Regeneración de aceite de turbina

El proceso de envejecimiento del aceite de turbina, que está en operación continua, lleva al hecho de que el aceite pierde sus propiedades originales y se vuelve inadecuado para su uso. La explotación adicional de tal aceite es imposible, y su reemplazo es requerido. Sin embargo, dado al alto precio del aceite de turbina, así como la cantidad en que se utiliza en las centrales eléctricas, es imposible reemplazar todo el aceite, es necesario regenerar el aceite usado para su uso futuro.

La regeneración del aceite es la restauración de las propiedades físico-químicas iniciales de los aceites usados.

Los métodos existentes de regeneración de aceites usados se dividen en físicos, físico-químicos y químicos.

Los métodos físicos incluyen métodos en los que el proceso de regeneración no cambia las propiedades químicas del aceite regenerado. Los principales de estos métodos son sedimentación, filtración y separación. Con la ayuda de los métodos indicados, se logra la purificación de aceites de impurezas no disueltas en aceite y agua.

Los métodos físico-químicos de regeneración incluyen métodos en los que la composición química del aceite procesado se modifica parcialmente. Los métodos fisico-químicos más comunes son los adsorbentes para la purificación del aceite, así como el lavado del aceite con condensado caliente.

Los métodos químicos de regeneración incluyen la purificación de aceites con diversos reactivos químicos (ácido sulfúrico, álcali, etc.). Estos métodos son adecuados para la recuperación de aceites que han sufrido cambios químicos significativos durante la operación.

La elección del método de regeneración está determinada por la naturaleza del envejecimiento del aceite, la profundidad del cambio en su rendimiento y los requisitos de calidad de la regeneración del aceite. Al elegir un método de regeneración, también se deben tener en cuenta los indicadores de precio de este proceso, dando preferencia a los métodos más simples y más baratos posibles.

Algunos métodos de regeneración permiten limpiar el aceite mientras el equipo está funcionando, en contraste con los métodos que requieren un drenaje completo del aceite del sistema. Desde el punto de vista operativo, los métodos de regeneración continua son más preferibles, ya que permiten alargar la vida útil del aceite sin rellenar y no permiten grandes desviaciones del rendimiento del aceite de la norma. Sin embargo, la regeneración continua de aceite en una turbina en funcionamiento sólo puede llevarse a cabo cuando se utilizan equipos de tamaño pequeño que no abarrotan el taller y permiten un fácil montaje y desmontaje. Tales equipos incluyen separadores, filtros, adsorbedores.

En presencia de un equipo más complejo y engorroso, este último se coloca en una habitación separada, y el proceso de purificación en este caso se realiza con drenaje de aceite. El equipo más caro para la regeneración de aceite no es racional de usar para una estación, dada la frecuencia de su trabajo. Por lo tanto, tales instalaciones a menudo se hacen móviles. Para estaciones de bloques grandes con una cantidad significativa de aceite en operación, las instalaciones estacionarias regenerativas de cualquier tipo también se justifican.

Consideramos los métodos básicos de purificación y regeneración del aceite de turbina.

Sedimentación

El método más simple y barato para separar el agua, los lodos y las impurezas mecánicas del aceite es el método de la sedimentación de aceite en tanques-sedimentadores especiales con un fondo cónico. Con el tiempo, la estratificación de los medios con diferentes gravedades específicas se produce en estos tanques. El aceite puro, que tiene una gravedad específica más pequeña, se mueve hacia la parte superior del tanque, y el agua y las impurezas mecánicas se acumulan en la parte inferior, desde donde se eliminan a través de una válvula especial instalada en el punto más bajo del tanque.

El papel del sedimentador y realiza el tanque de aceite. Los tanques de aceite también tienen fondos cónicos o inclinados para recoger agua y lodos y su posterior eliminación. Sin embargo, en los tanques de aceite no hay condiciones adecuadas para la separación de la emulsión de aceite y agua. El aire no liberado en el aceite suaviza la diferencia entre las densidades de los componentes individuales de la mezcla de aceite y agua y dificulta su separación. Además, el tiempo de aceite en el tanque de aceite no supera los 8 ÷ 10 min, lo que claramente no es suficiente para lodos de aceite de alta calidad. En el tanque-sedimentador de aceite, el aceite se encuentra en condiciones más favorables, ya que el tiempo de la sedimentación no está limitado. La desventaja de este método es la baja productividad con un tiempo de la sedimentación significativo. Dichos sedimentadores ocupan mucho espacio y aumentan el riesgo de incendio de la sala.

