Vấn đề rất được quan tâm hiện nay về sự xuống cấp của dầu tuabin gây ảnh hưởng đến hệ thống dầu bôi trơn là sự hiện diện của bùn và vecni . Tình trạng này có thể xảy ra ngay cả ở những máy được bảo dưỡng tốt nhất và cũng có thể phát sinh khi dầu không quá cũ hoặc bị ô nhiễm, cũng như trong chất bôi trơn tổng hợp chịu nhiệt và chất lỏng thủy lực…Bùn và vecni trong hệ thống dầu tuabin gây ảnh hưởng xấu như thế nào? Phân tích đánh giá chất lượng ra sao? Chúng ta cùng tìm hiểu:
Bùn và vecni trong hệ thống dầu tuabin
Bùn và vecni trong hệ thống dầu tuabin là các sản phẩm sinh ra do sự phân hủy, ô xy hóa chất bôi trơn. Các sản phẩm này bắt đầu ở dạng hòa tan và tích tụ cho đến khi chất bôi trơn đạt đến khả năng của nó được gọi là điểm bão hòa, buộc bất kỳ lượng dư thừa nào phải chuyển đổi thành các sản phẩm phân hủy không hòa tan.
Trong một số trường hợp, cặn lắng hình thành trên bề mặt máy tại chính xác vị trí mà dầu đã phân hủy. Trong các trường hợp khác, dầu phân hủy ở một vị trí nhưng các sản phẩm phân hủy không hòa tan được mang đi nơi khác bởi chất lỏng chuyển động tạo thành cặn lắng trên bề mặt.
Theo thời gian, một số cặn có thể đông cứng bằng nhiệt thành lớp phủ giống như men cứng. Các loại cặn khác, thường ở vùng nhiệt độ thấp hơn, vẫn mềm hoặc dính và trong một số trường hợp, có thể trong suốt và giống như mỡ. Sau đây là các ví dụ về nơi có thể xuất hiện cặn và vecni trong dầu bôi trơn tuabin và hệ thống điều khiển điện thủy lực:
- Cặn đen đóng vảy trên phớt cơ khí.
- Màng dính vàng trên van.
- Cặn giống như than trên ổ trục ống lót babit.
- Tích tụ màu nâu nhớt trên bộ lọc dầu.
- Cặn đen đóng vảy trên bề mặt phớt cơ khí và miếng đệm chịu lực đẩy.
- Cặn cacbon trên bề mặt cơ học.
Xem thêm: Tuabin thủy lực là gì? Dầu tuabin thủy lực và ứng dụng.
Xem thêm:Dầu tuabin, cách kiểm tra độ sạch
Xem thêm: Dầu Turbin Nhiệt điện: Tư vấn và cách lựa chọn
Xem thêm: Dầu Turbin và hệ thống bôi trơn nhà máy nhiệt điện khí
Tác hại của bùn và vecni trong hệ thống dầu tuabin
Các cặn lắng đọng trên bề mặt máy nhạy cảm sẽ cản trở dòng chảy của dầu tuabin và chuyển động cơ học của máy. Các cặn lắng đọng cũng có thể góp phần gây ra sự mài mòn và ăn mòn hoặc làm giảm khả năng truyền nhiệt bằng cách bám vào bề mặt. Ví dụ, các cặn lắng đọng trên ống chỉ và lỗ khoan của van điều khiển Servo có thể làm bó chặt các khớp nối .
Các loại hư hỏng khác do bùn và vecni gây ra bao gồm:
- Lỗi van khóa bùn.
- Lỗ bị tắc.
- Phớt cơ khí bị hỏng.
- Cổng xả tắc.
- Sự mài mòn ổ trục (sự sản xuất màng thủy động bị gián đoạn).
- Tắc nghẽn sớm của bộ lọc dầu.
- Hiệu suất làm mát dầu bị suy yếu.
Trong hệ thống tua bin, ít tình trạng hỏng hóc nào có thể làm gián đoạn hoạt động nhanh chóng và hoàn toàn như hoạt động của van điều khiển bị bám véc ni và kẹt cứng. Bùn có thể làm kẹt các bộ điều khiển lưu lượng, bộ lọc và đường dẫn dầu quan trọng. Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều trường hợp được báo cáo liên quan đến sự hình thành vecni và bùn trong các ứng dụng tuabin-máy phát điện.
