Д. А. Соболь (к.т.н.), Д. С. Колесниченко, Р. К. Корчагин, С. C. Ладыгин – ООО «Тотал Восток», филиал холдинга Total S.A.

В статье представлен опыт решения технической проблемы, связанной с образованием отложений на клапанах систем управления турбинами, и внедрения турбинного масла с увеличенным сроком службы на Ноябрьской парогазовой электростанции. Повышенная термоокислительная стабильность масла TOTAL PRESLIA GT 32 и опыт эксплуатации показывают, что при контроле состояния масла и выполнении рекомендаций по доливке срок его службы составит не менее 10 лет без замены.

Срок службы турбинного масла определяется большим количеством факторов, во многом связанных с условиями эксплуатации: попадание воды и загрязнений в масло, его температура в процессе работы, качество и своевременность технического обслуживания. Однозначно оценить состояние масла и его оставшийся ресурс возможно только по результатам анализов в специальной лаборатории.
Однако трудно не согласиться с утверждением, что высококачественное турбинное масло в условиях постоянного контроля и грамотного технического обслуживания прослужит гораздо дольше, чем продукт невысокого или стандартного качества. Как следствие, применение турбинного масла высокого качества позволит избежать существенных издержек, связанных с простоем турбины (который обходится в миллионы рублей в день).
Прежде всего, отметим физико-химические характеристики турбинного масла, которые определяют срок его службы. Масло непрерывно циркулирует в системе смазки, смазывая подшипники скольжения вала турбины, вращающегося с частотой около 3500 об/мин. Толщина масляной пленки в подшипниках не превышает толщину человеческого волоса. Турбинное масло представляет собой базовую основу (базовое масло) и пакет присадок, в состав которого входят, главным образом, ингибиторы коррозии и окисления.
Турбинные масла, в отличие от моторных, не должны связывать воду и твердые частицы, попадающие в масло, – наоборот, эти нежелательные компоненты должны как можно быстрее оседать на дно масляного бака.
Объем доливки турбинного масла в процессе эксплуатации редко превышает 5 %, что еще раз подтверждает важность применения высококачественного масла, поскольку небольшой объем доливки не позволяет компенсировать расход пакета присадок и окисление базового масла.

Факторы, определяющие срок службы турбинного масла
В паровых турбинах основным фактором, определяющим необходимость замены масла, является степень его окисления. Вода, неизбежно попадающая в масло через уплотнения, ускоряет окисление масла. Важно понимать, что чем больше воды попадает в масло, тем быстрее оно окисляется.
Вторым фактором, значительно влияющим на скорость окисления масла, является температура. Считается, что скорость окисления масла увеличивается вдвое при повышении температуры на каждые 10 градусов после 60 °С. Температура подшипников при работе в нормальном режиме может составлять 50…70 °С, при этом минеральное масло начинает быстро окисляться уже при 82 °С.
Ингибиторы окисления (антиокислительные присадки) препятствуют окислению масла, однако неспособны полностью исключить этот процесс. Кроме того, данный тип присадок расходуется в процессе работы, причем расходуется тем быстрее, чем интенсивнее окисление масла, то есть воздействие на него температуры и попадание воды.

Срок службы турбинного масла
Существует много способов продлить срок службы турбинного масла, и в основном они связаны с качественным и своевременным техническим обслуживанием, включающим обязательный мониторинг (анализ) состояния масла, применение специальных уплотнений и, например, масляных охладителей. Но как выбрать масло, которое прослужит дольше и позволит сократить издержки на простой турбины во время его замены?
Как известно, скорость окисления масла определяет срок его службы. Она обусловлена рабочими условиями, но также в значительной степени зависит от состава и качества базовой основы масла, а также эффективности антиокислительных присадок. Наиболее стойкими к окислению являются базовые масла III группы (гидрокрекинговые) – это отражают результаты тестов на окислительную стабильность TOST и RPVOT. Качество базового масла также отчасти характеризует такой показатель, как индекс вязкости.
Запас эксплуатационных характеристик масла влияет на работу предприятия в целом и, в первую очередь, на экономическую и энергетическую эффективность предприятия.
Работы по повышению энергоэффективности ведутся производителями оборудования с целью рационального использования потребляемых ресурсов. Именно это определяет политику в данном сегменте. Однако снизить расход потребляемых ресурсов и повысить экономическую эффективность предприятия можно не только за счет применения высокотехнологичных разработок, но и за счет грамотного, а главное, комплексного подхода к расходным материалам.
Применение высококачественных турбинных масел способствует оптимизации затрат на смазочные материалы и получению экономического эффекта.
Известно, что основные действия инженерного персонала ТЭС направлены на поддержание турбины в работоспособном состоянии и снижение времени ее простоя по техническим причинам. К таким причинам относится простой турбины, связанный с заменой фильтрующих элементов, заменой масла, а также с непредвиденными обстоятельствами: например, замена клапанов системы управления.
Все эти факторы влияют на общую энергетическую и экономическую эффективность станции, так как простой турбины «выливается» в недополученную электроэнергию. Поэтому инженерный персонал заинтересован в выборе качественных комплектующих и расходных материалов.