Separación

Un método más productivo para limpiar el aceite del agua y las impurezas es la separación del aceite, que consiste en separar las partículas suspendidas y el agua del aceite debido a las fuerzas centrífugas que surgen en el tambor separador, girando con alta frecuencia.

Dependiendo de la naturaleza de la contaminación, el aceite se puede limpiar con separadores mediante un método de clarificación y un método de purificación. La purificación del aceite mediante el método de clarificación se utiliza para separar las impurezas mecánicas sólidas, los lodos, así como para separar el agua contenida en el aceite en una cantidad tan pequeña que no es necesario eliminarla directamente. En este caso, las impurezas que se separan del aceite permanecen en el tambor de lodo, del cual se eliminan periódicamente. La eliminación de contaminantes del aceite por el método de purificación se utiliza en los casos en que el aceite está muy deshidratado y es esencialmente una mezcla de dos líquidos con diferentes densidades. En este caso, tanto el agua como el aceite se eliminan continuamente del separador.

El aceite de turbina contaminado con impurezas mecánicas y una pequeña cantidad de humedad (hasta 0.3%) se purifica de acuerdo con el método de clarificación. Cuando la deshidratación más importante – por el método de purificación. La transición de un modo de operación del separador a otro requiere un reensamblaje del tambor y las tuberías de descarga de aceite.

El rendimiento del tambor, recolectado por el método de clarificación es 20 ÷ 30% más alto que cuando se ensambla por el método de purificación. Para aumentar la capacidad del separador, el aceite se precalienta a 60 ÷ 65 ° C en un calentador eléctrico.

Usando un separador, el aceite se puede limpiar en una turbina en funcionamiento. Tal necesidad usualmente ocurre cuando el aceite está muy deshidratado. En este caso, el buje de succión del separador se conecta al punto más bajo del compartimiento sucio del tanque de aceite, y el aceite limpio se envía al compartimiento limpio. Si hay dos separadores en la estación, se pueden conectar en serie, el primer separador se debe ensamblar de acuerdo con el esquema de purificación y el segundo, de acuerdo con el esquema de clarificación. Esto mejora enormemente la calidad de la purificación del aceite.

Filtración

La filtración de aceite es la separación de impurezas insolubles en aceite al pasar (empujar) a través de un medio de filtro poroso. Como material filtrante se utilizan papel filtrante, cartón, fieltro, arpillera, correas, etc. Las prensas-filtros de marco son ampliamente utilizadas para filtración de aceites de turbinas. La prensa-filtro de marco tiene su propia bomba de aceite rotativa o de tipo vórtex, que, bajo una presión de 0.294 ÷ 0.49 MPa (3 ÷ 5 kgf / cm2), pasa el aceite a través del material filtrante intercalado entre marcos especiales. Los materiales filtrantes contaminados se reemplazan sistemáticamente por otros nuevos. La filtración de aceite con una prensa-filtro generalmente se combina con la purificación en un separador. El aceite fuertemente deshidratado no es racional para pasar a través de la prensa-filtro, porque el material filtrante se contamina rápidamente y el cartón y el papel pierden su resistencia mecánica. Más razonable es el esquema en el que el aceite pasa primero a través del separador y luego a través de una prensa-filtro. En este caso, el aceite se puede limpiar en una turbina en funcionamiento. Si hay dos separadores consecutivos, la prensa-filtro puede encenderse después del segundo separador a lo largo de la línea de aceite, ensamblada de acuerdo con el esquema de clarificación. Esto permitirá lograr un grado particularmente alto de purificación del aceite.                                            

Adsorción

Este método de purificación de aceites de turbinas se basa en el fenómeno de la absorción de sustancias disueltas en aceite por materiales sólidos altamente porosos (adsorbentes). A través de la adsorción, los ácidos orgánicos y de bajo peso molecular, las resinas y otras impurezas disueltas en ella se eliminan del aceite.