Chủ động xử lý vấn đề là điều quan trọng để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động bất ngờ. Việc phát hiện và quản lý sự xuống cấp của dầu bằng cách sử dụng hệ thống được thiết kế để xử lý vecni có thể giải quyết vấn đề một cách chủ động.
Các nguyên nhân gây ra bùn và vecni trong hệ thống dầu tuabin
Các nguyên nhân gây ra bùn và vecni trong hệ thống dầu tuabin gồm có:
Quá trình oxy hóa dầu tuabin số lượng lớn
Quá trình oxy hóa gây ra sự phân hủy của dầu tuabin theo thời gian. Trong điều kiện vận hành máy nhẹ nhàng và môi trường sạch, quá trình oxy hóa sẽ diễn ra dần dần, tạo ra các sản phẩm phân hủy hòa tan. Tuy nhiên, nhiệt độ cao sẽ đẩy nhanh quá trình oxy hóa, quy tắc chung là cứ mỗi 10°C nhiệt độ vận hành tăng lên, tốc độ oxy hóa sẽ tăng gấp đôi (Quy tắc tốc độ Arrhenius).
Nước, kim loại (như các hạt sắt hoặc đồng) và sục khí cũng đóng vai trò là chất xúc tác để đẩy nhanh quá trình này. Khi các sản phẩm phụ của quá trình oxy hóa tích tụ vượt quá điểm bão hòa, chúng sẽ chuyển thành các sản phẩm phân hủy không hòa tan, bị thu hút vào các bề mặt cơ học, tạo thành bùn và vecni trong hệ thống.
| Các giai đoạn suy giảm chất lượng dầu | Điều kiện của dầu tuabin cần thử nghiệm | Phương pháp phân tích tương ứng |
| Giai đoạn một (giai đoạn tiền thân) — Nguyên nhân gốc rễ đẩy chất lỏng vào giai đoạn tiếp theo | Nguyên nhân gốc rễ của quá trình oxy hóa có thể đo lường được: 1. Ô nhiễm hạt 2. Mảnh vụn do mài mòn 3. Ô nhiễm nước 4. Sự suy giảm chất phụ gia chống oxy hóa | 1. Nhiều phương pháp đếm hạt trong phòng thí nghiệm (quang học,giấy lọc và kính hiển vi) 2. Phân tích nguyên tố, ferrography, phân tích mật độ sắt 3. Nhiều phương pháp trong phòng thí nghiệm, bao gồm Karl Fischer và FTIR 4. Các phương pháp bao gồm FTIR, RPVOT, RULER và HPDSC |
| Giai đoạn hai (giai đoạn tạm thời) — Bắt đầu quá trình phân hủy dầu gốc và tăng nguy cơ hình thành lớp vecni | Sự có mặt của các sản phẩm oxy hóa hòa tan để tạo thành: 1. Axit cacboxylic, axit fomic,… 2. Nhựa mật độ cao, polyme,… 3. Hợp chất tạo màu (vật thể màu) | 1. FTIR (1.730 cm-1), AN 2. Oxit đông tụ không hòa tan 3. Quang phổ, đo màu vá |
| Giai đoạn ba (giai đoạn tấn công) — Giai đoạn oxy hóa nâng cao hơn, trong đó có nguy cơ đáng kể về vecni, ăn mòn và bôi trơn kém | Sự có mặt của cả sản phẩm oxy hóa hòa tan và không hòa tan để tạo thành: 1. Xà phòng cacboxylate kim loại và bùn 2. Oxit lơ lửng không hòa tan 3. Độ nhớt của dầu tăng | 1. Phân tích bùn (bùn đáy, bùn lọc hữu cơ,…) bằng phân tích nguyên tố, FTIR (1.730 cm-1), GC/MS 2. Siêu ly tâm, thử nghiệm vá, đo màu vá 3. Đo độ nhớt |
Phương pháp phân tích bùn và vecni do quá trình oxy hóa gây ra | ||
Sự suy thoái dầu gốc nhiệt và nén
Sự suy thoái nhiệt xảy ra do nén đoạn nhiệt từ các bong bóng bị cuốn theo hoặc khi dầu tiếp xúc với bề mặt nóng. Khi nhiệt độ bề mặt máy lớn hơn 200°C, tùy thuộc vào loại dầu, sự suy thoái nhiệt có thể bắt đầu.
