TÜRBİN YAĞLAMA SİSTEMLERİNDEN ETKİLİ VERNİK ÇIKARMA


Son yıllarda, elektrik üretim endüstrisi, yanma türbinlerinde vernikle ilgili sorunlarda bir artış gördü. Bu artış, daha yüksek çalışma sıcaklıklarına, daha küçük sıvı rezervuarlarına, daha fazla zirve ve döngüsel hizmete, vernik öncüleri için daha düşük ödeme gücüne sahip oldukça rafine edilmiş baz stoklarına ve türbin yağının daha fazla elektrostatik yüklenmesine neden olan daha ince filtrasyon kullanımının daha yaygın kullanımına atfedilir.

Vernik birikintileri makarasında bir servo valf.

Türbin yağındaki verniğin çözülebilirliği sıcaklığa bağlıdır ve geçiş noktası 130 ila 135 derece F arasındadır. Sıcaklık, türbinlerin hidrolik kontrol bölümünde sıklıkla bu eşiğin altına düşer ve bu da kontrol vanalarında tortu oluşumuna neden olur.

Bir türbin yağlama ve kontrol sisteminin vernik kirlenmesinin en sorunlu yönü, malzemenin servo-valf yüzeylerinde plakalar çıkarak valf yapışmasına yol açması ve servo-valf düzeneğinin parçası olan son şans filtreleri (LCF'ler) tıkamasıdır. 

Sinterlenmiş metal veya ince ızgaralardan yapılan LCF'ler, düşük akışlı, soğuk hidrolik kontrol bölümündeki konumları nedeniyle vernik oluşumu için uygun bir yüzey sağlar. Daha düşük sıcaklık, malzemenin daha düşük sıcaklıklarda çözünürlüğünün daha düşük olması nedeniyle vernik oluşumunu teşvik eder, bu da çözeltiden çıkmasına ve filtrenin metal yüzeyinde birikmesine neden olur.

Cam elyaf medya ile yapılan filtreler normalde vernikle tıkanmaz. 6 mikron kadar ince tam akışlı filtrelerin vernikle ilgili erken tıkanmaya sahip olmadığı bilinmektedir, ancak sıvının vernik oluşturan malzeme seviyeleri yükselebilir. Metal kalem filtrelerin tıkanması, ancak daha büyük cam elyaf filtrelerin tıkanması, vernik malzemesinin cam elyaf ile metal arasındaki etkileşimindeki farktan, hidrolik bölümdeki daha soğuk sıcaklıklardan ve düşük akış hızından kaynaklanmaktadır.

Servo valf tortularına ek olarak, vernik öncüleri mekanik salmastralar, Babbitt kovanlı yataklar, baskı yatağı yastıkları ve orifisler üzerinde birikintiler oluşturarak kısıtlamalara neden olur. Bu birikintiler ısı eşanjörü ve rezervuar duvarlarında oluştuğunda, düşük ısı transferi ve daha yüksek sıcaklıkların meydana gelmesi muhtemeldir.


Vernik nedir?
Vernik, rulmanlar ve servo valfler dahil olmak üzere türbin yağlama sistemi içindeki sıvı ile ıslanan yüzeylerde oluşan ince, çözünmez film birikintisidir. Malzeme, çok çeşitli yağ katkı maddeleri ve baz sıvısında sınırlı çözücüye sahip olan yüksek moleküler ağırlıklı termo-oksidatif sıvı parçalama bileşiklerinden oluşur. 

Bu bileşikler, doğaları gereği kutupsaldır ve sisteme, sıvı koşullarına ve bunların polar afinitelerine bağlı olarak zamanla baz sıvısından ıslanan yüzeylere göç etmeye başlar. 
Başlangıçta, yüzeyler altın / ten rengi bir renk gösterir ve sonunda sert, cila benzeri bir malzemeye dönüşen daha koyu sakız benzeri tabakalar oluşturur. Bu çözünmeyen malzemelerin kimyasal bileşimleri türbin çalışma koşullarına, akışkan baz stoğuna ve katkı maddesinin türüne bağlı olarak değişir.

 


Vernik Nasıl Oluşur?
Tüm türbin yağları, normal çalışma koşulları altında bile çözünmeyen maddeler oluşturur. Üretim hızı, şiddetli veya olağandışı çalışma koşulları altında hızlandırılır. Oksidasyon, sıcak noktalar, kimyasal kontaminasyon, filtre ile ilgili elektrostatik boşalma, mikro dizel ve adyabatik sıkıştırma gibi faktörlerin vernik üretim kaynakları arasında olduğu düşünülmektedir.