Se utilizan diversos materiales como adsorbentes: gel de sílice (SiO2), óxido de aluminio y varias tierras blanqueadoras, cuya composición química se caracteriza principalmente por el contenido de SiO2 y A12O3 (bauxita, diatomita, pizarra y arcilla de blanqueo). Los adsorbentes tienen un sistema altamente ramificado de capilares que los penetran. Como consecuencia, tienen una absorción superficial específica muy grande por gramo de sustancia. Así, por ejemplo, la superficie específica de carbón activado alcanza 1000 m2 / g, gel de sílice y óxido de aluminio 300 × 400 m2 / g, tierras blanqueadoras de 100 × 300 m2 / g.

Además de la superficie total, la eficiencia de adsorción depende del tamaño de los poros y del tamaño de las moléculas absorbidas. El diámetro de los agujeros (poros) en los absorbentes es del orden de varias decenas de angstroms. Este valor es proporcional al tamaño de las moléculas absorbidas, por lo que algunos adsorbentes de poro pequeño no absorberán algunos compuestos de alto peso molecular. Así, por ejemplo, el carbón activado no se puede utilizar para limpiar el aceite debido a su estructura porosa fina. Como adsorbentes para aceite de turbina, se pueden usar materiales con un tamaño de poro de 20 ÷ 60 angstroms, que permite la absorción de compuestos de alto peso molecular, como resinas y ácidos orgánicos.

El gel de sílice que ha recibido una amplia distribución absorbe sustancias resinosas y ácidos orgánicos algo peor. El óxido de aluminio, por el contrario, extrae ácidos orgánicos, especialmente de bajo peso molecular, de aceites, y absorbe las sustancias resinosas de manera peor.

Estos dos absorbentes son adsorbentes artificiales y tienen un alto precio, especialmente la alúmina. Los adsorbentes naturales (arcillas, bauxitas, diatomitas) son más baratos, aunque su efectividad es mucho menor. Los adsorbentes se pueden limpiar por dos métodos: contacto y percolación. El método de contacto del tratamiento con aceite es mezclar el aceite con polvo absorbente finamente molido. Antes de limpiar el aceite hay que calentarlo. La purificación del adsorbente se realiza pasando el aceite a través del filtro de la prensa. El adsorbente se pierde.

El proceso de filtración por percolación consiste en pasar el aceite calentado a 60 ÷ 80 ° С a través de una capa de adsorbente granular cargado en dispositivos especiales (adsorbentes). En este caso, el adsorbente tiene la forma de gránulos con un tamaño de grano de 0.5 mm y superior. En el método de percolación para recuperar aceites, a diferencia del método de contacto, la recuperación y la reutilización de los adsorbentes son posibles. Esto reduce el precio de la purificación y, además, permite el uso de adsorbentes caros más efectivos para el tratamiento de aceites.

El grado de uso del adsorbente, así como la calidad de la purificación del aceite con el método de percolación, es generalmente mayor que con el método de contacto. Además, el método de percolación le permite restaurar el aceite sin drenar el tanque de aceite, en el equipo que está en el funcionamiento.

El adsorbente tiene la propiedad de absorber no solo los productos de los aceites de envejecimiento, sino también el agua. Por lo tanto, antes de ser tratado con un adsorbente, el aceite debe limpiarse a fondo de agua y lodo. Sin esta condición, el adsorbente perderá rápidamente sus propiedades absorbentes y la purificación del aceite será de mala calidad. En el esquema general del tratamiento de aceite, la adsorción debe mantenerse después de la purificación del aceite a través de separadores y prensas-filtros. Si hay dos separadores en la estación, el papel de la prensa-filtro puede ser realizado por uno de los separadores que operan en el modo de clarificación.

El adsorbente usado se puede recuperar fácilmente soplando aire caliente a través de él con una temperatura de aproximadamente 200 ° C.

La purificación por adsorción no se puede usar para aceites que contienen aditivos, ya que estos últimos (excepto el ionol) se eliminan completamente con los adsorbentes.

Enjuague con condensado

Este tipo de tratamiento con aceite se aplica con un aumento en el índice de acidez del aceite y la aparición de ácidos solubles en agua de bajo peso molecular.