Nhiệt như vậy có thể đến từ quá trình đốt cháy khí, hơi nước và các bề mặt ma sát chịu tải trọng cao. Thông thường, sự sục khí xảy ra do khuấy động bể chứa, dầu hồi lưu hoặc mài bề mặt. Rò rỉ đường ống hút, rò rỉ phớt bơm và vùng venturi (vùng vena contracta) cũng có thể đưa không khí vào chất lỏng tuần hoàn.
Sự suy thoái lliên quan đến nén đoạn nhiệt trong vùng tải của hệ thống bôi trơn hoặc vùng chịu áp suất của hệ thống điều khiển thủy lực. Nén đoạn nhiệt xảy ra khi các bong bóng khí di chuyển từ áp suất thấp đến áp suất cao. Bong bóng khí nén nhanh (nổ), dẫn đến sự giữ lại và tập trung nhiệt và làm tăng nhiệt độ dầu cực độ. Nhiệt độ đạt được thường rất cao để làm dầu bị phân hủy nhiệt.
| Các giai đoạn suy giảm chất lượng dầu | Điều kiện của chất lỏng cần thử nghiệm | Phương pháp phân tích tương ứng |
| Giai đoạn một (giai đoạn tiền thân) — Nguyên nhân gốc rễ đẩy chất lỏng vào giai đoạn tiếp theo | Nguyên nhân gốc rễ có thể đo lường được: 1. Tính năng thoát khí bị suy giảm 2. Nhiễm chéo (chất bôi trơn hỗn hợp) 3. Nhiễm tạp chất phân cực (bụi bẩn, nước, oxit, …) | 1. Thử nghiệm giải phóng không khí (ASTM D3427) 2. FTIR, phân tích nguyên tố,… 3. Nhiều thử nghiệm phòng thí nghiệm tiêu chuẩn khác nhau cho các tạp chất như vậy |
| Giai đoạn hai (giai đoạn tạm thời) — Bắt đầu quá trình phân hủy dầu gốc và tăng nguy cơ hình thành lớp vecni | Sự hiện diện của các sản phẩm phân hủy nhiệt hòa tan: 1. Oxit nitric 2. Hợp chất nhuộm màu (vật thể màu) 3. Điều kiện hỏng nhiệt cục bộ | 1. FTIR tế bào dày (500 µm) để nitrat hóa (1.639 cm-1) 2. Quang phổ, đo màu vá 3. Kiểm tra mẫu (kết hợp các thử nghiệm trên với RPVOT, AN, độ nhớt, …) để phân biệt với sự phân hủy dầu số lượng lớn |
| Giai đoạn ba (giai đoạn tấn công) — Giai đoạn thoái hóa tiên tiến hơn, trong đó có nguy cơ bị vecni đáng kể | Sự hiện diện của cả sản phẩm phân hủy nhiệt hòa tan và không hòa tan để tạo thành: 1. Oxit nitric có trọng lượng phân tử cao lơ lửng và các hợp chất nhựa không hòa tan tương tự 2. Bùn và cặn lắng | 1. Máy ly tâm siêu tốc, phép đo màu vá, chất không hòa tan đông tụ 2. Phân tích bùn (bùn đáy, cặn lọc hữu cơ, …) bằng phân tích nguyên tố, FTIR, GC/MS |
Phương pháp phân tích bùn và vecni do sự phân hủy nhiệt | ||
Phóng tĩnh điện
Quá trình điện hóa chất lỏng và xả tĩnh là một tác nhân chính gây ra sự hình thành bùn và vecni trong hệ thống tuabin. Sự tạo ra điện tích tĩnh xảy ra trong các hệ thống chất lỏng do ma sát phân tử bên trong và điện thế giữa chất lỏng và bề mặt máy (đặc biệt là khi không có màng ranh giới phát triển, chẳng hạn như các khe hở của bộ lọc dầu).
