Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Snadné sledování znečistění oleje vodou

Snadné sledování znečistění oleje vodou

Dostatečně dlouhou životnost parních turbín používaných v mnoha odvětvích průmyslu zajistí pouze komplexní diagnostický program zaměřený na prevenci možných problémů. Jednou ze znečišťujících látek, nejvíce ohrožující ložiska a hydraulické systémy turbín, je voda.

Hlavními příčinami vnikání vody do mazacího systému turbíny jsou samotná vysokotlaká pára pohánějící turbínu, kondenzace vodní páry v horní části zásobníku oleje a nedostatečná funkce těsnění v uložení rotoru turbíny. Znečištění mazacího oleje vodou je tedy přes všechna opatření, jejichž cílem je předejít vniknutí vody do mazacího systému turbíny, nevyhnutelný jev, kterému je třeba věnovat patřičnou pozornost.

Obr. 1.

Obr. 1. Výsledek zkoušky druhého typu: závislost hodnoty aW naměřené převodníkem HMP228 na teplotě oleje (rovnice regresní přímky platí pro teplotu vyjádřenou ve stupních Fahrenheita)

Článek pojednává o zkušenostech získaných při sledování uvedeného jevu přístroji vyráběnými firmou Vaisala.

Řešení problémů s vlhkostí

Přetrvávající problémy s vlhkostí začala řešit v roce 2005 také servisní skupina kanadské společnosti Mosaic, výrobce umělých hnojiv. Cílem výzkumného úkolu bylo zjistit zdroje znečištění vodou měřením úrovně vlhkosti v olejovém i hydraulickém systému turbíny.

Pro potřebná měření firma Mosaic zvolila převodník pro měření vlhkosti a teploty oleje typu HMP228 od firmy Vaisala, který umožňuje nepřetržitě měřit v provozních podmínkách. Přístroj ukazuje okamžitou naměřenou hodnotu na displeji k místnímu odečtu. Je vybaven analogovým elektrickým výstupem a volně nastavitelnými reléovými výstupy pro výstražnou signalizaci. Měří také okamžitou hodnotu parametru zvaného aktivita vody (Water activity – aW), který na stupnici 0 až 1 indikuje nasycení média vodou (hodnota 0 znamená zcela „suchý„ stav, tj. olej zcela bez vody, a hodnota 1 znamená úplné nasycení oleje vodou).

Zkoušky měřicího zařízení

Instalaci měřicího zařízení předcházelo jeho ověření jako měřidla teploty, poměrné hmotnosti vody v oleji (v jednotkách ppm) a aktivity vody aW.

Obr. 2.

Obr. 2. Výsledek zkoušky třetího typu: závislost hodnoty aW naměřené převodníkem HMP228 na obsahu vody v oleji při stálé teplotě

Zkušební zařízení se skládalo z ocelového bubnu umístěného na topné desce a míchacího zařízení, které promíchávalo olej v bubnu.

Realizovány byly tři typy zkoušek, popsané v dalším textu.

Zkouška č. 1: různé oleje
Cílem zkoušky prvního typu bylo stanovit, jak bude převodník HMP228 reagovat na oleje používané v turbínách umístěných v závodě společnosti Mosaic v lokalitě Belle Plaine.

Byly zkoušeny dva oleje, a to nový, nedotčený olej Petro Can Superflow Turbo­flow Turbine Oil a vodou nasycený olej Shell VSI Circulating Oil 32. Příslušná dávka oleje byla vždy vložena do zkušebního zařízení a zahřáta na asi 46 °C. Poté byla do oleje vložena sonda převodníku a čekalo se po dobu potřebnou ke stabilizaci údajů měřidla. U nového oleje, na pohled čistého, průzračného, byla naměřena hodnota vody aW = 0,091. U oleje nasyceného vodou byla naměřena hodnota aW = 0,968; olej byl zakalený, nebylo vidět dno válce (tab. 1).

Tab. 1. Výsledek zkoušky prvního typu: různé oleje

Typ oleje

Aktivita vody aW (–)

Teplota (°C)

Poznámka

Petro Can

0,091

46,6

olej čistý, průzračný

Shell

0,968

46,3

olej zakalený

Zkouška č. 2: závislost údaje aW na teplotě
Při zkoušce druhého typu byl sledován vliv teploty na naměřenou hodnotu aktivity vody aW u nového turbínového oleje.

