発電所は、潤滑油の水分を測定する方法を変更します

現代の従来の発電所では、大型で高価値の機械を潤滑する流体の全体的な状態は、プラントの成功した経済的な運用にとって重要です。特に、水は重要な抗酸化化合物を洗い流し、潤滑油の酸化とそれに続く潤滑油の性能の低下に寄与する可能性があるため、油に存在する水分の量が潤滑油の性能に影響を与える可能性があります。何年もの間、カールフィッシャー（KF）滴定は、油中の水分の程度を測定するために使用されてきましたが、この分析方法にはいくつかの制限があります。 3年前、KF法に取って代わり、現在はフーリエ変換赤外（FTIR）分析を使用して、潤滑液の水質汚染レベルを測定および制御しています。 FTIRアナライザーは、「ゴールドスタンダード」のカールフィッシャー滴定よりも短時間で複雑さの少ない正確​​なデータを提供することがわかりました。

フェリーブリッジでの潤滑監視
フェリーブリッジC発電所は、英国のウェストヨークシャーにある2,000メガワットの石炭とバイオマスの同時燃焼発電所です。工場の4つの巨大な蒸気タービンと主給水ポンプは、200万世帯に十分な電力を生成します。これは、英国の1日の電力需要の4パーセントに相当します。 1つの蒸気タービンからの電力は、6つのクイーンメリー2クルーズライナーに全速力で動力を供給するのに十分です。各タービンシャフトは170フィート以上の長さで、非常に重いです。 12個のサポートベアリングがすべて鉱油で潤滑されています。この潤滑油は、タービンガバナバルブと蒸気流入バルブを操作するための制御オイルでもあるため、複数の目的に役立ちます。したがって、オイルの状態を監視し、必要な仕様の範囲内に保つことが不可欠です。潤滑油の水分レベルは、環境および動作条件の関数として時間とともに変化するため、正確な分析情報を迅速に取得することが不可欠です。

FTIR分析による潤滑液中の水分の測定
フェリーブリッジでは、TumblIR透過セルシステムを備えたA2TechnologiesのiPALFTIRアナライザーを使用しています（図1）。

図1.A2TechnologiesのiPALFTIRアナライザーは、石油分析のためにフェリーブリッジ工場で使用されています。

サンプルを分析するために、オペレーターは、アナライザーの表面に取り付けられた下部のTumblIRウィンドウにきれいな使用済みオイルを一滴垂らし、次に2番目のジンバルに取り付けられたウィンドウを所定の位置に回転させます。オイルを保持するミクロンギャップ。このシステムには、油中の水分を分析するための事前に校正された自動化されたメソッドが装備されており、簡単なコマンドで透過IRメソッドを開始します。次に、FTIRアナライザーはデータを収集、分析、および報告します。 iPALシステムは、サンプル前処理なしで200パーツパーミリオン（ppm）の水を正確に分析できるため、検出限界は問題になりません。 A2 Technologiesは、界面活性剤を使用して、65ppmまでの潤滑油中の水分を定量的に検出できる方法を開発しました。

iPALアナライザー法とカールフィッシャー滴定法を比較したところ、方法間に良好な相関関係が見られました。存在する水の量の傾向が監視されているため、絶対値は必要ありません。 KF測定を行っても、使用するサンプルの量や油と水の固有の非混和性によって結果にバイアスがかかる可能性があるため、絶対値は測定されません。したがって、FTIR分析とKF分析（多くの場合KF分析）の両方で繰り返し測定が行われます。 FTIR測定は非常に高速であるため、繰り返し測定を行う方がはるかに高速で簡単です。 2つの方法のわずかな違いは、同じサンプルで2つのKFテストを実行して得られたものと大きな違いはありません。

FTIR法の精度と信頼性に自信を持った後、KF測定を大幅に置き換えました。例では、iPALシステムがタービンオイルとメインフィードポンプオイルの両方の水分レベルを追跡していることが示されました。

潤滑液中の水分が許容仕様を超える場合は、是正措置を講じてオイル中の水分を除去します。タービンオイルの水分含有量を調整するには、次の2つの方法があります。

1. ユニットが通常よりも低い負荷で動作する場合は、タービングランドの蒸気圧を手動で調整します。
2. 水と油を分離する機械装置を使用して、タービンのメインオイルタンクから水分を除去します。

油中の水分レベルを監視し、必要に応じて修正措置を講じるよう警告することに加えて、iPAL FTIRアナライザーを使用して、水分を除去し、油を許容可能な水分限界に戻す方法の有効性を追跡します。

潤滑モニタリングにFTIR分析を利用することの価値
FerrybridgeでiPALFTIRアナライザーを採用し、カールフィッシャー滴定分析の多くを排除した理由はたくさんあります。

