La centrale électrique modifie la façon dont elle détermine l'humidité dans les huiles lubrifiantes

Dans les centrales électriques modernes et conventionnelles, l'état général des fluides qui lubrifient les grosses machines de grande valeur est essentiel au bon fonctionnement et à l'économie de la centrale. En particulier, la quantité d'humidité présente dans l'huile peut affecter les performances du fluide lubrifiant, car l'eau peut éliminer les composés antioxydants critiques et contribuer à l'oxydation du lubrifiant et à la perte subséquente des performances du lubrifiant. Pendant des années, les titrages Karl Fischer (KF) ont été utilisés pour mesurer le degré d'eau dans l'huile, mais cette méthode analytique a un certain nombre de limitations. Il y a trois ans, nous avons remplacé notre méthode KF et utilisons maintenant l'analyse infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) pour mesurer et contrôler le niveau de contamination de l'eau dans les fluides lubrifiants. Nous avons constaté que l'analyseur FTIR fournit des données précises en moins de temps et avec moins de complications que le titrage Karl Fischer « de référence ».

Surveillance de la lubrification à Ferrybridge
Ferrybridge C Power Station est une centrale électrique de co-combustion de charbon et de biomasse de 2 000 mégawatts située dans le West Yorkshire en Angleterre. Les quatre immenses turbines à vapeur et les pompes d'alimentation principales de la centrale produisent suffisamment d'électricité pour 2 millions de foyers, soit 4 % des besoins quotidiens en électricité du Royaume-Uni. La puissance d'une turbine à vapeur serait suffisante pour alimenter six paquebots de croisière Queen Mary 2 à pleine vitesse. Chaque arbre de turbine mesure plus de 170 pieds de long et est extrêmement lourd ; avec 12 paliers d'appui tous lubrifiés à l'huile minérale. Cette huile lubrifiante a plus d'une fonction puisqu'elle est également l'huile de contrôle pour le fonctionnement des vannes de régulation de la turbine et des vannes d'admission de vapeur. Par conséquent, il est impératif que l'état de l'huile soit surveillé et maintenu dans les spécifications requises. Étant donné que le niveau d'humidité dans l'huile de graissage change au fil du temps en fonction des conditions environnementales et de fonctionnement, il est impératif d'obtenir rapidement des informations analytiques précises.

La mesure de l'eau dans les fluides lubrifiants via l'analyse FTIR
Chez Ferrybridge, nous utilisons l'analyseur iPAL FTIR d'A2 Technologies équipé du système de cellules de transmission TumblIR (Figure 1).

Figure 1. L'analyseur iPAL FTIR d'A2 Technologies est utilisé à l'usine de Ferrybridge pour l'analyse d'huile.

Pour analyser un échantillon, l'opérateur place une goutte d'huile usagée pure sur la fenêtre TumblIR inférieure, qui est montée sur la surface de l'analyseur, puis fait pivoter une deuxième fenêtre montée sur cardan en place, créant ainsi un 100- écart micron qui retient l'huile. Le système est équipé d'une méthode automatisée pré-calibrée pour l'analyse de l'eau dans l'huile, et une simple commande lance la méthode de transmission IR. L'analyseur FTIR collecte, analyse et rapporte ensuite les données. Le système iPAL est capable d'analyser avec précision de l'eau jusqu'à 200 parties par million (ppm) sans préparation d'échantillon, de sorte que les limites de détection ne sont pas en cause. A2 Technologies a développé une méthode utilisant un tensioactif qui permet une détection quantitative de l'eau dans l'huile de graissage jusqu'à 65 ppm.

Nous avons testé la méthode de l'analyseur iPAL par rapport à notre méthode de titrage Karl Fischer, et elle a montré une bonne corrélation entre les méthodes. La tendance de la quantité d'eau présente est surveillée et des valeurs absolues ne sont donc pas nécessaires. Même avec les mesures KF, les valeurs absolues ne sont pas mesurées car le résultat peut être biaisé par la quantité d'échantillon utilisée et l'immiscibilité inhérente de l'huile et de l'eau. Par conséquent, des mesures répétées sont effectuées à la fois avec les analyses FTIR et KF (plusieurs fois avec les analyses KF). Étant donné que les mesures FTIR sont si rapides, les mesures répétitives sont beaucoup plus rapides et plus faciles à effectuer. Les petits écarts entre les deux méthodes ne sont pas significativement différents de ceux obtenus en réalisant deux tests KF sur le même échantillon.

Après avoir gagné en confiance dans la précision et la fiabilité de la méthode FTIR, nous avons largement remplacé nos mesures KF. Un exemple a montré que le système iPAL suivait le niveau d'humidité dans l'huile de turbine et l'huile de la pompe d'alimentation principale.

Lorsque l'humidité dans le fluide lubrifiant est supérieure à la spécification admissible, des mesures correctives sont prises pour éliminer l'eau dans l'huile. Il existe deux méthodes pour ajuster la teneur en humidité de l'huile de turbine :

1. La pression de vapeur du presse-étoupe de turbine est ajustée manuellement si l'unité doit fonctionner à une charge inférieure à la normale.
2. Un dispositif mécanique qui sépare l'eau de l'huile est utilisé pour éliminer l'humidité du réservoir d'huile principal de la turbine.

En plus de surveiller le niveau d'eau dans l'huile et de nous alerter pour prendre des mesures correctives si nécessaire, l'analyseur iPAL FTIR est utilisé pour suivre l'efficacité de nos méthodes pour éliminer l'eau et ramener l'huile à des limites d'humidité acceptables.

La valeur de l'utilisation de l'analyse FTIR pour la surveillance de la lubrification
Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles nous avons adopté l'analyseur iPAL FTIR à Ferrybridge et avons éliminé une grande partie de nos analyses de titrage Karl Fischer.