Olej byl v testovacím zařízení postupně zahříván z pokojové teploty na asi 60 °C a převodníkem HMP228 byla, z větší části pravidelně, měřena aktivita vody aW. Zjištěná závislost je v podstatě lineární (obr. 1). Naměřená hodnota aW podle očekávání klesá s rostoucí teplotou.

Zkouška č. 3: závislost údaje aW na obsahu vody v oleji
Zkouška třetího typu měla stanovit, jak převodník HMP228 reaguje na změnu obsahu vody v turbínovém oleji.

Obr. 3.

Obr. 3. Převodník vlhkosti a teploty oleje se sondou HMP228 je nainstalován v potrubí firmy Mosaic odvádějícím olej z ložiska na vysokotlakém konci turbíny

Zkouška probíhala tak, že do oleje s teplotou udržovanou na 46,1 °C (115 °F) byla přidávána přesně odměřená množství vody (v jednotkách ppm hmotnosti) a byly zaznamenány hodnoty aW naměřené převodníkem. Zjištěná závislost je ukázána na obr. 2. Podle předpokladu s postupným přidáváním vody lineárně rostla i hodnota aktivity vody v oleji.

Závěry ze zkoušek
Hodnoty naměřené při zkouškách s oběma uvedenými druhy oleje byly podrobeny regresní analýze a byl sestaven vrstevnicový graf znázorňující závislost aktivity vody v oleji současně na jeho teplotě a obsahu vody. Regresní analýzou byly zjištěny hodnoty korelačních koeficientů větší než 0,99. Na základě uspokojivých výsledků vykonaných zkoušek se společnost Mosaic rozhodla nainstalovat měřicí zařízení od firmy Vaisala ve svém závodě v Belle Plaine pro oba turbogenerátory s elektrickým výkonem po 20 MW.

Spolehlivé měřicí zařízení pro zmenšení rizika

Nyní, po instalaci převodníků Vaisala HMP228 s aktivovanými výstražnými relé (obr. 3, obr. 4), je společnost Mosaic varována před možnými problémy zapříčiněnými zvýšeným obsahem vody v oleji v důsledku nedostatečné funkce ucpávek, propouštějících páru do přilehlého labyrintového těsnění.

Obr. 4.

Obr. 4. Sonda převodníku je vložena do olejového potrubí přes kulový ventil

„Na základě získaných dobrých výsledků je naším záměrem spustit výstrahu při naměřené hodnotě aktivity vody rovné 0,60. Oba údaje, teplota oleje i aktivita vody, budou používány v distribuovaných řídicích systémech (DCS) v závodě k výpočtu hmotnostního obsahu vody v oleji. Vypočítané hodnoty obsahu vody budou porovnány s výsledky laboratorních rozborů olejů. Nápravná opatření se uskuteční při překročení mezní hodnoty aW = 0,65 v podobě např. externího čištění oleje, oprav ucpávek u kondenzátorů, kontrolních prohlídek těsnění atd.,„ uvedli zástupci servisní skupiny společnosti Mosaic.

Závěr

Firma Vaisala nyní nabízí jako náhradu převodníku HMP228 inovovaný přístroj MMT330, popř. další přístroje pro měření obsahu vody v oleji, např. model MMT318, určený pro zástavbu do finálních zařízení (typ OEM), nebo ruční měřidlo MM70.

V České republice a na Slovensku firmu Vaisala zastupuje společnost D-Ex Limited, spol. s r. o., se sídly v Brně a v Bratislavě.

Literatura:
[1] JIROUTEK, S.: Watch out for water contamination. Vaisala News, 172/2006, pp. 17–18, Vaisala Oyj, Helsinki, 2006.

Odkaz na internet:
http://www.vaisala.com/newsanddownloads/vaisalanews/vaisalanews172/watch%20out%20for%20water%20contamination.pdf

Ing. Miroslav Havlíček,
D-Ex Limited, spol. s r. o.

D-Ex Limited, spol. s r. o.
Optátova 37
637 00 Brno
tel.: 541 423 211
fax: 541 423 219
e-mail: info@dex.cz
http://www.dex.cz