Nhiều yếu tố góp phần vào cường độ của điện tích tĩnh trong dầu; tuy nhiên, việc nối đất máy có ít tác động đến việc giảm thiểu sự lan truyền điện tích. Điều này là do dầu không dẫn điện, có tác dụng tự cách ly các vùng chất lỏng tích điện khỏi các bề mặt tiếp đất. Khi các điện tích này tích tụ trong các vùng chất lỏng làm việc, bao gồm cả các bể chứa, sự phóng tĩnh điện tiếp theo, tương tự như sét đánh qua chất lỏng, có thể gây ra sự phân hủy dầu oxy hóa nhiệt cục bộ.
Tia lửa điện có thể đạt nhiệt độ cao tới 20.000°C, mặc dù lỗi ban đầu chỉ xảy ra cục bộ, nhưng quá trình phân hủy hóa học là tự xúc tác. Trong một nghiên cứu, một mẫu dầu tuabin đã tiếp xúc với tia lửa điện. Chỉ số axit (TAN) đã được đo trên các mẫu dầu ngay sau khi tiếp xúc ban đầu và một lần nữa sau sáu và chín tháng lưu trữ dầu.
Kết quả của thử nghiệm này được thể hiện trong Hình 3. TAN được đo ngay sau khi thử nghiệm và giống nhau, bất kể số lượng tia lửa tiếp xúc với dầu tuabin , cho thấy quá trình phân hủy dầu khối vẫn chưa bắt đầu. Tuy nhiên, có sự thay đổi đáng kể về TAN sau khi được lưu trữ, cho thấy quá trình oxy hóa dầu đã vượt qua giai đoạn cảm ứng, ngay cả khi được lưu trữ trong bóng tối ở nhiệt độ phòng.
| Các giai đoạn suy giảm chất lượng | Điều kiện của chất lỏng cần thử nghiệm | Phương pháp phân tích tương ứng |
| Giai đoạn một (giai đoạn tiền thân) — Nguyên nhân gốc rễ đẩy chất lỏng vào giai đoạn tiếp theo | Nguyên nhân gốc rễ: 1. Dầu quá khô 2. Dầu quá sạch 3. Dầu chưa oxy hóa 4. Độ dẫn điện của dầu giảm | 1. Karl Fischer, máy đo điểm sương 2. Máy đếm hạt (nhiều loại), tổng chất không hòa tan 3. AN, RPVOT, FTIR (1.730 cm-1) 4. Máy đo độ dẫn điện, máy kiểm tra đánh thủng điện môi, máy đo hằng số điện môi, … |
| Giai đoạn hai (giai đoạn tạm thời) — Bắt đầu quá trình phân hủy dầu gốc và tăng nguy cơ hình thành lớp vecni | Sự hiện diện của các sản phẩm phân hủy nhiệt hòa tan: 1. Hợp chất nhuộm màu (vật thể màu) 2. Điều kiện hỏng nhiệt cục bộ. | 1. Quang phổ, phép đo màu vá 2. Kiểm tra mẫu (kết hợp các thử nghiệm trên với RPVOT, AN, độ nhớt, …) để phân biệt với sự thoái hóa dầu số lượng lớn* |
| Giai đoạn ba (giai đoạn tấn công) — Giai đoạn thoái hóa tiên tiến hơn, trong đó có nguy cơ bị vecni đáng kể | Sự hiện diện của các sản phẩm phân hủy nhiệt hòa tan và không hòa tan: 1. Các hợp chất nhựa không hòa tan có trọng lượng phân tử cao lơ lửng 2. Bùn và cặn 3. Sự thoát khí | 1. Tổng chất không hòa tan đông tụ 2. Phân tích bùn (bùn đáy, cặn lọc, …) bằng phân tích nguyên tố, FTIR (1.730 cm-1), GC/MS 3. Điểm chớp cháy, sắc ký khí đối với axetilen và các khí khác* |
*Lưu ý: Các phương pháp phân tích để phân lập rõ ràng sự phân hủy dầu trong điều kiện điện hóa và phóng tĩnh điện vẫn chưa được phát triển đầy đủ. Các phương pháp được liệt kê ở đây có bản chất chung và có thể hỗ trợ phân biệt. Các phương pháp phân tích bùn và vecni do phóng tĩnh điện gây ra | ||
Kỹ thuật phân tích để giám sát bùn và vecni
Để phân biệt giữa các cơ chế hỏng hóc và đánh giá mức độ nghiêm trọng tiềm ẩn của vecni, chúng ta cần phân tích, đo lường, kiểm soát được các thông số quan trọng như sau:
- MPC.