• L'analyse FTIR de l'eau dans l'huile est rapide.
  • L'analyseur FTIR prend trois à cinq minutes pour mesurer l'eau dans l'huile, de l'introduction de l'échantillon aux résultats finaux.
  • Avec le système FTIR, le niveau d'humidité dans l'échantillon n'affecte pas le temps d'analyse. Avec KF, un échantillon à faible humidité (moins de 0,05 %) peut être mesuré à peu près en même temps que le FTIR; cependant, sur les échantillons à humidité moyenne à élevée (supérieure à 0,05 à 0,5 %), les mesures peuvent prendre de cinq à 30 minutes.
• Aucun réactif n'est requis pour l'analyse FTIR de l'eau dans l'huile.
  • Une seule goutte d'huile usagée pure est analysée - aucun réactif n'est requis.
  • La méthode KF est un titrage qui nécessite des tests chimiques et des réactifs, qui sont coûteux et doivent être commandés à nouveau.
  • La méthode KF utilise des réactifs qui contiennent de l'iode et du dioxyde de soufre en présence de méthanol et d'une base organique telle que la pyridine ou l'imidazole. Ce sont des réactifs potentiellement toxiques et des précautions doivent être prises en ce qui concerne l'exposition.
• L'analyse FTIR de l'eau dans l'huile est simple à réaliser.
  • La méthode FTIR est assez simple et la procédure est programmée dans le système afin que le personnel moins qualifié puisse effectuer des mesures précises indépendamment du niveau d'eau présent.
  • La méthode KF nécessite un technicien qualifié pour effectuer l'analyse, et les huiles très humides peuvent être difficiles.
  • Après avoir mesuré plusieurs échantillons humides, le titreur KF doit être mis hors service, nettoyé et réapprovisionné en réactifs. Cela nécessite que nous utilisions plusieurs titreurs KF pour répondre à la demande d'échantillons.
• Il est facile de former le personnel à l'utilisation du système iPAL FTIR.
  • Avec la méthode standard déjà programmée dans l'analyseur iPAL, la formation d'un technicien ne prend que quelques minutes.
  • Le KF prend au moins une demi-journée car les opérateurs doivent être formés sur la façon d'utiliser en toute sécurité les réactifs toxiques, pour déterminer quand les réactifs doivent être changés, comment nettoyer et sécher les titreurs, comment réapprovisionner les réactifs et où les commander les réactifs relativement coûteux nécessaires à la mesure KF.
• L'analyse FTIR est aussi précise sur le plan analytique que la mesure KF et, dans certains cas, plus.
  • Chaque fois qu'une méthode est facile à utiliser et ne nécessite pas plusieurs étapes et réactifs, elle a le potentiel d'être analytiquement plus précise qu'un test plus compliqué. Notre expérience dans l'utilisation des méthodes KF et FTIR indique que le FTIR est plus précis lorsque le niveau d'humidité dans l'huile est très élevé.
  • Sans prétraitement de l'échantillon, le système iPAL peut détecter avec précision l'humidité dans l'huile jusqu'à 200 ppm.
• En plus de la détermination de l'humidité dans l'huile, l'iPAL FTIR peut mesurer d'autres spécifications d'huile importantes, toutes sur le même échantillon à l'aide de méthodes embarquées pré-calibrées. Ceux-ci incluent :
  • épuisement des additifs de l'huile
  • état général/oxydation de l'huile
  • huile dans l'eau à des fins de décharge
• Le système FTIR permet une analyse en temps réel, sur site. Cela nous permet de connaître immédiatement et avec précision l'état du fluide lubrifiant.
  • S'il s'avère que l'huile n'est pas conforme aux spécifications, des tests sur site permettent de prendre des mesures correctives et l'efficacité de nos actions peut être déterminée pratiquement en temps réel. Tout cela peut être accompli bien avant que les premiers résultats d'un laboratoire d'essais hors site aient été rapportés. Au moment où l'échantillon revient d'un laboratoire de test hors site, les résultats ne sont généralement pas pertinents, car les opérateurs compétents ne peuvent pas attendre quelques semaines avant de prendre des mesures correctives.
• Le système FTIR augmente notre niveau de confiance dans les résultats que nous obtenons des laboratoires d'essais hors site.
  • Nous avons constaté que si les lubrifiants ne sont pas échantillonnés, emballés et scellés correctement pour l'expédition, il peut y avoir une différence significative dans les résultats des tests d'humidité.
  • Dans le passé, nous obtenions fréquemment des résultats de laboratoires de test externes que nous savions (au mieux) suspects ou (au pire) totalement inexacts. En effectuant des tests sur site avec l'analyseur FTIR, qui est capable de mesurer plusieurs analytes importants, nous sommes beaucoup plus sûrs des résultats, ce qui permet de vérifier les résultats du laboratoire de test hors site.

Conclusion
La centrale électrique de Ferrybridge a mis en place un programme proactif de surveillance de la lubrification sur site. Nous avons constaté que l'analyseur iPAL FTIR est une partie importante de ce programme car il nous permet de mesurer le niveau d'humidité dans le fluide lubrifiant pratiquement en temps réel. Cela nous permet de prendre des mesures correctives pour ajuster le niveau d'humidité lorsqu'il dépasse les limites prescrites. L'analyseur FTIR est aussi précis d'un point de vue analytique que la méthode Karl Fischer « de référence » et un peu plus facile à utiliser car il ne nécessite pas de réactifs coûteux et toxiques ni une formation approfondie des opérateurs. L'analyseur iPAL FTIR est devenu un élément important de notre protocole de test sur site à Ferrybridge et nous sommes en train d'étendre son utilisation à d'autres applications.

Figure 2. Centrale électrique de Ferrybridge C