Regenerace olejů

Významnou činností Energetických strojíren Brno, a.s. je řešení ekologických procesů v oblasti regenerací a ošetřování průmyslových olejů. V podstatě jde o výrobu nových olejů nebo prodloužení životnosti olejů. Tímto způsobem řešíme problémy likvidace nebezpečného odpadu, jakým staré oleje jsou. Současně je snižována potřeba nových surovin a energií na výrobu nových olejů. Touto činností řešíme nejen ekologické problémy společnosti a zákazníků, ale nabízíme také významný ekonomický přínos vyplývající z rozdílu ceny nákupu nového oleje a ceny oleje regenerovaného v naprosto stejné kvalitě.

Základní rozsah nabízených služeb:

• Regenerace transformátorových olejů
• Regenerace turbínových olejů

Regenerace transformátorových olejů

Úvod do problematiky

Výkonové transformátory tvoří velmi důležitou složku energetických systémů, jejichž spolehlivost je podmíněna technickým stavem všech jeho částí. Bezporuchový chod transformátorů je v neposlední řadě závislý na kvalitě jejich olejových náplní, které zastávají funkci elektroizolačního a chladícího média.

Transformátorové oleje během provozu ztrácí své původní hodnoty. Děje se tak následkem kombinovaného účinku různých vlivů, zejména teploty, pevných nečistot, vody, kovových katalyzátorů a elektrického pole. Působením těchto vlivů dochází k tvorbě organických kyselin, aldehydů, ketonů, mýdel a k polymerizaci nenasycených uhlovodíků. Všechny tyto jevy jsou souhrnně označovány jako "stárnutí transformátorového oleje". Přítomnost organických kyselin v izolačním oleji vede k masivnímu rozkladu celulózy a oxidaci kovů.

Pokud má toto "stárnutí" za následek překročení kritických mezí sledovaných parametrů, urychluje se degradace pevných izolací, snižuje se životnost stroje a zvyšuje se pravděpodobnost havárie transformátoru.

Jestliže má transformátorový olej plnit svoji funkci co možná nejdéle, je potřeba s ním již od okamžiku první manipulace zacházet velmi opatrně a chránit ho především před vlivy, které by mohly vyvolat jeho předčasné stárnutí (nadměrný styk se vzduchem, vysoká teplota, nečistoty).

U neinhibovaných transformátorových olejů po osmi až deseti, u inhibovaných olejů po patnácti až dvaceti letech provozu se zpravidla dosahuje takového stupně degradace, že tyto jsou dále již nepoužitelné v důsledku reálné hrozby havárie. Zajímavý je fakt, že na procesu stárnutí se aktivně zúčastňuje jen asi 3 až 5 % objemu oleje a zbylá převážná část uhlovodíků zůstává beze změny. Přesto přeměna i tak malé části zcela rozhodujícím způsobem ovlivní jakostní parametry.

Prokážou-li zkoušky oleje, že kvalitativní ukazatele již nevyhovují doporučeným hodnotám, je nutné olejovou náplň vyměnit za novou a znehodnocený olej likvidovat, nebo zvolit variantu ekonomicky a ekologicky výhodnější - zestárlý olej regenerovat.

Regenerace transformátorového oleje

Olej určený k regeneraci je pomocí sacího čerpadla veden do ohřívače, kde je ohříván na teplotu 75 °C potřebnou pro vlastní regenerační proces. Pevné částice větší než 5 mikrometrů jsou zachyceny na filtru, odkud již olej proudí do sorpčních kolon - perkolátorů. Při průchodu paralelními kolonami dochází v oleji k fyzikálně - chemickým procesům, při nichž se z něj odstraňují produkty stárnutí (organické kyseliny, aldehydy, ketony a mýdla, polymery nenasycených uhlovodíků, ... atd.). Pro tento proces fyzikálně - chemického čištění se používá porézní materiál (např. fullerská hlinka) s vnitřním aktivním povrchem cca 300 m2/g. Pro dosažení úplného regeneračního efektu je potřebná doba styku regenerovaného oleje s aktivním materiálem 30 - 40 minut.
Z perkolátorů přichází olej do vakuové komory, kde se vysuší a odplyní. Vakuový separátor představuje poslední technologický článek regeneračního postupu, jemuž je procházející olej podroben. Čistý regenerát pak pomocí výtlačného čerpadla opouští zařízení, přičemž ještě prochází filtrem 1µm pro dosažení vyšší čistoty.

