Wraz z tendencją do obniżania emisji gazów cieplarnianych rośnie zainteresowanie w przemyśle stosowaniem stacjonarnych silników zasilanych gazem, wykorzystywanych przy produkcji energii elektrycznej, ale również cieplnej, w przypadku układów kogeneracyjnych. To dobry wybór również dlatego, że silniki te charakteryzuje wysoka wydajność i szybki rozruch. Konstrukcja takiego silnika daje możliwość zasilania różnymi rodzajami gazu: począwszy od gazu ziemnego, poprzez gaz wysypiskowy czy gaz fermentacyjny.

Niegdyś powszechnie stosowane w przemyśle wydobywczym i energetyce, dziś spotykane są również w innych branżach.

Ze względu na proces spalania gazu, który jednak różni się od spalania paliw ciekłych, silniki zasilane gazem wymagają odpowiednio dobranego oleju. Wynika to przede wszystkim z faktu, że spalanie mieszanki gazowo-powietrznej zachodzi znacznie wolniej, przez co stosunkowo wysoka temperatura w dłuższym czasie oddziałuje na elementy silnika w komorze spalania. Olej nie tylko smaruje powierzchnie będące w ruchu względem siebie, zapewniając separację tych powierzchni, ale także odpowiada za chłodzenie wielu części silnika. Zapewnia również ochronę przed zużyciem podczas rozruchu i przed korozją ze strony substancji kwasowych pochodzących z paliwa lub procesów degradacji oleju. I wreszcie, co niezwykle ważne, utrzymuje silnik w czystości.

Jakość i technologia

Postęp technologiczny w zakresie konstrukcji silników oraz technologii olejów smarowych jest ze sobą powiązany i ma charakter dwustronny. Wraz z pojawianiem się nowych konstrukcji silników zmieniają się (rozszerzają) zadania olejów silnikowych i oczekiwania wobec nich. Historia przemysłu i motoryzacji pokazuje, że rozwój jednych pociąga za sobą rozwój drugich.

Jakość olejów silnikowych musi odpowiadać aktualnym wymaganiom stawianym zarówno przez producentów silników, jak i przez użytkowników. Dlatego przy doborze produktu należy uwzględnić z jednej strony zasady klasyfikacji olejów, jak również specyficzne wymagania konkretnego modelu silnika, a z drugiej – warunki i środowisko planowanej eksploatacji.

Nowoczesne oleje muszą nieustannie podążać za zmianami konstrukcyjnymi silników, wprowadzanymi do eksploatacji nowymi paliwami, a także zaostrzającymi się wymaganiami w obszarze ochrony środowiska. Powoduje to, że powinny cechować się coraz większą liczbą właściwości, często sprzecznych ze sobą i literalnie trudnych do pogodzenia.

Spośród najistotniejszych funkcji oleju wymienić można:

• utrzymywanie lepkości w szerokim zakresie temperatur, co wynika z coraz bardziej ekstremalnej pracy silników;
• sprzyjanie energooszczędnym właściwościom silnika;
• ograniczanie zawartości popiołów siarczanowych, siarki, fosforu;
• kompatybilność z materiałami, z których wykonane są elementy silnika;
• kompatybilność ze stosowanym

A to nie wszystko. Nie należy zapominać o podstawowych zadaniach olejów smarowych, a mianowicie zapewnianiu odpowiedniego smarowania (separowanie współdziałających części), odprowadzaniu ciepła czy ochronie przed korozją. Oprócz tego olej powinien zmywać tworzące się w silniku zanieczyszczenia i utrzymywać je w postaci zawiesiny, co ma zapobiegać powstawaniu osadów oraz ograniczać emisję szkodliwych składników spalin z silnika.

Wydaje się, że w przypadku olejów do stacjonarnych silników gazowych te wymagania odgrywają jeszcze większą rolę, olej narażony jest bowiem na trudne warunki pracy. Bardzo często stacjonarne silniki pracują w trybie ciągłym, a w zależności od rodzaju gazu, jakim są zasilane (w związku z różnym oddziaływaniem korozyjnym spalin, wynikającym ze składu spalanego paliwa), wymagają zastosowania oleju o odpowiednich parametrach.

Zróżnicowane paliwa gazowe

Do zasilania wspomnianych silników wykorzystuje się różne typy gazów.

Gaz ziemny, którego pokłady występują samodzielnie lub towarzyszą złożom ropy naftowej albo węgla kamiennego, jest dość czystym rodzajem paliwa w porównaniu z pozostałymi – bez większych zanieczyszczeń, o dużej i stabilnej zawartości metanu (80–99%).

