện các chỉ số quan trọng trong bản phân tích hàng năm bao gồm thử nghiệm bọt không đạt, thử nghiệm khả năng khử nhũ tương không đạt, RPVOT thấp và tiềm năng vecni cao.

Lý tưởng nhất là theo dõi dầu tuabin hàng tháng bằng việc phân tích dầu định kỳ. Danh mục các thử nghiệm đề xuất có thể bao gồm:

■ Trị số axit

■ Quang phổ nguyên tố

■ Quang phổ FTIR

■ Độ nhớt

■ Đếm hạt

■ Hàm lượng nước

Tính vốn có trong ngành sản xuất điện là những thách thức rõ nét về chất lỏng, cuối cùng quyết định độ tin cậy vận hành của thiết bị nhà máy. Cho dù nhà máy chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, năng lượng hạt nhân, khí đốt, thủy điện, hay gió thì việc bảo trì tuabin đều cần có chuyên môn để xác định tình trạng chất lỏng và tình trạng tổng thể của tuabin. Không có tuabin nào có thể hoạt động tối ưu với dầu đã bị biến chất. Với việc thử nghiệm thường xuyên, các nhà quản lý nhà máy có thể giải quyết vấn đề này.

1: ASTM International, trước đây mang tên là Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Mỹ, là một tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế phát triển và công bố các tiêu chuẩn kỹ thuật tự nguyện đồng thuận cho một dải rộng các vật liệu, sản phẩm, hệ thống, và dịch vụ.

2:  ISO là từ viết tắt của Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế, một nhóm phát triển tiêu chuẩn quốc tế độc lập, phi chính phủ

Biên dịch: Hồ Văn Minh

Theo “Power mag”, tháng 4/2024