Sorpční kolona je schopna zregenerovat v jednom cyklu až desetinásobné množství oleje vzhledem k hmotnosti náplně. Při překročení sorpční kapacity již dochází jen k malému zlepšení kvality procházejícího oleje.

V tomto okamžiku se zpravidla zastaví přísun vstupujícího oleje. V hlince zůstává olej v množství odpovídajícím asi 60 % hmotnosti hlinky. Tento postup je dostatečně znám již desítky let s tím, že olejem nasycenou hlinku provozovatelé likvidovali ve spalovnách. Zásadní průlom v rozsahu použití regenerační technologie nastal až s uplatněním principu opakované reaktivace sorpčního materiálu, čímž se otevřely nové možnosti, zejména v regenerování olejových náplní přímo v nádobě transformátoru.

Obrázek znázorňující regeneraci oleje s typickými parametry oleje na vstupu a na výstupu

Pro znovunabytí regeneračních vlastností je nutno sorpční kolony reaktivovat. Tento proces je zahájen vysoušením náplní perkolátorů horkým vzduchem z dmýchadla, přičemž se plní zásobník s dále použitelným olejem. Potom je v koloně spuštěna termochemická reakce s dobou trvání cca 5 hodin, při níž jsou z hlinky vytěsněny zachycené látky. V dalších 8 hodinách se perkolátory chladí procházejícím vzduchem. Reaktivovaný sorpční materiál dosahuje srovnatelné účinnosti s materiálem novým a reaktivační cyklus je možné aplikovat opakovaně zhruba po dobu jednoho roku bez výměny náplně (prakticky až do mechanické degradace zrn hlinky a snížení kapacity pod 70 %).

Celý postup regenerace oleje i reaktivace je řízen automaticky, je optimalizován podle řady ukazatelů (množství oleje, stupeň znečistění, hodnoty parametrů z průběžně získaných vzorků, režim, ... atd.) a je provázen velice nízkou produkcí odpadního neregenerovatelného oleje v celkovém množství do 2% z celkového zpracovávaného množství.

Energetické strojírny Brno, a.s., vyvinuly řadu regeneračních stanic typu BF s výkonem až 5000 l/h, které uplatňují moderní technologii s reaktivací sorpčního materiálu. ESB jsou nejen výrobcem, ale také provozovatelem těchto stanic.

Regenerace oleje v transformátoru

Při regeneraci oleje v nádobě transformátoru se regenerovaný olej míchá s původní náplní a tedy je potřebných několik oběhů olejové náplně regenerační stanicí. Cykly se opakují tak dlouho, dokud náplň nezíská vyhovující parametry (zpravidla po třech nebo čtyřech obězích, někdy ovšem je potřebných až 10 oběhů).

Typický vzhled vzorků oleje odebraných v průběhu regenerace oleje v transformátoru

Při prováděné regeneraci se z transformátoru součastně odstraňují pevné částice, vzniklé zejména provozním opotřebením, chemickým a tepelným rozkladem pevných izolací, ale i drobné částice rzi a suspendované kaly. Kaly jsou převážně tvořeny pevnými částicemi, mýdly a polymery, které vznikly z kyslíkatých látek produktů stárnutí v silném elektrickém poli. Podle zkušenosti se většina těchto kalů usazuje nejen na vinutí, ale i na jádře a izolačních stavbách transformátoru. Tyto kaly jsou poměrně dobře rozpustné v novém nebo čerstvě regenerovaném oleji již od teploty 40 °C. Jedná se o proces v literatuře označovaný jako "desludging", což je intenzivní oplachování vinutí olejem s výkonem až 30 t/h při teplotě až 80 °C. Již po prvním oběhu je vhodné přerušovaně provádět "desludging" s intenzivním oplachováním vinutí stroje.