Техническое решение для Ноябрьской электростанции
Одним из ярких примеров является техникоэкономический подход, примененный специалистами Ноябрьской парогазовой электростанции совместно с технической службой компании Tоtаl.
Ноябрьская парогазовая электростанция (ПГЭ) – крупнейший энергетический объект на территории Ямало-Ненецкого автономного округа. Суммарная мощность газотурбинных установок производства компании General Electric и паровых турбин Калужского турбинного завода составляет 122 МВт. Чтобы представить всю мощь и значимость этого объекта, надо иметь в виду, что Ноябрьская ПГЭ вырабатывает порядка 10 % электроэнергии, потребляемой на Ямале.
В ближайшем будущем станция будет вырабатывать для г. Ноябрьска и тепловую энергию. Кроме того, ведутся переговоры по расширению электростанции – вероятно, что в перспективе здесь построят третий энергоблок мощностью 110 МВт. Масштаб проекта стал основанием к поиску решений по оптимизации работы оборудования.
Вместе с турбинами на станцию было поставлено масло производства компании Total Lubriflants S.A. – TOTAL PRESLIA 32, полностью соответствующее требованиям производителя и получившее одобрение GE. Запас эксплуатационных характеристик масла, с учетом температурного режима турбин, позволил обеспечить беспроблемную эксплуатацию установок на протяжении трех лет. По прошествии данного периода были зафиксированы случаи образования отложений на клапанах систем управления турбинами, что в свою очередь стало приводить к незапланированным простоям ГТУ.
Для решения данной проблемы были привлечены специалисты технической службы компании Total. Они должны были проанализировать условия эксплуатации ГТУ, оценить их влияние на применяемое турбинное масло, провести лабораторный анализ масла и подготовить пакет решений по устранению проблемы и сокращению простоя.
Лабораторный анализ, проведенный специалистами лаборатории Total Anac (г. Солез, Франция), показал, что техническое состояние турбин находится на высоком уровне. Продукты износа, а именно, металлические частицы той же природы, что и конструкционные материалы, использованные для изготовления пар трения ГТУ, находятся в пределах нормы. Посторонних загрязнений не обнаружено. Но температурные режимы эксплуатации газовой турбины существенно повлияли на пакет присадок масла: содержание антиокислительной присадки составило <25 % от первоначального уровня.
Таким образом, дальнейшая эксплуатация турбинного масла могла привести к расходу антиокислительной присадки ниже рекомендованного производителем уровня и, как следствие, к интенсификации процесса окисления масла. Это могло отрицательно отразиться на вязкости масла, росте кислотного числа, а затем вызвать появление лаковых отложений и шлама в системе смазки турбины.
Техническая служба Total рекомендовала провести замену масла. Но анализ условий эксплуатации турбины показал, что применение стандартного смазочного материала вновь приведет к похожим последствиям, так как турбинное масло, работающее при повышенных температурных нагрузках, должно обладать более высоким запасом термоокислительной стабильности.
В связи с этим было рекомендовано турбинное масло, предназначенное для применения в газовых и паровых турбинах с повышенной термической нагрузкой. В частности, использовать TOTAL PRESLIA GT 32, которое благодаря повышенной термоокислительной стабильности (ISO 4263/3 TOST > 10000 часов) успешно применяется на ряде европейских электростанций.
По просьбе руководства Ноябрьской ПГЭ был произведен расчет, наглядно продемонстрировавший экономический эффект применения масла с более высокими эксплуатационными характеристиками. Повышенная термоокислительная стабильность масла TOTAL PRESLIA GT 32 и опыт эксплуатации показывают, что при контроле состояния масла и выполнении рекомендаций по доливке срок его службы составит не менее 10 лет без замены.
Данные наглядно показывают, что даже при более высокой стоимости TOTAL PRESLIA GT 32 позволит сократить затраты на закупку масла. Объем же суммарной экономии за счет снижения простоя турбин многократно превысил прогнозы.
Полученные цифры четко показали, что основные потери, влияющие на экономическую эффективность станции, связаны с простоем турбины во время замены масла.
Кроме того, даже в случае необходимости замены аварийного запаса и закупки дополнительного объема масла, затраты на приобретение смазочного материала не превысят 1 % от суммы полученной экономии при увеличении интервала его замены.
Произведенный расчет полной стоимости владения продемонстрировал, что сумма экономии при применении турбинного масла с высокой термоокислительной стабильностью за 10 лет составит 34.948.379.172 рублей только за счет сокращения простоев ГТУ, связанных с заменой масла. При этом расчет не учитывал отказ от услуг сервисных компаний, выполняющих замену масла, эффект от которого также может быть значительным.
Работа, проведенная специалистами Ноябрьской ПГЭ и компании Total, стала не только хорошим примером технического взаимодействия, но и показала существенный экономический эффект, позволив повысить общую энергоэффективность предприятия. А технический персонал еще раз убедился в простой, но закономерной истине: скупой платит дважды, а иногда – и трижды!