La planta de energía altera la forma en que determina la humedad en los aceites lubricantes

En las centrales eléctricas modernas y convencionales, el estado general de los fluidos que lubrican la maquinaria grande y de alto valor es fundamental para el funcionamiento económico y exitoso de la planta. En particular, la cantidad de humedad presente en el aceite puede afectar el rendimiento del fluido lubricante, ya que el agua puede eliminar los compuestos antioxidantes críticos y contribuir a la oxidación del lubricante y la consiguiente pérdida de rendimiento del lubricante. Durante años, las valoraciones de Karl Fischer (KF) se han utilizado para medir el grado de agua en el aceite, pero este método analítico tiene varias limitaciones. Hace tres años, reemplazamos nuestro método KF y ahora usamos el análisis de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) para medir y controlar el nivel de contaminación del agua en los fluidos lubricantes. Hemos descubierto que el analizador FTIR proporciona datos precisos en menos tiempo y con menos complicaciones que la titulación Karl Fischer "estándar de oro".

Supervisión de la lubricación en Ferrybridge
Ferrybridge C Power Station es una central eléctrica de combustión conjunta de carbón y biomasa de 2.000 megavatios situada en West Yorkshire, Inglaterra. Las cuatro inmensas turbinas de vapor y las bombas de alimentación principales de la planta producen energía suficiente para 2 millones de hogares, o el 4 por ciento de las necesidades diarias de electricidad del Reino Unido. La energía de una turbina de vapor sería suficiente para impulsar seis cruceros Queen Mary 2 a toda velocidad. Cada eje de la turbina tiene más de 170 pies de largo y es extremadamente pesado; con 12 cojinetes de apoyo todos lubricados con aceite mineral. Este aceite lubricante tiene más de un propósito, ya que también es el aceite de control para operar las válvulas reguladoras de la turbina y las válvulas de admisión de vapor. Por lo tanto, es imperativo que el estado del aceite se controle y se mantenga dentro de las especificaciones requeridas. Dado que el nivel de humedad en el aceite lubricante cambia con el tiempo en función de las condiciones ambientales y de funcionamiento, es imperativo obtener rápidamente información analítica precisa.

La medición de agua en fluidos lubricantes mediante análisis FTIR
En Ferrybridge, estamos utilizando el analizador iPAL FTIR de A2 Technologies equipado con el sistema de celda de transmisión TumblIR (Figura 1).

Figura 1. El analizador iPAL FTIR de A2 Technologies se está utilizando en la planta de Ferrybridge para análisis de aceite.

Para analizar una muestra, el operador coloca una gota de aceite usado puro en la ventana inferior del TumblIR, que está montada en la superficie del analizador, y luego gira una segunda ventana montada en el cardán en su lugar, creando así un 100% reproducible. espacio de micras que contiene el aceite. El sistema viene equipado con un método automatizado precalibrado para analizar agua en aceite, y un simple comando inicia el método de transmisión IR. El analizador FTIR luego recopila, analiza e informa los datos. El sistema iPAL es capaz de analizar con precisión agua tan baja como 200 partes por millón (ppm) sin preparación de muestras, por lo que los límites de detección no son un problema. A2 Technologies ha desarrollado un método que utiliza surfactante que permite la detección cuantitativa de agua en aceite lubricante hasta 65 ppm.

Probamos el método del analizador iPAL frente a nuestro método de valoración Karl Fischer, y mostró una buena correlación entre los métodos. Se monitorea la tendencia en la cantidad de agua presente, por lo que los valores absolutos no son necesarios. Incluso con las mediciones de KF, los valores absolutos no se miden ya que el resultado puede estar sesgado por la cantidad de muestra utilizada y la inmiscibilidad inherente del aceite y el agua. Por lo tanto, las mediciones repetidas se realizan tanto con el análisis FTIR como con el KF (muchas veces con el KF). Dado que las mediciones FTIR son tan rápidas, las mediciones repetitivas son mucho más rápidas y fáciles de realizar. Las pequeñas discrepancias entre los dos métodos no son significativamente diferentes de las que se obtienen al realizar dos pruebas KF en la misma muestra.

Después de ganar confianza en la precisión y confiabilidad del método FTIR, hemos reemplazado en gran medida nuestras mediciones de KF. Un ejemplo mostró que el sistema iPAL rastreaba el nivel de humedad tanto en el aceite de la turbina como en el aceite de la bomba de alimentación principal.

Cuando la humedad en el fluido lubricante es mayor que la especificación permitida, se toman medidas correctivas para eliminar el agua del aceite. Hay dos métodos para ajustar el contenido de humedad del aceite de la turbina:

1. La presión de vapor del prensaestopas de la turbina se ajusta manualmente si la unidad va a funcionar a una carga inferior a la normal.
2. Se utiliza un dispositivo mecánico que separa el agua del aceite para eliminar la humedad del tanque de aceite principal de la turbina.

Además de monitorear el nivel de agua en el aceite y alertarnos para que tomemos medidas correctivas cuando sea necesario, el analizador iPAL FTIR se utiliza para rastrear la efectividad de nuestros métodos para eliminar el agua y devolver el aceite a límites de humedad aceptables.

El valor de utilizar el análisis FTIR para el control de la lubricación
Existen numerosas razones por las que hemos adoptado el analizador iPAL FTIR en Ferrybridge y hemos eliminado gran parte de nuestros análisis de titulación Karl Fischer.

