Analýza olejov pre plynové motory
Plynové motory sú stále častejšie využívané na získavanie energie pre priemyselné procesy, ale aj pre komunálny sektor. Kogeneračné jednotky, ktorých súčasťou sú, patria z hľadiska efektivity k najúčinnejším zariadeniam na výrobu tepla a elektrickej energie.
Jednoduchým spálením plynu, či už zemného, skládkového, alebo bioplynu sa získa jednak teplo, jednak pripojený generátor vyrába elektrický prúd. Pri pomere cien zemného plynu a výkupnej ceny elektrickej energie, získanej týmto spôsobom, je to stále pomerne zisková záležitosť. Získavanie energie, spaľovaním skládkového plynu a bioplynu, je ešte výnosnejšie, pretože surovina na výrobu plynu je väčšinou zdarma, alebo sa dá získať pri relatívne nízkych priamych nákladoch. Avšak investičné náklady sú dosť vysoké, preto sa plynovým motorom venuje náležitá starostlivosť, ktorá zahŕňa aj analýzu používaných olejov.
Táto analytika je špecifická najmä intervalom odberu a vyhodnocovania vzoriek. Zatiaľ čo napr. u hydraulického oleja väčšinou stačí odobrať vzorku raz za rok, alebo po nejakej nepredvídanej udalosti, či havárii, u plynových motorov je interval odberu vzoriek rádovo v stovkách, niekedy dokonca len v desiatkach prevádzkových hodín. Toto je dané jednak predpismi výrobcov plynových motorov, jednak kvalitou spaľovaného plynu.
Najmenej citlivé na starnutie sú oleje, používané v motoroch, spaľujúcich zemný plyn. Zemný plyn je takmer čistý metán, s minimom prímesí iných plynov, ako napr. sírovodík. Preto oleje pre motory na zemný plyn nepotrebujú vysokú alkalickú rezervu (TBN okolo 5 mg KOH/g), pretože pri spaľovaní zemného plynu vzniká relatívne malé množstvo kyslých spalín. Nízka alkalická rezerva umožní udržať nízky obsah popola v oleji, čo je výhodné najmä pri používaní motorov s katalyzátormi. Preto je aj interval odberu vzoriek oleja pri spaľovaní zemného plynu obvykle najdlhší a najdlhšia býva aj životnosť olejovej náplne.
Naopak, motory na skládkový plyn a bioplyn, ktoré pri spaľovaní produkujú viac kyslých spalín, si vyžadujú vyššiu alkalickú rezervu oleja (TBN okolo 7-8) na neutralizáciu týchto spalín, a tiež väčšinou aj kratší interval odberu vzoriek oleja. Samozrejme, táto vyššia alkalická rezerva prinesie so sebou mierne zvýšený obsah popola v oleji. V extrémnych prípadoch, pri veľmi vysokom obsahu zlúčenín síry v plyne, sa niekedy musí siahnuť po olejoch pre lodné motory, ktoré majú veľmi vysokú alkalickú rezervu.
Niektorí výrobcovia plynových motorov predpisujú iný (kratší) interval odberu vzoriek pri zábehu motora a tiež pri optimalizovaní intervalu výmeny oleja, ako pri bežnej prevádzke. Iní výrobcovia toto nechávajú celkom na užívateľa, aby si tieto intervaly zoptimalizoval sám s ohľadom na používaný plyn.
Pri analýzach bývajú pre posúdenie stavu oleja dostatočné tieto stanovenia:
Kinematická viskozita pri 40 °C a pri 100 °C
Tu sa sleduje, či sa viskozita neodlišuje od deklarovanej viskozitnej triedy oleja. Oleje pre plynové motory bývajú väčšinou jednorozsahové, prevažuje viskozitná trieda SAE 40.
Total Base Number (TBN)
hovorí o podiele alkalických zložiek v oleji, ktoré predstavujú alkalickú rezervu oleja na neutralizáciu kyslých splodín pri spaľovaní plynu. Všeobecne platí, že keď TBN oleja klesne na polovicu počiatočnej hodnoty, mal by sa olej vymeniť.
