A usina altera a maneira como determina a umidade nos óleos lubrificantes

Em centrais elétricas modernas e convencionais, a condição geral dos fluidos que lubrificam máquinas grandes e de alto valor é crítica para o funcionamento bem-sucedido e econômico da usina. Em particular, a quantidade de umidade presente no óleo pode afetar o desempenho do fluido lubrificante, uma vez que a água pode lavar os compostos antioxidantes essenciais e contribuir para a oxidação do lubrificante e subsequente perda de desempenho do lubrificante. Durante anos, as titulações de Karl Fischer (KF) foram usadas para medir o grau de água no óleo, mas este método analítico tem uma série de limitações. Três anos atrás, substituímos nosso método KF e agora usamos a análise infravermelha por transformada de Fourier (FTIR) para medir e controlar o nível de contaminação da água em fluidos lubrificantes. Descobrimos que o analisador FTIR fornece dados precisos em menos tempo e com menos complicações do que a titulação “padrão ouro” de Karl Fischer.

Monitoramento de lubrificação em Ferrybridge
A estação de energia Ferrybridge C é uma usina geradora de carvão e biomassa de 2.000 megawatts situada em West Yorkshire, na Inglaterra. As quatro imensas turbinas a vapor e as bombas principais de alimentação da usina produzem energia suficiente para 2 milhões de residências, ou 4% das necessidades diárias de eletricidade do Reino Unido. A energia de uma turbina a vapor seria suficiente para mover seis navios de cruzeiro Queen Mary 2 a toda velocidade à frente. Cada eixo da turbina tem mais de 170 pés de comprimento e é excessivamente pesado; com 12 mancais de apoio todos lubrificados com óleo mineral. Este óleo lubrificante tem mais de um propósito, uma vez que também é o óleo de controle para operar as válvulas reguladoras da turbina e as válvulas de admissão de vapor. Portanto, é imperativo que a condição do óleo seja monitorada e mantida dentro das especificações exigidas. Como o nível de umidade no óleo lubrificante muda com o tempo em função das condições ambientais e operacionais, é imperativo obter rapidamente informações analíticas precisas.

A medição de água em fluidos lubrificantes por meio de análise FTIR
Em Ferrybridge, estamos usando o analisador iPAL FTIR da A2 Technologies equipado com sistema de célula de transmissão TumblIR (Figura 1).

Figura 1. O analisador iPAL FTIR da A2 Technologies está sendo usado na planta de Ferrybridge para análise de óleo.

Para analisar uma amostra, o operador coloca uma gota de óleo puro e usado na janela inferior do TumblIR, que é montada na superfície do analisador e, em seguida, gira uma segunda janela montada no gimbal no lugar, criando assim um reproduzível 100- intervalo de mícron que contém o óleo. O sistema vem equipado com um método pré-calibrado e automatizado para analisar água no óleo e um comando simples inicia o método IR de transmissão. O analisador FTIR então coleta, analisa e relata os dados. O sistema iPAL é capaz de analisar com precisão a água de até 200 partes por milhão (ppm), sem preparação de amostra, portanto, os limites de detecção não estão em questão. A2 Technologies desenvolveu um método usando surfactante que permite a detecção quantitativa de água em óleo lubrificante até 65 ppm.

Testamos o método do analisador iPAL versus nosso método de titulação Karl Fischer, e ele mostrou boa correlação entre os métodos. A tendência da quantidade de água presente é monitorada, portanto, valores absolutos não são necessários. Mesmo com medições de KF, os valores absolutos não são medidos, pois o resultado pode ser tendencioso pela quantidade de amostra usada e a imiscibilidade inerente de óleo e água. Portanto, medições repetidas são feitas com as análises FTIR e KF (muitas vezes com KF). Como as medições FTIR são muito rápidas, as medições repetitivas são muito mais rápidas e fáceis de realizar. As pequenas discrepâncias entre os dois métodos não são significativamente diferentes das obtidas pela realização de dois testes de KF na mesma amostra.

Depois de ganhar confiança na precisão e confiabilidade do método FTIR, substituímos amplamente nossas medições KF. Um exemplo mostrou que o sistema iPAL rastreou o nível de umidade no óleo da turbina e no óleo da bomba de alimentação principal.

Quando a umidade no fluido lubrificante é maior do que a especificação permitida, uma ação corretiva é tomada para remover a água do óleo. Existem dois métodos para ajustar o teor de umidade do óleo da turbina:

1. A pressão do vapor da sobreposta da turbina é ajustada manualmente se a unidade for operar com uma carga inferior à normal.
2. Um dispositivo mecânico que separa a água do óleo é usado para remover a umidade do tanque principal de óleo da turbina.

Além de monitorar o nível de água no óleo e nos alertar para tomarmos ações corretivas quando necessário, o analisador iPAL FTIR é usado para rastrear a eficácia de nossos métodos para eliminar água e retornar o óleo aos limites de umidade aceitáveis.

O valor da utilização de análise FTIR para monitoramento de lubrificação
Existem inúmeras razões pelas quais adotamos o analisador iPAL FTIR em Ferrybridge e eliminamos muitas de nossas análises de titulação Karl Fischer.

