 |
 |
|
Interjú Jean-Yves Clairé-vel és François Péricat-tal, az Exxonmobil kenőanyag-mérnökeivel.
Miben különbözik a CO2 kompresszorok kenése más kompresszortípusokétól? Mik a fő kihívások?
JYC / FP : A 0 ODP* és 1 GWP értékű R-744 hűtőközegnek számos előnye van: nagy párolgáshő, alacsony fajlagos térfogat, nem mérgező, és nem tűzveszélyes. Ennek ellenére e hűtőközeg alkalmazása jelentős technológiai kihívásokkal jár, például a kenőanyagokban való magas oldhatósága, illetve a folyadék vagy gőz halmazállapotú CO2 erős oldó hatása.
Milyen típusú kenőanyag használatát javasolja?
JYC / FP : A kompresszoros hűtés az elpárolgás jól ismert törvényszerűségein alapszik, vagyis a folyékony hűtőközeg gáz halmazállapotúvá válik, miközben jelentős mértékű hőenergiát nyel el, és ezzel „hideget hoz létre”. Eme törvényszerűséget megőrizve számos változat létezik a CO2-dal töltött ipari berendezések körében, mint például kaszkádrendszerek, száraz és elárasztott elpárologtatók, boosterek, szub- és transzkritikus rendszerek. A megfelelő kenőanyagot mindig a hűtőközeg típusa és az alkalmazás jellege határozza meg: ha egy folyamat a CO2 és a kenőanyag teljes elegyedését követeli meg, POE (poliolészter) kenőolajokat alkalmazunk, míg ha inkább elkerülendő a hűtőközeg és a kenőolaj elegyedése, akkor a PAO (poli-alfa olefin) vagy PAG (poli-alkilén glikol) alapú kenőanyagokat használunk, lásd az 1. ábrán. Az R-744 hűtőközeghez ez a három típusú kenőanyag, a POE, PAO, és PAG használható. Tekintve, hogy a kenőolajnak rendkívül jelentős szerepe van a berendezés megfelelő működésében, fontos, hogy értsük a különböző kompresszorok kenésének folyamatát.
El tudja röviden magyarázni az egyes kompresszortípusok kenését?
JYC / FP : A CO2-os kompresszoroknak 2 fajtája létezik: dugattyús és csavar kompresszorok. A dugattyús hűtőkompresszorok csapágyainak kenésére vonatkozó előírások hasonlóak más kompresszorokéhoz: a kisebb berendezéseknél az olaj buborékképződése biztosítja a hajtórudak és hengerek kenését, a nagyobb berendezések esetében pedig egy önálló olajszivattyú biztosítja a csapágyak és hajtórudak kenését az olaj keringetésével. Függetlenül attól, hogy az adott alkalmazásban elegyedik vagy nem elegyedik a kenőanyag és a hűtőközeg, tisztában kell lennünk azzal, hogy a kompresszorok alkatrészeinek kenését mindig kenőanyag és CO2 keveréke biztosítja. A hűtőközeg oldhatóságát a kenőanyagban egyrészről a hűtőközeg/ kenőanyag tulajdonságai, másrészről pedig a nyomás határozzák meg: minél nagyobb a nyomás, annál nagyobb az oldhatóság, és annál nagyobb mértékben csökken a viszkozitás. Ez a CO2 hűtőközegre és a POE, PAO és PAG kenőanyagokra is vonatkozik.
Mivel a viszkozitás a hőmérséklettel együtt csökken, a kenőanyag viszkozitása jelentősen magasabb a szívó- mint a nyomóoldalon. Ezért két ellentétes problémával nézünk szembe: az olaj viszkozitása nem lehet túl magas, mivel így nem képezne egyenletes réteget az alkatrészek megfelelő kenéséhez, azonban elég magasnak kell lennie, hogy a CO2 oldódása ellenére biztosítsa a kopás elleni védelmet. Ezen felül figyelembe kell venni hűtőközeg olajelhordását a kompresszorból; itt válik fontossá az elegyedés fogalma.
Fontos megjegyezni, hogy a dugattyús CO2 kompresszorokban leállás esetén az olaj hőmérsékletét beépített carterfűtés biztosítja, elősegítve a CO2 gáztalanítást, illetve biztosítva az olaj magasabb viszkozitását a berendezés újraindításakor. Ez megakadályozza, hogy a gáz a kompresszor újraindításakor kiváljon az olajból és leszakítsa az olajfilmet.