Total Acid Number
hovorí o obsahu voľných kyselín v oleji; presnejšie, hovorí o oxidačnom starnutí oleja. Uhľovodíky sa oxidujú na aldehydy a ketóny, karbonylová skupina aldehydov sa ďalej oxiduje až na karboxylové kyseliny. Keďže niektoré komponenty olejov môžu byť kyslé, je dôležitejšie skôr sledovať nárast TAN, ako jeho absolútnu hodnotu a tiež konfrontovať starnutie oleja s infračervenou spektroskopiou.
Všeobecne ale platí, že olej by sa mal vymeniť, ak sa hodnota TAN vyrovná hodnote TBN. Ak však už predtým olej dosiahol polovičnú hodnotu TBN, mal by sa vymeniť už v tomto okamihu. Niektorí výrobcovia motorov stanovujú aj prísnejšiu, nižšiu hodnotu TAN, kedy by sa mal olej vymeniť.
i-pH (initial pH)
V oleji nie je možné stanoviť pH štandardným spôsobom ako vo vodných systémoch. Preto sa táto hodnota meria prostredníctvom elektrochemickej titrácie. Vzorka oleja sa rozpustí v zmesi rozpúšťadiel, ktoré obsahujú malé množstvo vody. Po 5 minútach sa zmeria zmena napätia na mernej elektróde, ktorá sa prepočíta a uvádza ako initial pH (i-pH).
Pretože TBN nemusí poskytovať všetky nevyhnutné informácie o schopnosti oleja neutralizovať rôzne typy kyselín, ktoré sa môžu vyskytnúť v oleji počas prevádzky motora, spaľujúceho bioplyn alebo skládkový plyn, i-pH nám dá dôležité dodatočné informácie o kontaminácii používaného oleja korozívnymi kyselinami.
Prítomnosť vody a glykolu v oleji
Sú to jednoduché testy na zistenie prítomnosti vody a glykolu, teda, či nimi olej nie je kontaminovaný z chladiaceho systému, u vody aj z ovzdušia kondenzáciou pri prekračovaní rosného bodu.
Celkové nečistoty
stanovujú sa gravimetricky. Rozdiel metodík a no-riem býva v spôsobe ich separácie od oleja - buď na membránovom filtri, alebo pomocou centrifúgy.
Obsah chlóru a síry
Tieto prvky sa stanovujú kvôli ich korozívnemu účinku na motor a vplyvu na životnosť oleja. Niektorí výrobcovia motorov stanovujú ich maximálny prípustný obsah.
Obsah prvkov pomocou OES-ICP
Optical Emission Spectrometry - Inductively Coupled Plasma (optická emisná spektroskopia s indukčne viazanou plazmou) poskytne hlavne obraz o oterových prvkoch (Fe, Cr, Sn, Al, Ni, Cu, Pb, Mo, Ti, Mn, V, Ag), ale aj o aditivačných (Zn, P, Ba, Ca, Mg, B) a kontaminačných prvkoch (Si, K, Na). Je to moderná metóda v tribotechnike, ktorá má veľkú vypovedaciu hodnotu, ale vyžaduje si určitú prax pri interpretácii výsledkov, ako aj aspoň minimálnu znalosť konštrukčných prvkov motora a aditivácie oleja.
V prípade, že časový interval od odberu vzoriek, cez ich transfer do laborátória až po predloženie výsledkov analýz laboratóriom je dostatočne krátky, je možné dosiahnuť značnú úsporu v nákladoch na prevádzku plynového motora, keď sa olej mení presne v čase, keď sa priblížil k hraničným hodnotám jednotlivých parametrov tak, aby nebola ohrozená bezpečnosť mazania, a zároveň sa olej nemenil zbytočne príliš skoro. Na zrýchlenie tohto reťazca využívajú dnes mnohé laboratóriá Internet, kde si klient môže nájsť výsledky okamžite po ich zadaní laboratóriom, väčšinou v svojej vlastnej klientskej sekcii po zadaní prístupového mena a hesla.
Rýchlosť, presnosť a spoľahlivosť analýz je súčasťou tribotechniky 21. storočia, kde je analytika bezprostredne prepojená s prevádzkou.
Ing. Peter Dálik