Tipik hidrokarbon bazlı sıvılar, yağda çözünmeyen çamur / vernik üretmek için oksidatif bozunma / polimerizasyona uğrar. Termal oksidasyon sırasında asitler, alkoller, esterler, ketonlar vb. Dahil olmak üzere bir dizi oksijenli kimyasal bileşik üretilebilir. 

Bununla birlikte çalışmalar, vernik öncüllerinin ağırlıklı olarak molekül başına iki oksijen atomu içeren türlere sahip olduğunu göstermiştir. vernik oluşumunda aktif ara maddeler olarak hidroksil asitler. Vernik oluşumundan sorumlu kimyasal türler her zaman temel stokla ilgili değildir. Katkı maddesi paketi ve bunun baz stokla etkileşimi, vernik oluşumunda önemli bir rol oynayabilir.

Oksidasyon sürecini kontrol etmek için sıvılara oksidasyon önleyici katkı maddeleri eklenir. Katkı maddelerinin iki yaygın kategorisi, engellenmiş fenoller ve aromatik aminlerdir. Engellenen fenoller, radikal temizleyiciler olarak işlev görür. Düşük sıcaklıklar için daha uygundurlar, aminler ise daha yüksek sıcaklıklarda daha iyi performans gösterirler.


Karışık fenol / amin katkı maddesi paketinin daha sağlam olduğu kanıtlanmıştır çünkü fenoller aynı zamanda tükenen aminleri de canlandırmaktadır. Bir tür amin antioksidan olan PANA'nın tükendiğinde kendi birikintilerini oluşturduğu bilinmektedir.

Katkı maddeleri tükendiğinde, oksidasyon süreci büyük ölçüde hızlanır. Uzmanlar, fenol ve amin antioksidanların tükenmesinin yakından izlenmesini önermektedir. Fenolik antioksidanlar tükenme seviyesine yaklaştığında, amin seviyelerinin düşmeye başlamasını ve vernik potansiyelinin yükselmesini bekleyebilirsiniz.

Yüksek sıcaklıklar da oksidasyon sürecine katkıda bulunur. Genel kural, çalışma sıcaklığındaki her 10 derece C (18 derece F) artış için, oksidasyon oranının iki katına çıkmasıdır (Arrhenius hız kuralı). Demir ve bakır gibi su, havalandırma ve aşınan metal parçacıkları bu işlemi hızlandırmak için katalizör görevi görür. Oksidasyonun yanı sıra, bir türbindeki sıvı bozunmasının diğer ana yolu termal bozunmadır. Sıvının termal bozunmasının ve sonuçta ortaya çıkan vernik oluşumunun üç yaygın kaynağı, yağ tutulan hava kabarcıklarının adyabatik sıkıştırması, sistemdeki sıcak noktalar ve filtre kaynaklı elektrostatik boşalmadır.

Sıvıya eklenen hava kabarcıklarının kaynağı, rezervuara dönen daldırma sıvısının neden olduğu emme hattı sızıntıları, pompa contası sızıntıları ve tank çalkalanması olabilir. Yüksek basınçlı bir pompanın girişinde veya bir yatağın yüksek yüklü bölgesinde olduğu gibi hızlı sıkıştırmaya maruz kaldığında, bu hava kabarcıkları, sıvı sıcaklıklarında hızlı bir artışla sonuçlanan hızlı adyabatik sıkıştırmaya maruz kalabilir. Tipik olarak, hava kabarcıklarının bu adyabatik sıkıştırması sırasında 1.000 derece F aralığındaki sıcaklıklara ulaşılabilir. Yüksek sıcaklık, sıvının termal bozulmasını başlatarak vernik oluşumuna yol açar.

Elektrostatik veya triboelektrik yük üretimi, türbin yağlama sistemlerinde akışkan ile sistem bileşenleri arasındaki sürtünmenin bir sonucu olarak meydana gelir. Üretilen yükün büyüklüğü, çevresel sorunlar da dahil olmak üzere birbiriyle ilişkili birçok faktöre bağlıdır. Bu etki, biriken yük boşalırken duyulabilir bir tıklama sesi olmak üzere çeşitli şekillerde kendini gösterir. Bu, sistem içinde dahili olarak kıvılcım oluşmasına neden olur. Daha az görünen etkiler, sistem bileşenlerine ve filtreye zarar veren elektrik yükünün filtrenin aşağı akışına taşınmasını içerir. 