Az olaj a carterben alacsony szívónyomáson van. Ahhoz, hogy a Viszkozitás – Nyomás – Hőmérséklet görbe segítségével ki tudjuk számítani a kenőanyag megmaradó viszkozitását, figyelembe kell venni a CO2 oldhatóságát a kompresszorház hőmérséklete és a szívónyomás mellett. A megfelelő kenéshez szükséges viszkozitás a dugattyús kompresszorok esetében: 30 centistokes a főtengelynél, 7 centistokes a dugattyúfej „hüvely” / „gyűrű” érintkezési pontjainál, Tehát a CO2 oldhatóságát figyelembe véve a dugattyús kompresszor megfelelő kenésének biztosításához 40°C mellett 46 – 100 centistokes viszkozitási értékű kenőanyagot kell használnunk.
Mi a helyzet a csavarkompresszorokkal?
JYC / FP : A CO2 hűtőközegű berendezésekben kenőolajos vagy „nedves” csavarkompresszorok is használatosak. Ezeknél a rendszereknél a kenőolaj szerepe a csavarok érintkezési pontjainak, illetve az „apa” és „anya” típusú csavartest tengelycsapágyainak kenése. A kenőanyag biztosítja a csavar gáztömörségét, a sűrített gáz hűtését, illetve a hidraulikai szabályozást. Fontos megjegyezni, hogy a kenőolajos csavarkompresszorok esetében a nyomás a csavar teljes hosszán folyamatosan növekszik. Ennek megfelelően a CO2 kenőanyagban való oldhatósága a nyomóoldali nyomáson és hőmérsékleten a legmagasabb; ez a viszkozitás jelentős csökkenéséhez vezet. A csavarkompresszorok magasabb viszkozitási értékű kenőanyagokat igényelnek, mint a dugattyús típusok: a viszkozitás csökkenésének ellensúlyozásához általában 40 °C mellett 68 – 220 centistokes értékű kenőolajra van szükség.
Vannak a 2 különböző kompresszortípusnál azonos kenési problémák?
JYC / FP : gen. A CO2 oldhatósága az olajleválasztó kimeneténél éri el a „maximális” értéket. Ezért általában javasoljuk, hogy az olajleválasztó berendezés kimenetét lássák el fűtő- vagy finomító rendszerrel, amely eltávolítja az olajban oldott CO2 gázt, mielőtt az olaj visszakerülne az alacsony nyomású carterbe. Ha az olajban oldott CO2 gázt nem távolítják el megfelelően, akkor az kigőzölgést, és így erős olajhabzást és a kenőrendszer esetleges meghibásodását okozhatja. Ez a jelenség erősen csökkenti a kenőolaj hatékonyságát. Ezen felül a szívóoldali nyomás vagy hőmérséklet kisebb ingadozása is CO2 köd keletkezéséhez vezethet. A CO2 permet feloldhatja az olajfilmet, ami jelentős károkat okozhat a dugattyúgyűrű / henger és a csapágypersely / tengely érintkezési pontjainál. A permet gőzzé válva is „lefújhatja” az olajréteget. Az olajfilm elsősorban a dugattyúgyűrűk és a hengerek fém / fém érintkezési pontjainál szakadhat meg, amely az alkatrészek töréséhez vezethet. A CO2 lecsapódásának megakadályozása érdekében a tervezőmérnökök és gyártók azt javasolják, hogy a kompresszor szívónyílásán belépő CO2 gázt 10 – 15° Kelvinnel melegítsék elő..
A különböző POE / PAO / PAG olajok előnyei és hátrányai
A különböző POE / PAO / PAG olajok előnyei és hátrányai POE: nagy tisztaságú, kémiailag stabil, ellenáll a hőstressznek, rendkívül magas hőmérsékleten (+210°C) is alkalmazható, CO2-vel elegyíthető, alacsony illékonyság. Hátrányok: higroszkópos. Tipikus CO2 alkalmazás: elegyedést igénylő folyamatok.
PAO: hidrolitikus stabilitás, nagy tisztaságú, rendkívül ellenálló a hőstresszel szemben, széles hőmérséklet-tartomány (-45°C – +175°C), rendkívül alacsony hideg viszkozitás, alacsony illékonyság, kiváló kopásvédelem. Tipikus CO2 alkalmazás: elegyedést nem igénylő folyamatok. PAG: nagy tisztaságú, magas kenési teljesítményt nyújt, ellenáll a hőnek és a hőstressznek, 210 °C-ig alkalmazható. Hátrányok: erősebben higroszkópos, mint a POE kenőolajok, bizonyos tömítésekkel és festékekkel nem használható, a
PAG általában nem kompatibilis az ásványi és PAO kenőolajokkal, mert nem elegyednek egymással. Tipikus CO2 alkalmazás: elegyedést nem igénylő folyamatoks.
Az ExxonMobil és a Mobil az Exxon Mobil Corporation vagy leányvállalatai, többek között a Franciaországi értékesítést végző Esso S.A.F. védjegyei. Esso S.A.F. Részvénytársaság 98.667.521,70 € alaptőkével, RCS Nanterre 542 010 053 5/6 Place de l’iris 92400 Courbevoieie.