- FTIR.
- Số AXIT.
- RPVOT.
- LSV.
- Độ nhớt .
- Điểm chớp cháy.
Đo màu màng vá (MPC) – Tiềm năng vecni (ASTM D7843-21)
Khi quá trình oxy hóa xảy ra, các vật liệu phân hủy được tạo ra và tích tụ trong dầu. Kiểm tra tiềm năng vecni MPC là một thử nghiệm vá được điều chỉnh bằng cách sử dụng dung môi không phân cực và máy quang phổ để định lượng các vật thể màu không hòa tan được thu thập trên miếng vá. Vì kết quả MPC sẽ cao hơn khi mẫu nằm trong hộp đựng mẫu càng lâu, nên quy trình ASTM yêu cầu thời gian thiết lập lại trong đó mẫu được đun nóng đến 60°C trong 24 giờ và để trong 68-74 giờ. Theo cách này, tất cả các phòng thí nghiệm có thể kiểm tra MPC tại cùng một thời điểm. Tiềm năng vecni của miếng vá thu được được biểu thị là ΔE. Hướng dẫn trong quá trình sử dụng được khuyến nghị là duy trì MPC ΔE <20.
Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
Khi quá trình oxy hóa tăng lên, các sản phẩm phụ phổ biến của phản ứng là liên kết đôi carbon-oxy, còn được gọi là nhóm carbonyl. Các đỉnh carbonyl trên phổ FTIR ở vùng 1.740 cm-1 (Hình 8), dễ dàng xác định quá trình oxy hóa. Khi quá trình oxy hóa tăng lên, các đỉnh hấp thụ sẽ tăng lên ở vùng này. Ngoài ra, chất ức chế phenol được sử dụng làm chất chống oxy hóa trong dầu cho thấy các đỉnh khoảng 3.650. Những thay đổi ở đỉnh này cũng đáng chú ý.
Vì sự phân hủy nhiệt có thể xảy ra mà không cần lượng oxy đáng kể, nên thường quan sát thấy các sản phẩm phụ phân hủy khác nhau. Do đó, đỉnh 1.740 cm-1 ít có khả năng là đáng kể. Thay vào đó, các sản phẩm phụ của sự phân hủy dầu gốc nhiệt xuất hiện ở vùng 1.600 đến 1.640 cm-1 còn được gọi là đỉnh nitrat hóa do các sản phẩm phụ chứa nitơ, rõ rệt hơn khi sử dụng máy quang phổ ô dày (chiều dài đường dẫn 500 µm).
Trị số axit (ASTM D974 hoặc D664)
Trị số axit (TAN), trước đây được gọi là Tổng số axit (TAN), tăng theo thời gian do quá trình oxy hóa. Trong các hệ thống tuabin lớn, sự thay đổi TAN biến đổi rất chậm, với mức tăng thấp tới 0,3 đến 0,4 so với mức TAN của dầu mới thường.
Kiểm tra oxy hóa bình áp suất quay (ASTM D2272)
RPVOT đo khả năng chống oxy hóa của dầu. Thông tin này cho biết tuổi thọ hữu ích oxy hóa còn lại (RUL) của dầu và được tính bằng cách chia kết quả mẫu đang sử dụng, được biểu thị bằng phút, cho kết quả dầu mới. Giá trị RPVOT bị ảnh hưởng bởi loại và số lượng chất chống oxy hóa có trong dầu và độ bền oxy hóa của dầu gốc. Giới hạn thận trọng và quan trọng đối với dầu tuabin thường lần lượt là 605 và 40% RUL.