Como ha demostrado la práctica, como resultado del enjuague del aceite, sus otros indicadores también mejoran: aumenta la demulsibilidad, disminuye la cantidad de lodo y las impurezas mecánicas.Para mejorar la solubilidad de los ácidos, el aceite y el condensado deben calentarse a una temperatura de 70 ° C a 80 ° C. La cantidad de condensado necesaria para el lavado es del 50% al 100% de la cantidad de aceite que se enjuaga. Las condiciones necesarias para un lavado de alta calidad son una buena mezcla del aceite con el condensado y la creación de la mayor superficie posible de contacto. Para garantizar estas condiciones, es conveniente utilizar un separador, donde el agua y el aceite están en un estado finamente disperso y se mezclan bien entre sí. Al mismo tiempo, los ácidos de bajo peso molecular se transfieren del aceite al agua, de la cual se eliminan del separador. El lodo y las impurezas en el aceite se humedecen, su densidad aumenta, como resultado de lo cual se mejoran las condiciones para su separación.

El enjuague de aceite con condensado también se puede realizar en un tanque separado, donde el agua y el aceite circulan por medio de vapor o una bomba especial. Dicho enjuague puede llevarse a cabo durante la reparación de la turbina. Al mismo tiempo, el aceite se extrae del tanque de aceite y, después del lavado, ingresa al tanque de reserva.

Tratamiento alcalino

Este método se utiliza cuando el aceite está muy desgastado, cuando todos los métodos anteriores de restauración de las propiedades de rendimiento del aceite son insuficientes.

El álcali se usa para neutralizar ácidos orgánicos en aceites, residuos de ácido sulfúrico libre (cuando se trata aceite con ácido), la eliminación de ésteres y otros compuestos que, al interactuar con los álcalis, forman sales que se convierten en solución acuosa y se eliminan mediante el tratamiento posterior del aceite. Para la regeneración de aceites usados, se utilizan con mayor frecuencia 2.5 ÷ 4% de sosa cáustica o 5 ÷ 14% de fosfato trisódico.

El tratamiento del aceite con álcalis se puede realizar en el separador de la misma manera que se realiza cuando el aceite se enjuaga con condensado, el proceso ocurre a una temperatura de 40 ÷ 90 ° C. Para reducir el consumo de álcali, así como para mejorar la calidad de la purificación, el aceite debe deshidratarse en el separador. El tratamiento posterior del aceite, después de su restauración con álcali, consiste en lavarlo con condensado caliente y procesarlo con adsorbentes.

Dado que el uso de reactivos químicos requiere un tratamiento preliminar y posterior del aceite, han aparecido instalaciones combinadas para la regeneración profunda del aceite, donde todas las etapas del tratamiento del aceite se combinan en un solo proceso. Estas instalaciones, según el esquema de recuperación de aceite utilizado, tienen equipos bastante complicados y se realizan tanto de forma estacionaria como móvil.

Aplicación de aditivos

El uso de aditivos es el método más moderno y eficaz para preservar las propiedades físico-químicas del aceite durante la operación a largo plazo.

Los aditivos son compuestos químicos altamente activos que se agregan al aceite en pequeñas cantidades, lo que le permite mantener las características de rendimiento básicas del aceite al nivel requerido durante un largo período de trabajo. Los aditivos agregados a los aceites de turbinas deben cumplir con una variedad de requisitos. Estos compuestos deben ser lo suficientemente baratos, usarse en pequeñas cantidades, disolverse bien en aceite a la temperatura operacional, no producir precipitaciones, no lavarse con agua y no eliminar con los adsorbentes. El efecto de los aditivos debe tener el mismo efecto para aceites de diferente origen y diferentes grados de desgaste. Además, al estabilizar algunos indicadores, los aditivos no deben degradar otros indicadores de rendimiento del aceite.

Para aceites de origen petrolífero, se han desarrollado diversos aditivos, de los cuales, para los aceites de turbinas, los más importantes son antioxidantes, anticorrosivos y demulsificadores.

El principal en su valor es un aditivo antioxidante, que estabiliza el índice de acidez del aceite, es por este indicador en condiciones de operación adversas, el aceite envejece más rápido.

Los aditivos anticorrosivos se utilizan para proteger el metal de la acción de los ácidos contenidos en el aceite fresco, así como los productos de oxidación del aceite. El efecto anticorrosión se reduce a la formación de una capa protectora sobre el metal que lo protege de la corrosión. Los aditivos demulsificadores : las sustancias aplicadas para la destrucción emulsiones de aceite y de petróleo. Los demulsificadores son soluciones acuosas de alquitrán o emulsión ácida neutralizada de aceite mineral altamente purificado con una solución acuosa de sales de sodio de petróleo y ácidos sulfonftálicos.