Son zamanlarda, türbin sistemlerinde çamur ve vernik oluşumuna önemli katkıda bulunanlar olarak sıvı elektrifikasyonu ve statik boşalmaya dikkat çekilmiştir. Bir hidrokarbon sıvının bir filtreden geçmesiyle oluşan yük miktarı, birçok sıvı ve filtre özelliği ile ilgilidir.

Yük üretimi / birikimi genellikle artan akış hızları (filtre elemanından geçen hız), azalan sıvı iletkenliği, belirli katkı maddesi paketleri ve düşük sıcaklık (daha yüksek viskozite) ile artar. 
Filtre muhafazasında, filtre elemanının yükü, akışkanınkine zıt olacaktır. Sıvı üzerindeki yük aşağı yönde iletilecektir ve yeterli yük biriktirilirse sıvı dielektrik sabiti aşılır. Deşarj daha sonra filtrasyonun veya sıvı sisteminin iletken bir kısmında meydana gelir ve bu daha düşük büyüklüktedir ve sistemin o kısmında potansiyel hasarla sonuçlanır. Hasarın boyutu, ilgili malzemeye ve üretilen yükün büyüklüğüne bağlı olacaktır.

Akışkan sistemlerinde statik yük birikimi potansiyelini azaltmak için çeşitli yöntemler denenmiştir. Bunlar arasında, türbin yağları için uygun olmayabilen anti-statik katkı maddeleri; akışkan içinde yük birikimini önlemede sınırlı etkinliği olan, filtre malzemesinin aşağı akış yönünde iletken ağın kullanılması; ve sistem tasarımında bir değişiklik gerektiren yükün azalması için süreyi arttırmak. Sıvıyı daha düşük bir akış yoğunluğunda filtrelemek (yani filtre boyutunu artırmak) sorunu çözer, ancak bu her sistem için uygun bir seçenek değildir. Birkaç üretici, standart cam elyaf bazlı malzemelerle aynı ölçüde şarj oluşturmayacak şekilde tasarlanmış filtrasyon ortamlı filtreler geliştirmiştir.

2004 yılında, hidrokarbon sıvılarının filtrasyonunda potansiyel elektrostatik yükleme sorunlarını ortadan kaldırmak için yeni bir dizi elektrostatik dağıtıcı (ESD) filtre ortamı piyasaya sürüldü. Kontrollü laboratuvar koşullarında ve birçok endüstriyel uygulamada çalışan ekipman üzerinde yapılan kapsamlı testler, bu filtrasyon ortamının filtre hasarını ortadan kaldırdığını ve tipik cam elyaf filtrasyon ortamına kıyasla önemli ölçüde daha düşük şarj oluşumunu sağladığını göstermiştir.


Vernik Temizleme Teknolojileri
Türbin yağlama sıvılarından verniği çıkarmak için halihazırda mevcut olan çözüm üç kategoriye ayrılabilir: elektrostatik temizleme, kimyasal temizleme / yıkama ve tek kullanımlık bir ortamla adsorpsiyon.

Standart cam elyafı ve elektrostatik dağıtıcı (ESD) filtre elemanları ile sıvı şarjı.

Ana tanktan böbrek döngüsü modunda çalışan elektrostatik yöntem, sıvıyı bir elektrik alanına maruz bırakır, bu da vernik öncüllerinin daha sonra bir filtre matı tarafından yakalanan veya yüklü, tek kullanımlık bir cihaza çekilen daha büyük parçacıklar halinde yüklenmesine ve toplanmasına neden olur. yüzey.

Bu amaca ulaşmak için elektrostatik yükleme prensibinin varyantlarına dayalı birkaç tasarım vardır. Elektrostatik tip cihazların sıvı fazdan vernik öncüllerini çıkardığı ve sıvı temizlendikçe yüzeylerdeki yumuşak vernik birikintilerinin sıvıya yeniden katıldığı ve çıkarıldığı, böylece bir zaman aralığı.
 




Sistem bileşenlerinden verniğin çıkarılması nispeten yavaş bir işlem olduğundan, bu cihazların uzun bir süre çalıştırılması veya kalıcı olarak takılması önerilir. 

Akışkan içindeki yüksek nem seviyelerine ve ayrıca yüksek seviyelerde metal aşınma partiküllerinin varlığına duyarlı oldukları bildirilmektedir. 

