Розвиток турбінних олив: поглиблений погляд за межі тесту RPVOT

Вступ: чому RPVOT часто розуміють хибно

ASTM D2272 «Стандартний метод випробування окиснювальної стабільності парових турбінних олив за допомогою обертового герметичного резервуара», більш відомий як RPVOT (Rotary Pressure Vessel Oxidation Test — тест окиснення в обертовому герметичному резервуарі), є одним із таких тестів прискореного старіння, що його часто наводять у технічних паспортах продуктів. Однак тест RPVOT ніколи не призначався для порівняння експлуатаційних характеристик різних рецептур оливи.

Попри це, багато користувачів помилково вважають, що олива з високим показником RPVOT свідчить про якість турбінної оливи і що цей показник можна використовувати для оцінювання відносного терміну служби різних рецептур турбінних олив.

Опис методу ASTM D2272

Тест RPVOT проводять, помістивши досліджуване мастило, воду та мідний каталізатор у герметичний резервуар, оснащений манометром. Потім резервуар наповнюють киснем під тиском до 620 кПа (90 psi), розміщують у масляній бані за температури 150 °C та обертають зі швидкістю 100 об/хв. Результатом, що його фіксують, є час, потрібний для падіння тиску на 175 кПа (25,4 psi) нижче за максимальне значення. Падіння тиску кисню означає, що кисень спожито внаслідок реакції з компонентами оливи. Кількість хвилин, потрібних для досягнення необхідного падіння тиску, використовують для визначення окиснювальної стабільності мастила.

Сам метод прямо застерігає від використання цього тесту для порівняння олив різного складу: «Оцінка окиснювальної стабільності <за цим тестом> корисна для контролю сталості цієї властивості під час приймання виробничих партій того самого продукту. Цей метод випробування не призначений бути заміною методу ASTM D943 і не призначений для порівняння термінів служби нових олив різного складу. Цей метод також застосовують для оцінювання залишкового ресурсу окиснювальної стабільності олив, що перебувають в експлуатації».

Хоча RPVOT має певні обмеження, він залишається корисним тестом для контролю якості та моніторингу стану оливи під час експлуатації. Нижче підсумовано деякі переваги та обмеження цього тесту.

Переваги тесту RPVOT

Він дає швидкі результати — за хвилини замість місяців чи років, потрібних для інших скляних (лабораторних) тестів, як-от Turbine Oil Stability Test (ASTM D943).

Він дозволяє порівнювати якість партій того самого продукту або може бути частиною загальної програми аналізу олив одного складу, що перебувають в експлуатації.

Недоліки тесту RPVOT

RPVOT не вимірює утворення продуктів окиснення, як-от лаків, шламів, відкладень (вуглецевих плівок) та кислот, що можуть спричиняти відмови систем мастила та керування.

Відтворюваність тесту RPVOT становить +/- 22 відсотки. Продукт з ресурсом 1000 хвилин може давати результати RPVOT у межах від 780 до 1220 хвилин.

Тест RPVOT виконується за значно вищих температур об'єму оливи, ніж ті, що трапляються у більшості турбінних застосувань, аби пришвидшити процес окиснення. Унаслідок цього він не відтворює ані робочі умови, ані хімічну кінетику оливи в експлуатації. Він також має обмежену кількість забруднень, дуже високий рівень води та високий рівень кисню, які зазвичай не трапляються у турбінних застосуваннях.

Підсумок щодо застосування RPVOT

RPVOT можна використовувати як тест контролю якості партії або як вимірювання для оцінювання залишкового ресурсу оливи в експлуатації — у поєднанні з іншими тестами (див. ASTM D4378 — Моніторинг мінеральних турбінних олив для парових і газових турбін під час експлуатації). RPVOT не слід застосовувати як єдиний засіб для порівняння окиснювальних характеристик, терміну служби оливи чи стійкості до відкладень для різних рецептур у конкретному застосуванні.

Розробка збалансованих турбінних олив

Філософія ExxonMobil полягає у розробці продуктів зі збалансованими рецептурами, що відповідають численним потребам застосування. Щодо турбінних олив критично важливими є три аспекти:

1) Максимізувати термін служби мастила в експлуатації.

2) Зменшити утворення шкідливих продуктів окиснення (шламу, лаків і кислот).