• El análisis FTIR de agua en aceite es rápido.
  • El analizador FTIR tarda de tres a cinco minutos en medir el agua en el aceite, desde la introducción de la muestra hasta los resultados finales.
  • Con el sistema FTIR, el nivel de humedad en la muestra no afecta el tiempo de análisis. Con KF, se puede medir una muestra de baja humedad (menos del 0.05 por ciento) aproximadamente al mismo tiempo que el FTIR; sin embargo, en muestras de humedad media a alta (más de 0.05 a 0.5 por ciento), las mediciones pueden tomar de cinco a 30 minutos.
• No se requieren reactivos para el análisis FTIR de agua en aceite.
  • Se analiza una sola gota de aceite usado puro; no se requieren reactivos.
  • El método KF es una titulación que requiere reactivos y químicos de prueba, que son costosos y deben solicitarse nuevamente.
  • El método KF utiliza reactivos que contienen yodo y dióxido de azufre en presencia de metanol y una base orgánica como piridina o imidazol. Estos son reactivos potencialmente tóxicos y se debe tener cuidado con respecto a la exposición.
• El análisis FTIR de agua en aceite es fácil de realizar.
  • El método FTIR es bastante simple y el procedimiento está programado en el sistema para que el personal menos capacitado pueda realizar mediciones precisas independientemente del nivel de agua presente.
  • El método KF requiere un técnico capacitado para realizar el análisis, y los aceites muy húmedos pueden ser un desafío.
  • Después de medir varias muestras húmedas, el valorador KF debe retirarse de servicio, limpiarse y reponerse los reactivos. Esto requiere que usemos varios tituladores KF para mantenernos al día con la demanda de muestras.
• Es fácil capacitar al personal para utilizar el sistema iPAL FTIR.
  • Con el método estándar que ya está programado en el analizador iPAL, no se necesitan más de unos minutos para capacitar a un técnico.
  • El KF lleva al menos medio día, ya que los operadores deben recibir capacitación sobre cómo usar de manera segura los reactivos tóxicos, determinar cuándo es necesario cambiar los reactivos, cómo limpiar y secar los tituladores, cómo reponer los reactivos y dónde Solicite los reactivos relativamente costosos necesarios para la medición de KF.
• El análisis FTIR es tan analíticamente preciso como la medición de KF y, en algunos casos, más.
  • Siempre que un método sea fácil de usar y no requiera varios pasos y reactivos, tiene el potencial de ser analíticamente más preciso que una prueba más complicada. Nuestra experiencia en el uso de los métodos KF y FTIR indica que el FTIR es más preciso cuando el nivel de humedad en el aceite es muy alto.
  • Sin pretratamiento de la muestra, el sistema iPAL puede detectar con precisión la humedad en el aceite a 200 ppm.
• Además de la determinación de la humedad en el aceite, el iPAL FTIR puede medir otras especificaciones importantes del aceite, todas en la misma muestra utilizando métodos precalibrados e integrados. Estos incluyen:
  • agotamiento aditivo del aceite
  • estado general / oxidación del aceite
  • aceite en agua para fines de descarga
• El sistema FTIR permite análisis en tiempo real, en el sitio. Esto nos permite conocer de forma inmediata y precisa el estado del fluido lubricante.
  • Si se determina que el aceite no cumple con las especificaciones, las pruebas en el sitio permiten tomar acciones correctivas y la efectividad de nuestras acciones se puede determinar virtualmente en tiempo real. Todo esto se puede lograr mucho antes de que se hayan informado los resultados iniciales de un laboratorio de pruebas externo. Cuando la muestra regresa de un laboratorio de pruebas externo, los resultados suelen ser irrelevantes, ya que los operadores competentes no pueden esperar un par de semanas antes de tomar medidas correctivas.
• El sistema FTIR aumenta nuestro nivel de confianza en los resultados que obtenemos de los laboratorios de pruebas externos.
  • Hemos descubierto que si los lubricantes no se muestrean, empaquetan y sellan correctamente para su envío, puede haber una diferencia significativa en los resultados de las pruebas de humedad.
  • Con frecuencia, en el pasado, obtuvimos resultados de laboratorios de pruebas externos que sabíamos que eran (en el mejor de los casos) sospechosos o (en el peor de los casos) completamente inexactos. Al realizar pruebas en el sitio con el analizador FTIR, que es capaz de medir varios analitos importantes, tenemos mucha más confianza en los resultados, y esto proporciona una verificación de los resultados del laboratorio de pruebas fuera del sitio.

Conclusión
Ferrybridge Power Station cuenta con un programa de monitoreo de lubricación in situ proactivo. Hemos descubierto que el analizador iPAL FTIR es una parte importante de ese programa, ya que nos permite medir el nivel de humedad en el fluido lubricante virtualmente en tiempo real. Esto nos permite tomar medidas correctivas para ajustar el nivel de humedad cuando excede los límites prescritos. El analizador FTIR es tan analíticamente preciso como el método de Karl Fischer "estándar de oro" y bastante más fácil de usar, ya que no requiere reactivos tóxicos costosos ni una amplia formación de los operadores. El analizador iPAL FTIR se ha convertido en una parte importante de nuestro protocolo de prueba en el sitio en Ferrybridge y estamos en el proceso de extender su uso en otras aplicaciones.

Figura 2. Central eléctrica Ferrybridge C