Verniği çıkarmak için kimyasal temizleme / yıkama yöntemi, verniği bileşenlerden çıkarmak için tipik olarak sistemde dolaşan temizleme kimyasallarını kullanır. 

Bu kimyasallar, çözünmeyen malzemeleri yumuşatır ve çözer ve yıkama işlemi, akışkan içindeki sert birikintileri askıya alır ve bunlar daha sonra sistemden tahliye edildiğinde akışkanla birlikte giderilir. 

Bu işlem, sistem boyutuna ve bileşenler üzerindeki vernik oluşumunun kapsamına bağlı olarak genellikle birkaç saat veya birkaç gün süreyle gerçekleştirilir.

 


Yıkama ve kimyasal işlem tamamlandıktan sonra, artık kimyasalları gidermek ve yeni yağlama yağına herhangi bir kirlilik girmemesini sağlamak için sistem uygun bir yıkama sıvısı ile tekrar yıkanmalıdır.

Bu işlem daha yoğun olmasına rağmen, özellikle büyük bir sistemde vernik birikintilerinin daha hızlı çıkarılmasına izin verir. Ayrıca, yakından izleme gerektirir ve türbinin devre dışı kalması nedeniyle üretim kaybına neden olur.

Adsorpsiyon yöntemi, geniş bir yüzey alanına ve yüksek boşluk hacmine, nispeten düşük sıvı akışına ve bazı durumlarda vernik öncüleri için bir elektro-kimyasal afiniteye sahip adsorban ortamı kullanır. 


Sıkıştırılmış selüloz, pamuk linterleri ve reçine boncukları, Fuller toprağı, aktif karbon vb. Gibi makro gözenekli ortamlar dahil olmak üzere birçok malzeme adsorban olarak kullanılabilir.

 


İki tür adsorpsiyon vardır: fizyorpsiyon ve kemisorpsiyon. Fiziksel adsorpsiyon olarak da adlandırılan fizyorpsiyon, adsorban materyal ve adsorbat moleküllerinin (vernik öncüleri) kimyasal bir reaksiyondan kaynaklanan kimyasal bağlar oluşturmadığı, ancak van der Waals gibi indüklenen dipol momentlerinden kaynaklanan zayıf elektrostatik kuvvetlerle bağlandığı bir süreçtir. kuvvetler. Adsorbatın elektronik yapısı, adsorpsiyon üzerine değişmez.

Kimyasal yapısı nedeniyle, vernik moleküllerinin, hidrojen bağı gibi zayıf moleküler kuvvetler yoluyla adsorbana çekildiğine inanılmaktadır.


Varnish Removal Filter (VRF) adı verilen fizisorpsiyona dayalı bir filtrasyon ortamı geliştirilmiştir. Bu filtrasyon ortamı, bir selüloz elyaf matrisinden ve ona yüksek boşluk hacmi ve bir açık elyaf matrisi veren diğer malzemelerden oluşan bir kompozittir.

Reçine bağlı, açık lifli matris, sıvının vernik öncülerinin emilmesi için geniş lif yüzey alanıyla temas etmesi için gerekli olan yüksek geçirgenlik sağlar. Özel olarak formüle edilmiş bağlayıcı reçineler, filtre ortamına polar vernik öncüleri için yüksek afinite sağlar, bu da yüksek çıkarma verimliliği ve sıvı fazda asılı kalan malzemenin tutulmasıyla sonuçlanır. 


VRF ortamı, yüksek seviyelerde vernik bildiren çalışan türbinlerden elde edilen bozulmuş sıvı örnekleri kullanılarak bir laboratuarda test edildi. 160 derece F sıvı sıcaklığında gerçekleştirilen üçüncü test haricinde, değerler (yukarıdaki tabloda gösterilen) oda sıcaklığında tek geçişli filtrasyondan sonra alınmıştır. Filtrat numunesinin daha yüksek vernik derecesi sıcaklık, muhtemelen sıvıda vernik öncülerinin daha yüksek çözücü olması ve yüksek bir sıcaklıkta daha düşük emicilik nedeniyle daha düşük vernik çıkarma performansını gösterir.
 



VRF ortamı ile işlemin bir sonucu olarak sıvının katkı maddeleri üzerindeki etkisini değerlendirmek için testler de yapıldı.