3) А коли продукти окиснення все ж утворюються (що неминуче) — керувати цими побічними продуктами в мастилі так, щоб вони не заважали роботі турбіни.

Турбінні оливи Mobil розробляють із застосуванням численних тестів на окиснення, зокрема кількох стандартних галузевих випробувань, а також власних стендових тестів, щоб гарантувати досягнення збалансованих характеристик. Проте цих стендових тестів не зовсім достатньо для створення олив найвищої якості.

Щоб точніше змоделювати умови, що виникають під час роботи турбіни, ExxonMobil також розробила динамічні стендові випробування, які відтворюють робочі умови точніше, ніж це можливо за допомогою тесту RPVOT чи інших скляних (лабораторних) тестів.

Результати динамічних стендових випробувань

Власне динамічне стендове випробування ExxonMobil оцінює загальні збалансовані характеристики турбінної оливи в системі, що відтворює реальні робочі умови. Зокрема, ключовими критеріями, які вимірюють у цьому тесті, є: 1) Збереження RPVOT, 2) Оцінка за ультрацентрифугою (Ultra Centrifuge Rating) та 3) Чистота фільтрів і резервуара.

Збереження RPVOT (RPVOT Retention)

Хоча значення RPVOT нової оливи зазвичай не корелює з терміном служби оливи в експлуатації, його можна використовувати для відстеження вичерпання антиокиснювальної здатності оливи з часом. Типове граничне значення для відпрацьованої оливи становить 25 відсотків від значення нової оливи — згідно з ASTM та багатьма рекомендаціями виробників обладнання.

Оцінка за ультрацентрифугою (Ultra Centrifuge Rating)

Тест ультрацентрифуги призначений для вимірювання концентрації продуктів окиснення та нерозчинних домішок в оливі. Відстеження оцінок за ультрацентрифугою дає міру схильності оливи до утворення продуктів окиснення, що призводять до лакоутворення та шламу. Тест оцінюють за шкалою від 1 до 8, де 1 — найкраща оцінка, а 8 — найгірша.

Чистота фільтрів і резервуара

Чистота фільтрів і резервуарів упродовж стендового випробування характеризує здатність оливи протистояти схильності утворювати відкладення в системах мастила та керування турбіни. Підтримання чистоти дозволяє безперебійніше експлуатувати турбіну та зменшує кількість незапланованих простоїв.

Хоча всі ці чинники важливі, ключем до успішного керування довгостроковими характеристиками турбінної оливи є забезпечення того, щоб олива зберігала своє значення RPVOT і водночас підтримувала чистоту системи. Деякі оливи можуть демонструвати відносно невелику зміну значення RPVOT, проте все одно мати значний потенціал до утворення відкладень. Приклади цього показано на наведених нижче даних.

Що показує порівняння продуктів A і B

Фільтри з випробування циркуляційної системи Mobil використовували для оцінювання утворення відкладень. Олива з найвищим значенням RPVOT нової оливи (Продукт B, RPVOT = 3 000) пропрацювала на 1 000 годин менше і мала найнижчу оцінку фільтра серед усіх досліджених олив. Це наочно демонструє: вищий показник RPVOT нової оливи аж ніяк не гарантує кращої стійкості до відкладень чи довшого ресурсу в реальній роботі.

Загальний підсумок

Контроль шкідливих продуктів окиснення та відкладень, що можуть унаслідок цього утворюватися, є критично важливим для довгострокових характеристик сучасних турбінних олив.

Слід бути обережними під час тлумачення результатів тесту RPVOT, оскільки цей тест не призначений для порівняння мастил різного складу від різних виробників.

Застосування набору стандартних тестів на окиснення дає важливі вказівки щодо окиснювальних характеристик турбінних олив під час експлуатації. Проте важливо включати й випробування для розробки продукту, що враховують утворення та контроль шкідливих побічних продуктів окиснення та старіння.

Щоб створити збалансовану високоефективну турбінну оливу, Mobil застосовує стандартні галузеві методи випробувань плюс інші тести, що моделюють робочі умови турбіни та оцінюють вплив побічних продуктів окиснення турбінної оливи, які можуть позначатися на роботі сучасних турбін.

Джерела: ASTM D2272 — Стандартний метод випробування окиснювальної стабільності парових турбінних олив за допомогою обертового герметичного резервуара; ASTM D4378 — Моніторинг мінеральних турбінних олив для парових і газових турбін під час експлуатації.