• A análise FTIR da água no óleo é rápida.
  • O analisador FTIR leva de três a cinco minutos para medir a água no óleo, desde a introdução da amostra até os resultados finais.
  • Com o sistema FTIR, o nível de umidade na amostra não afeta o tempo de análise. Com KF, uma amostra de baixa umidade (menos de 0,05 por cento) pode ser medida aproximadamente ao mesmo tempo que o FTIR; no entanto, em amostras de umidade média a alta (maior que 0,05 a 0,5 por cento), as medições podem levar de cinco a 30 minutos.
• Nenhum reagente é necessário para a análise FTIR de água em óleo.
  • Uma única gota de óleo puro e usado é analisada - nenhum reagente é necessário.
  • O método KF é uma titulação que requer produtos químicos e reagentes de teste, que são caros e devem ser solicitados novamente.
  • O método KF usa reagentes que contêm iodo e dióxido de enxofre na presença de metanol e uma base orgânica como piridina ou imidazol. Estes são reagentes potencialmente tóxicos e deve-se tomar cuidado com a exposição.
• A análise FTIR de água em óleo é fácil de realizar.
  • O método FTIR é bastante simples e o procedimento é programado no sistema para que o pessoal menos qualificado possa fazer medições precisas independentemente do nível de água presente.
  • O método KF requer um técnico qualificado para realizar a análise, e óleos muito úmidos podem ser desafiadores.
  • Depois de várias amostras úmidas serem medidas, o titulador KF deve ser retirado de serviço, limpo e reabastecido com reagentes. Isso requer o uso de vários tituladores KF para acompanhar a demanda da amostra.
• É fácil treinar pessoal para usar o sistema iPAL FTIR.
  • Com o método padrão que já está programado no analisador iPAL, não leva mais do que alguns minutos para treinar um técnico.
  • O KF leva pelo menos meio dia, pois os operadores precisam ser treinados sobre como usar com segurança os reagentes tóxicos, para determinar quando os reagentes precisam ser trocados, como limpar e secar os tituladores, como reabastecer os reagentes e onde peça os reagentes relativamente caros necessários para a medição KF.
• A análise FTIR é tão analiticamente precisa quanto a medição KF e, em alguns casos, mais.
  • Sempre que um método é fácil de usar e não requer várias etapas e reagentes, ele tem o potencial de ser analiticamente mais preciso do que um teste mais complicado. Nossa experiência no uso dos métodos KF e FTIR indica que o FTIR é mais preciso quando o nível de umidade no óleo é muito alto.
  • Sem pré-tratamento da amostra, o sistema iPAL pode detectar com precisão a umidade no óleo a 200 ppm.
• Além da determinação da umidade no óleo, o iPAL FTIR pode medir outras especificações importantes do óleo, todas na mesma amostra usando métodos pré-calibrados a bordo. Estes incluem:
  • esgotamento do óleo por aditivo
  • condição geral / oxidação do óleo
  • óleo na água para fins de descarga
• O sistema FTIR permite análises em tempo real, no local. Isso nos permite saber imediatamente e com precisão a condição do fluido lubrificante.
  • Se o óleo estiver fora das especificações, os testes no local permitem que ações corretivas sejam tomadas e a eficácia de nossas ações pode ser determinada virtualmente em tempo real. Tudo isso pode ser realizado muito antes de os resultados iniciais de um laboratório de teste externo serem relatados. No momento em que a amostra volta de um laboratório de teste externo, os resultados são geralmente irrelevantes, pois os operadores competentes não podem esperar algumas semanas antes de tomar uma ação corretiva.
• O sistema FTIR aumenta nosso nível de confiança nos resultados obtidos em laboratórios de teste externos.
  • Descobrimos que se os lubrificantes não forem amostrados, embalados e selados corretamente para o envio, pode haver uma diferença significativa nos resultados do teste de umidade.
  • Frequentemente, no passado, obtínhamos resultados de laboratórios de teste externos que sabíamos serem (na melhor das hipóteses) suspeitos ou (na pior das hipóteses) completamente imprecisos. Ao realizar testes no local com o analisador FTIR, que é capaz de medir vários analitos importantes, temos muito mais confiança nos resultados e isso fornece uma verificação dos resultados do laboratório de testes fora do local.

Conclusão
O Ferrybridge Power Station tem um programa de monitoramento de lubrificação pró-ativo no local. Descobrimos que o analisador iPAL FTIR é uma parte importante desse programa, pois nos permite medir o nível de umidade no fluido lubrificante virtualmente em tempo real. Isso nos permite tomar ações corretivas para ajustar o nível de umidade quando ele excede os limites prescritos. O analisador FTIR é tão analiticamente preciso quanto o método "padrão ouro" Karl Fischer e um pouco mais fácil de usar, uma vez que não requer reagentes tóxicos caros ou extenso treinamento dos operadores. O analisador iPAL FTIR se tornou uma parte importante de nosso protocolo de teste no local em Ferrybridge e estamos no processo de estender seu uso em outras aplicações.

Figura 2. Estação de energia Ferrybridge C