Sonuçlar, filtrelenmemiş numune ile 20 kez filtrelenmiş numune arasında aromatik amin ve engellenmiş fenol seviyesinde esasen hiçbir değişiklik olmadığını gösterdi.

Bu katkı maddesinin herhangi bir tükenmesinin olmaması, VRF ortamının akışkan üzerinde gözle görülür bir olumsuz etkiye sahip olmadığını gösterdi.
 



Filtrasyon ortamının başarılı laboratuar doğrulamasının ardından, VRF filtre modüllerini ve ilgili kontrol sistemini içeren bir kızak iki çalışan türbin üzerinde test edildi. 


Türbin yağlama sistemlerinin işlenmesi, kızağın bir böbrek döngüsü modunda kurulmasını, sıvıyı rezervuarın bir ucundan alıp sürekli olarak karşı uca geri döndürmeyi gerektiriyordu.

Her iki deneme de minimum operatör müdahalesi ile kesintisiz devam etti ve her deneme için üç VRF modülünden oluşan bir set kullandı. 

Vernik malzemesinin filtrasyon ortamı tarafından uzaklaştırılması ve tutulması, ortamın vernik malzemesi ile boyanması ile gösterilmiştir. 

VRF ile işlenen iki türbin arasındaki önemli bir fark, yağlama sistemlerindeki vernik birikintilerinin seviyesiydi.

Alstom türbin yağlama sistemindeki ana akış filtresi yuvasının içi, ağır kahverengimsi bir vernik malzemesi kaplamasının varlığını gösterdi. 

GE Frame 7FA türbin yağlama sisteminde bu tür tortu gözlenmedi.



 



Alstom türbininin temizlenmesinin ardından, VRF kızağı kaldırıldı ve tesis, VRF işleminden önce kullanılmış olan elektrostatik tip temizleyiciyi yeniden kurdu. Alstom türbininden bir numune, VRF işleminden yaklaşık altı ay sonra elde edildi ve yüksek vernik seviyelerine sahip olduğu bulundu.

GE Frame 7FA türbini, VRF işleminden iki ay sonra örneklendi ve işlemin sona erdiği zamana benzer düşük vernik seviyelerine sahipti. Alstom türbinindeki yüksek vernik seviyesinin tekrarlanmasının nedeninin, sıvı fazdaki vernik öncülerinin sıvı fazdaki vernik öncülerinin azaltılmış olmasına rağmen, sıvı tedavisinin sekiz haftası boyunca tamamen kaldırılmayan sistemdeki ağır vernik birikintileri olduğuna inanılmaktadır çok düşük seviyeler.

Alstom türbini durumunda daha uzun olan sıvı temizleme hızındaki fark ve vernik seviyesindeki ilk düşüşün ardından hafif artış, büyük ölçüde Alstom türbin yağlamasındaki ağır vernik birikintilerinin varlığına da bağlanabilir. sistemi.

 



İki saha denemesi, yağlama sistemindeki vernik birikintilerinin miktarı ve türünün, sıvının vernik malzemesinden ne kadar çabuk kurtulabileceği ve temizlemeden sonra ne kadar süreyle yüksek vernik seviyelerinden muaf kalacağı konusunda bir etkiye sahip olduğunu ortaya çıkardı.

Ayrıca, verniğin akışkandan ayrılma oranını ve çözünme oranını etkileyen, vernik malzemesinin türü, sıcaklık, görev döngüsü, akışkan türü, birikintilerin durumu vb. Gibi tortu seviyesi dışında değişkenler de vardır. birikintiler sıvıya geri döner.


 



Özetle, türbin yağlama ve hidrolik kontrol sistemlerinde vernikle ilgili sorunların hafifletilmesi, yalnızca sıvıdan vernik öncüllerinin ve ıslanan yüzeylerdeki çözünür tortuların temizlenmesini değil, aynı zamanda bunların oluşumunun da kontrol edilmesini gerektirir.

Tartışılan soğurucu filtre teknolojisi, polar vernik öncüllerini çıkarmak için tasarlanmıştır ve türbin yağlama sistemlerinden vernik malzemesinin çıkarılmasında etkili olduğu kanıtlanmıştır.

Ek olarak, filtre kaynaklı elektrostatik şarj, çok daha düşük sıvı şarjı üreten özel olarak tasarlanmış, şarjı yayan filtrasyon ortamının kullanılmasıyla kontrol edilebilir, böylece modern türbinlerin gerektirdiği ince filtreleme seviyelerini sağlarken ilgili sıvı hasarını azaltır.