Đo Voltam tuyến tính (ASTM D6971)
Đo amin thơm và chất chống oxy hóa phenol bị cản trở trong dầu tuabin loại mới hoặc đang hoạt động. Các giá trị được thể hiện dưới dạng phần trăm của đường cơ sở dầu mới. Mức cảnh báo được thể hiện ở mức <50% chất chống oxy hóa chính, thường là amin, nhưng trong một số nhãn hiệu dầu, nó cũng có thể là phenol. Giá trị tới hạn là <25% chất chống oxy hóa chính.
Độ nhớt (ASTM D445)
Trong quá trình oxy hóa, các phân tử dầu bị cắt kết hợp lại để tạo thành các loài có trọng lượng phân tử cao hơn. Độ nhớt tuyệt đối tăng có thể chỉ ra khi quá trình oxy hóa diễn ra ở mức độ cao. Trong một số trường hợp, dầu có thể bị nứt nhiệt trong quá trình phân hủy, khi đó các phân tử dầu bị cắt thành các phân tử nhỏ hơn. Kết quả là, có thể phát hiện thấy độ nhớt giảm .
Điểm chớp cháy (ASTM D92)
Điểm chớp cháy có thể được sử dụng để xác định sự phân hủy nhiệt nếu các phân tử dầu đã bị nứt nhiệt. Khi tỷ lệ phần trăm các phân đoạn dầu có trọng lượng phân tử thấp hơn tăng lên do nứt nhiệt, điểm chớp cháy sẽ giảm tương ứng.
Hỗ trợ Kỹ thuật của Công ty Cổ phần Mai An Đức
Dầu tuabin sử dụng trong Nhà máy Thủy điện đóng vai trò rất quan trọng đối việc vận hành an toàn các Tổ máy phát điện. Việc vận hành trong thời gian dài làm gia tăng bùn và vecni, hợp chất oxit và những hạt mòn trong dầu, điều này có thể dẫn đến điều kiện xấu như gia tăng nhiệt độ của kim loại ổ trục hay giảm khả năng bôi trơn, … Để hạn chế kim loại ổ trục bị ăn mòn, việc phân tích độ nhớt của dầu, thành phần nước, mức độ oxy hóa,… là vô cùng cần thiết. Chuẩn đoán trước dầu bôi trơn gồm việc phân tích những hạt mòn trong dầu, giúp phát hiện được dấu hiệu điều kiện xấu của thiết bị.
Công ty CP Mai An Đức chuyên cung cấp các giải pháp bôi trơn toàn diện và tối ưu nhất cho thiết bị máy móc của Khách hàng. Chúng tôi có đầy đủ các thiết bị chẩn đoán sự cố dầu bị nhiễm bẩn tạp chất, nhiễm nước …để đưa ra những cảnh báo và các giải pháp xử lý bằng cách sử dụng phương pháp lọc để giải quyết triệt để sự cố nêu trên:
- Tiến hành Test mẫu dầu mỡ nhờn để so sánh chất lượng với sản phẩm khách hàng đang sử dụng để đưa ra quyết định sử dụng sản phẩm phù hợp.
- Đo độ sạch dầu Tuabin: Theo tiêu chuẩn: ( Nas 1638, ISO 4406, SAE 4059), In kết quả trược tiếp bằng máy LASPAX II-P-M-W, Hãng STAUFF( Đức)
- Tiến hành lọc bằng thiết bị lọc dầu chân không với các bộ lọc thô, lọc tinh, lọc từ tính…để tách nước và loại bỏ tạp chất đạt tiêu chuẩn của NAS 3, ISO 14/12/9.
- Hỗ trợ tư vấn và training về kiến thức dầu mỡ nhờn cho cán bộ kỹ thuật và vận hành tại Nhà máy khi khách hàng có yêu cầu.
Thông tin liên hệ
- Địa chỉ: Số 6, Đường Phạm Thận Duật, Phường Thạnh Mỹ Lợi, Thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
- Hotline: 0977868803
- Zalo: 0977868803
- Email: cskh@maianduc.com
- Website: www.maianduc.vn
- Facebook: facebook.com/MaiAnDucJSC