Pro dosažení vyšší životnosti oleje se do oleje po regeneraci doplňuje inhibitor DtBPC na obsah cca 0,35 % hmotnostních. Stanice typu BF doplňují inhibitor optimalizovaným procesem aditivace.

Regenerace oleje v transformátoru EON Wasserkraft

Regenerace transformátorových olejů v zařízeních s možností opakované reaktivace sorpčního materiálu představuje progresivní technologii ošetřování provozně znehodnocených olejových náplní ve výkonových transformátorech. Přináší zejména tyto výhody:

• Prodloužení životnosti transformátoru
• Nezanedbatelná finanční úspora ve srovnání s výměnou oleje a dalšími manipulačními náklady
• Omezení problémů spojených s přepravou a likvidací použitého transformátorového oleje
• Na rozdíl od prosté výměny oleje je transformátor při regeneraci oleje i vyčištěn
• Parametry regenerovaných olejů ve srovnání s novými jsou na stejné úrovni a v praxi je dokonce velice často předčí

Provádění regenerace oleje jako služby představuje vstřícnou a flexibilní nabídku pro uspokojení požadavků zákazníků, tj. zajištění optimálního řešení údržby olejových náplní výkonových transformátorů, prodloužení životnosti transformátorů a zvýšení spolehlivosti provozu energetických systémů.

Regenerace turbínových olejů

Úvod do problematiky

Turbínové oleje se používají pro mazání kluzných ložisek i jako regulační médium. Pro spolehlivou funkci je potřebná čistota oleje, schopnost odlučování vody, nízká pěnivost a nízká korosivnost při spolupůsobení vody.

Olej během provozu ztrácí své původní hodnoty. Děje se tak následkem znečištění účinkem otěru i netěsnosti armatur, vlivem teploty a kyslíku, vnikající vodě a v neposlední řadě účinkem vysokého namáhání v mazacím filmu. Působením těchto vlivů dochází k tepelnému rozkladu, tvorbě organických kyselin, aldehydů, ketonů, mýdel a k polymerizaci nenasycených uhlovodíků. Všechny tyto jevy jsou souhrnně označovány jako "stárnutí turbinové oleje". Přítomnost organických kyselin v oleji vede ke ztrátě protikorozních vlastností a oxidaci kovů.

Toto "stárnutí" má za následek zvýšení opotřebení kluzných částí, ztrátu protikorozních vlastností, zvýšenou oxidaci kovů, nepravidelný chod a zvýšené opotřebení regulačních systémů, čímž se snižuje životnost a spolehlivost zařízení.

Zajímavý je fakt, že na procesu stárnutí se aktivně zúčastňuje jen asi 3 až 5 % objemu oleje a zbylá převážná část uhlovodíků zůstává beze změny. Přesto přeměna i tak malé části zcela rozhodujícím způsobem ovlivní jakostní parametry.

Prokážou-li zkoušky oleje, že kvalitativní ukazatele již nevyhovují doporučeným hodnotám, je nutné olejovou náplň vyměnit za novou a znehodnocený olej likvidovat, nebo zvolit variantu ekonomicky a ekologicky výhodnější - zestárlý olej regenerovat.

Regenerace turbínového oleje

Olej určený k regeneraci je pomocí sacího čerpadla veden do ohřívače, kde je ohříván na teplotu 75 °C potřebnou pro vlastní regenerační proces. Pevné částice větší než 5 mikrometrů jsou zachyceny na filtru, odkud již olej proudí do sorpčních kolon - perkolátorů. Při průchodu paralelními kolonami dochází v oleji k fyzikálně - chemickým procesům, při nichž se z něj odstraňují produkty stárnutí (organické kyseliny, aldehydy, ketony a mýdla, polymery nenasycených uhlovodíků, ... atd.). Pro tento proces fyzikálně-chemického čištění se používá porézní materiál (např. fullerská hlinka) s vnitřním aktivním povrchem cca 300 m2/g. Pro dosažení úplného regeneračního efektu je potřebná doba styku regenerovaného oleje s aktivním materiálem 30 - 40 minut.

