Главная > Где применяется > Анализатор масла для биогазовых двигателей

Анализатор масла для биогазовых двигателей

Биогаз как возобновляемый источник энергии становится все более важным, поскольку имеет определённые экологические преимущества. Основное преимущество — это то, что он является CO2-нейтральным и, следовательно, снижает образование парниковых газов. Биогаз образуется анаэробным микроорганизмом, который питается углеводами и жирами, образуя метан и углекислый газ в качестве продуктов обмена веществ.

Основными компонентами биогаза являются метан (CH4) и диоксид углерода (CO2), но он также содержит значительные количества нежелательных соединений, таких как сероводород (H2S), аммиак (NH3) и силоксаны. Эти нежелательные соединения могут быть очень вредными, если они адсорбируются маслом, так как могут разрушить двигатель, например, из-за коррозии.

Биогазовые двигатели для выработки электроэнергии обычно устанавливаются в так называемых установках CHP ( combined heat and power generation / выработки тепла и электроэнергии), где вырабатываемое тепло используется для оптимизации процесса ферментации отходов или биоразлагаемых материалов. Обычно это проходит при температуре 35-60 ° C. Биогаз, образующийся в процессе ферментации, используется для производства электроэнергии.

 

Важно эффективно управлять срок службы смазочных материалов, так как время простоя двигателя при замене масла может принести значительные убытки.


Биогазовые двигатели обычно предназначены для работы на разных видах биогаза. Газовые двигатели связаны с генератором переменного тока для производства электроэнергии. Биогазовые двигатели доступны с различными мощностями в диапазоне от сотен кВт до нескольких МВт.

Газы, полученные в результате биологических процессов, таких как ферментация, будут содержать загрязняющие элементы, такие как вода, сероводород и силоксаны. Все эти загрязняющие вещества могут оказывать вредное воздействие на срок службы и эффективность двигателей, поскольку они разлагают масло в биогазовом двигателе.

Вода присутствует в биогазе в виде водяного пара из-за природы исходного сырья. Количество воды в биогазе зависит от температуры и происхождения биогаза. Если содержание воды в биогазе становится слишком высоким, сжигание биогаза может быть очень сложным и в сочетании с сероводородом может конденсироваться в серную кислоту.

Сероводород (H2S) происходит из сырья, которое обычно содержит много серы, такой как аминокислоты и белки. H2S реагирует с водой с образованием серной кислоты, которая является очень едким компонентом и может привести к повреждению самого газового двигателя.

Средний срок службы смазочных материалов для биогазовых двигателей составляет 1500 часов, и важно эффективно управлять этим сроком, так как время простоя двигателя при замене масла может принести значительные убытки.

При сгорании биогаза в биогазовом двигателе продукты поглощаются моторным маслом. Особенно необходимо следить за воздействием воды и H2S на моторное масло, чтобы обеспечить гарантированную смазку двигателя.

Основными параметрами, которые должны контролироваться в моторном масле, являются степень окисления базового масла, значение pH масла и общее базовое число масла.

 

Поскольку такая замена смазочных материалов может быть очень дорогой, желательно иметь экономичный датчик контроля состояния масла

 

 

Мониторинг состояния масла на основе средней ИК спектроскопии

Для смазывания поверхности можно использовать много разных веществ, масло и смазка являются наиболее распространенными. Смазка состоит из масла и загустителя для обеспечения его консистенции, а масло — это то, что на самом деле смазывает. Масла могут быть синтетическими, растительными, минеральными или комбинацией перечисленных.  В зависимости от назначения выбирается используемое масло (базовое масло). Например, в экстремальных условиях синтетические масла могут быть полезнее, а там, где заботятся об охране окружающей среде, лучше использовать растительные базовые масла.

Смазочные материалы, содержащие масло, имеют присадки, которые улучшают, добавляют или подавляют свойства базового масла. Количество присадок зависит от типа масла и области его применения. Типичными добавками являются противовспенивающие присадки, противоизносные присадки и антиоксиданты. Единственной проблемой присадок является то, что они могут быть истощены, и для того, чтобы восстановить их до нужного уровня, обычно необходимо заменить масло полностью.

 

Один ИК-спектр образца масла может предоставить точную информацию о состоянии масла и может помочь определить основную причину механизма старения

 

 

Поскольку такая замена смазочных материалов может быть очень дорогой (либо непосредственно из-за высоких затрат на смазку, либо косвенно из-за простоя двигателя и потерянного дохода), желательно иметь экономичный датчик контроля состояния масла, который показывает точную и достоверную информацию о состоянии масла.

Средняя ИК-спектроскопия хорошо подходит для анализа состояния масла. Во время старения масла на молекулярном уровне происходят различные процессы разложения и превращения, что приводит к изменениям в спектре поглощения. Поскольку эти процессы старения вносят изменения в спектры поглощения при многих различных характерных длинах волн. Один ИК-спектр образца масла может предоставить точную информацию о состоянии масла и может помочь определить основную причину механизма старения. Характерная длина волны, где наблюдается изменение поглощения, связана с одной конкретной и уникально идентифицируемой молекулярной структурой.

 Процесс старения или разложения масла можно отнести к трем ключевым механизмам старения:

 

  • • деградация масла

  • • аддитивное истощение

  • • загрязнение

Очень важно следить за уровнем концентрации различных присадок, чтобы лучше понять текущее состояние масла.

Деградация базового масла обусловлена ​​преимущественно процессами окисления. Это можно рассматривать как химический распад молекул базового масла с кислородом в качестве реагента. Основным источником кислорода является воздух. Существует ряд параметров, ускоряющих процесс окисления, таких как высокая температура, частицы износа, вода и другие загрязнители. Тормоз базового масла включает ряд химических реакций, в результате которых образуются кислотные соединения, которые подвергаются дальнейшим реакциям с образованием полимерных соединений, что приводит к образованию лака, шлама и других отложений. Типичные параметры состояния масла, связанные с деградацией базового масла: окисление, общее кислотное число (TAN), общее базовое число (TBN), нитрование и сульфатирование.

Присадки являются частью любого современного смазочного решения. Присадки представляют собой функциональные группы, обычно с центральными ионами, такими как цинк, молибден, магний и т. д. Эти вещества суспендированы в базовом масле для улучшения общей эффективности смазочного материала. Типичные присадки используются для борьбы с основным механизмом разложения базового масла, и охватывают такие области, как противопенные присадки, противоизносные присадки и противоокислительные присадки.

Во время процесса старения масла концентрация присадок в смазочном материале уменьшается, и как только концентрации присадок достигают более низкой концентрации порога, деградация смазочного материала становится неизбежной. Поэтому очень важно следить за уровнем концентрации различных присадок, чтобы лучше понять текущее состояние масла.

Типичными добавками, используемыми для нейтрализации ключевых механизмов деградации, являются молекулы с центральными ионами цинка, молибдена, фосфора, кальция, магния, бария или натрия. Опять же, эти молекулы имеют уникально идентифицируемую характеристическую длину волны поглощения, и посредством измерения инфракрасного спектра поглощения образца масла могут быть определены соответствующие концентрации каждой из присадок.

Загрязнение масла часто вызывается посторонними веществами, такими как вода, гликоль, дизельное топливо, бензин или посторонние масла. Каждое из этих веществ имеет уникальную характеристическую длину волны поглощения и поэтому может быть легко идентифицировано. Это показано на рисунке ниже для загрязнения водой масла между 250–5000 промилле. Характерный пик поглощения воды при 1644 см-1 развивается с увеличением концентрации воды в масле.