As turbinas a vapor das usinas nucleares operam em condições muito mais severas do que as das usinas termelétricas convencionais. O óleo que circula pelos sistemas de lubrificação, regulação e vedação do eixo não é um consumível, mas sim um elemento estrutural do equipamento, que deve manter suas propriedades durante toda a vida útil da turbina. Por isso, a purificação do óleo de turbinas em usinas nucleares é uma necessidade operacional contínua, e não um procedimento periódico de manutenção. A degradação do óleo da turbina leva diretamente à falha de mancais, operação instável do sistema de controle, desligamentos não programados da unidade e atrasos no retorno da usina à operação após a manutenção.

O papel do óleo de turbina nas turbinas a vapor de usinas nucleares

As turbinas a vapor das usinas nucleares operam sob condições severas de temperatura elevada, alta pressão e grandes cargas mecânicas. Nesses sistemas, o óleo de turbina desempenha três funções principais:

Lubrificação das superfícies de atrito, reduzindo o desgaste dos mancais e dos componentes móveis;
Resfriamento dos pares de atrito, dissipando o calor gerado sob altas cargas;
Atuação como fluido hidráulico nos sistemas de regulação e controle da turbina.

Para desempenhar essas funções de forma confiável, os óleos para turbinas devem possuir propriedades físico-químicas específicas. Devem apresentar elevada estabilidade à oxidação na presença de calor, catalisadores metálicos, água, vapor e ar. Também devem resistir à formação de emulsões estáveis em contato com a água, apresentar características adequadas de viscosidade em função da temperatura e proteger as superfícies de trabalho contra desgaste e corrosão. Além disso, os óleos devem ser quimicamente inertes em relação aos materiais dos sistemas de lubrificação e controle, estar livres de partículas abrasivas e compostos agressivos, e apresentar resistência tanto à formação de espuma quanto ao fogo.

O grau de viscosidade do óleo é de importância fundamental. Nos sistemas de lubrificação e regulação das turbinas a vapor de usinas nucleares, são utilizados óleos ISO VG 32 (viscosidade nominal de 32 cSt a 40 °C, faixa permitida de 28,8 a 35,2 cSt) e ISO VG 46 (viscosidade nominal de 46 cSt a 40 °C, faixa permitida de 41,4 a 50,6 cSt). A viscosidade determina a capacidade do óleo de formar e manter um filme lubrificante contínuo entre as partes móveis, suficientemente espesso para evitar o contato metal-metal durante a operação.

Causas e consequências da degradação do óleo de turbina

A perda das propriedades operacionais do óleo de turbina representa um sério problema para a operação da usina. Os sinais externos de degradação incluem formação excessiva de espuma, depósitos de verniz nas superfícies internas dos equipamentos e nas telas dos tanques de óleo, além de instabilidade no acionamento eletro-hidráulico do sistema de regulação da turbina. Esses sintomas podem provocar falhas em mancais, paradas forçadas e atrasos na retomada da operação das unidades geradoras.

A degradação da qualidade do óleo pode ocorrer por diversas causas principais:

Esgotamento da vida útil: consumo dos aditivos, fornecimento de produto de baixa qualidade, decomposição química com formação de compostos ácidos, gel ou borra sólida devido à hidrólise ou degradação térmica em pontos de alta temperatura nas zonas de atrito;
Erros de manutenção: uso de tintas, materiais de vedação ou selantes incompatíveis; introdução de objetos estranhos nas cavidades dos equipamentos; drenagem incompleta durante a troca do óleo;
Incompatibilidades de projeto: utilização de resfriadores de óleo (por exemplo, do tipo M-540) com insertos de madeira e componentes de cobre que são degradados por fluidos à base de éster fosfato, provocando contaminação e acelerando a degradação do fluido;
Problemas operacionais: temperatura excessiva do fluido, entrada de água e emulsificação do óleo.

Nos óleos minerais para turbinas, a causa mais comum de descarte é o excedente do índice de acidez permitido. Outro desafio importante é a perda acelerada das propriedades desemulsificantes, especialmente relevante devido à frequente contaminação por água nos sistemas de óleo das turbinas a vapor das usinas nucleares.

Purificação de óleo de turbinas em usinas nucleares: tecnologia CMM-T

Para manter a qualidade do óleo de turbina durante toda a vida útil das turbinas a vapor de usinas nucleares, a purificação é realizada diretamente no local utilizando equipamentos móveis especializados. Essas unidades combinam purificação, desidratação, desgaseificação e filtração em um único sistema, eliminando os principais contaminantes que comprometem o desempenho do óleo.

A unidade de purificação de óleo de turbina CMM-T, desenvolvida pela GlobeCore, foi projetada especificamente para as condições operacionais das usinas de energia: espaço limitado, necessidade de mobilidade entre diferentes locais de trabalho e elevados requisitos de desempenho. O equipamento oferece uma capacidade de processamento de 4,5 m³/h em dimensões compactas de 171 × 117 × 169 cm.

A CMM-T utiliza uma arquitetura com duas bombas — uma bomba de vácuo e uma bomba de descarga – reduzindo o espaço ocupado sem comprometer o desempenho. A bomba de vácuo cria pressão negativa no vaso de vácuo, aspirando o óleo através de um filtro de malha e de um aquecedor. No interior do vaso de vácuo, elementos de enchimento em forma de anéis aumentam a área efetiva da película de óleo, favorecendo a intensa evaporação da umidade sob vácuo. O condensado é coletado e separado, enquanto o óleo seco passa por estágios de filtração fina antes de retornar ao sistema.

Principais parâmetros de desempenho da purificação de óleo de turbinas em usinas nucleares com a CMM-T:

Redução da umidade: de 50 ppm para 10 ppm;
Contaminação por partículas mecânicas: reduzida para ≤10 g/t;
Capacidade de processamento: 4,5 m³/h.

A unidade está equipada com um conjunto completo de dispositivos de segurança: sensores de nível que monitoram o nível de óleo no vaso de vácuo e acionam válvulas solenoides; sensor de espuma que ativa a remoção da espuma; relé de fluxo que impede o acionamento do aquecedor até que o fluxo de óleo seja confirmado; sensor de temperatura RTD e termostato para proteção contra superaquecimento. O painel de controle incorpora um PLC com visor de status e controles para o operador. A unidade é montada sobre rodas para facilitar sua mobilidade dentro da usina.

Prolongando a vida útil do óleo e aumentando a confiabilidade das turbinas

A purificação sistemática e realizada no momento adequado do óleo de turbinas em usinas nucleares prolonga a vida útil do próprio óleo e garante a confiabilidade das turbinas a vapor durante toda a sua vida operacional. Quando a purificação é realizada regularmente de acordo com as normas técnicas, as características do óleo permanecem dentro dos limites permitidos, reduzindo a frequência da substituição completa do óleo, bem como os custos e os riscos associados às paradas da unidade.

A análise periódica do óleo, combinada com a purificação realizada no próprio local, oferece aos operadores de usinas nucleares uma estratégia econômica e eficiente para gerenciar as condições do sistema de lubrificação das turbinas durante todo o ciclo operacional da unidade geradora.