• 油中の水のFTIR分析は迅速です。
  • FTIRアナライザーは、サンプルの導入から最終結果まで、油中の水分を測定するのに3〜5分かかります。
  • FTIRシステムでは、サンプル中の水分レベルは分析時間に影響しません。 KFを使用すると、低水分（0.05パーセント未満）の​​サンプルをFTIRとほぼ同時に測定できます。ただし、中水分から高水分のサンプル（0.05〜0.5パーセントを超える）では、測定に5〜30分かかる場合があります。
• 油中の水のFTIR分析に試薬は必要ありません。
  • 一滴のきれいな使用済みオイルが分析されます–試薬は必要ありません。
  • KF法は滴定であり、試験化学物質と試薬が必要ですが、これらは高価であり、再注文する必要があります。
  • KF法では、メタノールとピリジンやイミダゾールなどの有機塩基の存在下でヨウ素と二酸化硫黄を含む試薬を使用します。これらは潜在的に有毒な試薬であり、曝露に関して注意を払う必要があります。
• 油中の水のFTIR分析は簡単に実行できます。
  • FTIR法は非常に単純であり、手順はシステムにプログラムされているため、熟練度の低い担当者は、存在する水位に関係なく正確な測定を行うことができます。
  • KF法では、分析を実行するために熟練した技術者が必要であり、非常に湿ったオイルは難しい場合があります。
  • いくつかの湿ったサンプルを測定した後、KF滴定装置を使用停止にし、洗浄して試薬を補充する必要があります。これには、サンプルの需要に対応するために複数のKF滴定装置を使用する必要があります。
• iPALFTIRシステムを使用するための人員のトレーニングは簡単です。
  • iPALアナライザーにすでにプログラムされている標準的な方法では、技術者のトレーニングに数分しかかかりません。
  • KFは、有毒な試薬を安全に使用する方法、試薬の交換が必要な時期、滴定装置の洗浄と乾燥方法、試薬の補充方法、および場所についてオペレーターをトレーニングする必要があるため、少なくとも半日かかります。 KF測定に必要な比較的高価な試薬を注文してください。
• FTIR分析は、KF測定と同じくらい分析的に正確であり、場合によってはそれ以上に正確です。
  • メソッドが使いやすく、複数のステップや試薬を必要としない場合は常に、より複雑なテストよりも分析的に正確になる可能性があります。 KFおよびFTIR法を使用した経験から、オイルの水分レベルが非常に高い場合、FTIRの方が正確であることがわかります。
  • サンプルを前処理することなく、iPALシステムは200ppmまでの油中の水分を正確に検出できます。
• オイル中の水分の測定に加えて、iPAL FTIRは、事前にキャリブレーションされたオンボードメソッドを使用して、すべて同じサンプルで他の重要なオイル仕様を測定できます。これらには以下が含まれます：
  • オイルの追加的な枯渇
  • オイルの全体的な状態/酸化
  • 排出目的の水中油
• FTIRシステムは、現場でのリアルタイム分析を提供します。これにより、潤滑油の状態を即座に正確に知ることができます。
  • オイルが仕様から外れていることが判明した場合、オンサイトテストにより是正措置を講じることができ、当社の措置の有効性を事実上リアルタイムで判断できます。これはすべて、オフサイトテストラボからの最初の結果が報告されるかなり前に達成できます。サンプルがオフサイトのテストラボから戻ってくるまでに、有能なオペレーターは是正措置を講じる前に数週間待つことができないため、結果は通常は無関係です。
• FTIRシステムは、オフサイトのテストラボから得られる結果の信頼性を高めます。
  • 潤滑油が出荷用に正しくサンプリング、梱包、密封されていない場合、水分テストの結果に大きな違いが生じる可能性があることがわかりました。
  • 過去に頻繁に、外部のテストラボから、（せいぜい）疑わしい、または（最悪の場合）完全に不正確であることがわかっている結果を取得しました。複数の重要な分析物を測定できるFTIRアナライザーを使用してオンサイトテストを実行することにより、結果の信頼性が大幅に向上し、オフサイトテストラボの結果を確認できます。

結論
フェリーブリッジ発電所では、予防的なオンサイト潤滑監視プログラムが実施されています。 iPAL FTIRアナライザーは、潤滑液中の水分レベルを事実上リアルタイムで測定できるため、このプログラムの重要な部分であることがわかりました。これにより、規定の制限を超えた場合に水分レベルを調整するための是正措置を講じることができます。 FTIRアナライザーは、「ゴールドスタンダード」のカールフィッシャー法と同じくらい分析的に正確であり、高価で有毒な試薬やオペレーターの広範なトレーニングを必要としないため、非常に使いやすくなっています。 iPAL FTIRアナライザーは、フェリーブリッジでのオンサイトテストプロトコルの重要な部分になり、他のアプリケーションでの使用を拡大する過程にあります。

図2.フェリーブリッジC発電所