Kolejnym typem gazu jest biogaz, otrzymywany w wyniku biologicznej degradacji materiału pochodzenia organicznego, zawierającego celulozę, białko, węglowodany, skrobię. Takie związki występują w odpadach komunalnych pochodzenia biologicznego, w ściekach komunalnych i przemysłu rolno-spożywczego czy odchodach zwierząt. Często mówi się o biogazie jako o gazie kwaśnym, ściekowym. Występują w nim zanieczyszczenia takie jak siarka (w postaci siarko- wodoru), może zawierać również siloksany, a zawartość metanu waha się w przedziale 40–75%.

Wśród paliw do stacjonarnych silników gazowych wyróżnia się także tzw. gaz wysypiskowy. Jest to rodzaj biogazu. Jak sama nazwa wskazuje, powstaje on w składowiskach odpadów komunalnych, stanowiących mieszaninę związków organicznych i nieorganicznych. Zawartość metanu w gazie wysypiskowym wynosi ok. 40–60%. Zanieczyszczenia, jakie w nim występują, to wspomniane wcześniej związki siarki (siarkowodór), siloksany, ale również związki chloru, fluoru.

Należy także wspomnieć o tzw. gazach specjalnych, do których zaliczają się m.in. wodór i gazy o wysokiej jego zawartości, jak gazy hutnicze, pirolityczne czy wreszcie gaz drzewny.

Wodór, który traktowany jest jako alternatywne źródło paliw – pozwalające na ograniczenie emisji CO₂ – stanowi wyzwanie dla producentów stacjonarnych silników gazowych. Trudności związane są nie tylko z dostępnością i kosztami produkcji tego paliwa, ale także z jego transportem i magazynowaniem. Niemniej konstruktorzy silników nieustannie pracują nad rozwiązaniami, które pozwolą wykorzystywać paliwa zawierające coraz większą ilość wodoru.

Jak widać, różne rodzaje paliwa gazowego niosą ze sobą różne wymagania zarówno dla silników, jak i dla środków smarowych. Stąd obecność w ofercie tak wielu olejów o często zróżnicowanych parametrach. Przy ich doborze warto kierować się wskazaniami nie tylko producenta silnika, lecz także własnych służb utrzymania ruchu.

Różne oleje i zróżnicowane potrzeby

Oleje DELGAS są odpowiedzią spółki ORLEN OIL na zróżnicowane potrzeby silników zasilanych paliwami gazowymi.

Jakość paliwa ma wpływ na żywotność oleju – im bardziej zanieczyszczony gaz, tym bardziej olej narażony jest na przyspieszoną degradację i potrzebę częstszej wymiany. Ogromną rolę w eksploatacji stacjonarnych silników gazowych, oprócz regularnych przeglądów i remontów, odgrywa także monitoring stanu oleju. Bieżąca analiza zmian właściwości fizykochemicznych oleju w odniesieniu do wartości granicznych wybranych parametrów pozwala ocenić chemiczne starzenie się oleju. Każdy producent określa te wielkości dla swoich typów silników.

Spośród parametrów fizykochemicznych monitoruje się m.in. lep- kość kinematyczną w 100°C, liczbę zasadową, oksydację, nitratację. Sprawdza się także poziom zanieczyszczeń w oleju w trakcie eksploatacji. Olej badany jest w określonych odstępach czasu i za każdym razem w tym samym zakresie, aby określić trend zmian. Porównanie wyników pozwala podjąć decyzję co do dalszej pracy danego oleju w układzie. Warto pamiętać, że czas pracy oleju zależy nie tylko od jego jakości, ale też od jakości gazu, jakim silnik jest zasilany i w jednym silniku przepracuje więcej godzin, a w innym mniej.

Podsumowując, musimy przyznać, że postęp technologiczny, a także zmieniające się wymagania środowiskowe prowadzą do rozwoju zarówno konstrukcji silników, jak i samych olejów smarowych. Wyzwaniem na najbliższe lata będzie dostosowanie silników oraz olejów do nowych, alternatywnych rodzajów paliwa przy jednoczesnym spełnieniu wszelkich kryteriów środowiskowych i oczekiwań użytkowników. Kluczem do sukcesu, jak również pogodzenia oczekiwań z możliwościami jest z jednej strony współpraca pomiędzy producentami silników i producentami środków smarowych, a z drugiej – dialog techniczny między użytkownikami silników a służbami utrzymania ruchu.

Autor:
Elżbieta Migdał
Kierownik Produktu
Dział Badań i Rozwoju ORLEN OIL

Artykuł ukazał się w czasopiśmie „Nowoczesny Przemysł” nr 5#2023

Źródło: ORLEN OIL