Z perkolátorů přichází olej do vakuové komory, kde se vysuší a odplyní. Vakuový separátor představuje poslední technologický článek regeneračního postupu, jemuž je procházející olej podroben. Čistý regenerát pak pomocí výtlačného čerpadla opouští zařízení, přičemž ještě prochází filtrem 1µm pro dosažení vyšší čistoty.

Sorpční kolona je schopna zregenerovat v jednom cyklu až desetinásobné množství oleje vzhledem k hmotnosti náplně. Při překročení sorpční kapacity již dochází jen k malému zlepšení kvality procházejícího oleje. V tomto okamžiku se zpravidla zastaví přísun vstupujícího oleje. V hlince zůstává olej v množství odpovídajícím asi 60% hmotnosti hlinky.

Obrázek znázorňující regeneraci oleje s typickými parametry oleje na vstupu a na výstupu

Pro znovunabytí regeneračních vlastností je nutno sorpční kolony reaktivovat. Tento proces je zahájen vysoušením náplní perkolátorů horkým vzduchem z dmýchadla, přičemž se plní zásobník s dále použitelným olejem. Potom je v koloně spuštěna termochemická reakce s dobou trvání cca 5 hodin, při níž jsou z hlinky vytěsněny zachycené látky. V dalších 8 hodinách se perkolátory chladí procházejícím vzduchem. Reaktivovaný sorpční materiál dosahuje srovnatelné účinnosti s materiálem novým a reaktivační cyklus je možné aplikovat opakovaně zhruba po dobu jednoho roku bez výměny náplně (prakticky až do mechanické degradace zrn hlinky a snížení kapacity pod 70 %).

Celý postup regenerace turbínového oleje i reaktivace je řízen automaticky, je optimalizován podle řady ukazatelů (množství oleje, stupeň znečistění, hodnoty parametrů z průběžně získaných vzorků, režim, ... atd.) a je provázen velice nízkou produkcí odpadního neregenerovatelného oleje v celkovém množství do 5 % z celkového zpracovávaného množství.

Energetické strojírny Brno, a.s., vyvinuly řadu regeneračních stanic typu BF s výkonem až 5000 l/h, které uplatňují moderní technologii s reaktivací sorpčního materiálu. ESB jsou nejen výrobcem, ale také provozovatelem těchto stanic.

Regenerace turbínového oleje metodou by pass v nádrži za provozu

Pro dosažení kvality srovnatelné s novým olejem jsou potřebné 3 oběhy olejové náplně regenerační stanicí. Po uvedeném ošetření bude zbylá kontaminace starým olejem na úrovní 5 %, což odpovídá výměně oleje bez vyčištění nádrže a rozvodů. Tento způsob je vhodný, když v nádrži oleje není významné množství sedimentovaných částic (počáteční třída čistoty má být lepší než NAS 11), jinak platí doporučení regenerovat olej až po vyčištění nádrže a armatur. V závěru regenerace jsou optimalizovaným procesem regenerační stanice přidána potřebná aditiva.

Regenerace turbínového oleje metodou z nádrže do nádrže

Olej na výstupu má vzhled i parametry nového oleje již po jednom průchodu. Obvykle je třída čistoty odpovídající NAS 7. Doporučená aditiva jsou přidávány automaticky průběžně do oleje před vakuový sušením a odplyněním. Metoda je vhodná v případě odstávky zařízení při celkové opravě a čištění nádrže i armatur mazání turbíny.

Kontakty:

Ing. Pavol Bukviš vedoucí technického rozvoje Tel.: +420 543 168 480 Fax: +420 543 168 300 E-mail: bukvis@esbrno.com