Print

Provoz plynových motorů v České republice – současný stav

-- 30.11.2015

Spalovací motory spalující plynná paliva se vzhledem ke svým ekologickým a ekonomickým vlastnostem staly rychle se rozvíjejícím odvětvím průmyslu. Plynové motory v automobilech mají všichni významní výrobci motorů nebo užitkových automobilů. Kogenerační jednotky spalující zemní plyn a bioplyny rostou v posledním desetiletí v České republice jako houby po dešti. Konstruktéři a vývojáři výrazně zdokonalili konstrukci a technologii těchto motorů a jednotek, stanovili požadavky na paliva a motorové oleje a tribodiagnostické sledování motorového oleje se stalo normou. V následujících řádcích jsem se pokusil o zmapování základních informací, které se týkají plynových motorů a zejména jejich mazání.

1 HISTORIE A SOUČASNOST

Od konce 80. let 20. století jsou plynná paliva jedněmi z alternativních paliv v České republice. V počátcích to byly motory spalující zemní plyn z veřejného řádu a v mobilní technice (autobusy MHD) spalování LPG. V tomto období se také získávaly první zkušenosti se specifickými podmínkami mazání těchto motorů a s tribodiagnostikou olejů.

V 90. letech došlo i k rozvoji nových konstrukcí plynových motorů a ke spalování nových typů paliv s komplexním označením bioplyny. V počátcích bylo nutné vypořádat se se všemi potížemi, které lze při spalování nedostatečně upravených bioplynů očekávat. Vysoký podíl sloučenin na bázi S, Cl a F ve spalovaných plynech spolu s vysokou vlhkostí plynu často způsoboval velké obtíže v oblasti korozivního napadení součástí motoru. V oblasti tribodiagnostického sledování motorového oleje nebyla dostatečně zmapována rizika, která spalování těchto plynů přináší pro motorový olej.

K dynamickému, ba až překotnému rozvoji potom dochází po roce 2000, kdy významně roste podíl plynových motorů zejména v autobusech městské a příměstské dopravy. Využívání bioplynů v zemědělství, kalových plynů v čističkách odpadních vod a skládkových plynů na skládkách odpadů pro spalování v kogeneračních jednotkách a elektrocentrálách pro spalování v plynových motorech se v tomto období stalo téměř módou.

2 TYPY PLYNNÝCH PALIV

V souvislosti s vývojem motorů a technologií se v průběhu času standardizovaly následující typy plynných paliv.

2.1 Zemní plyn

Zemní plyn je využívaný v různých typech průmyslového zpracování (CNG, LNG). V České republice se využívá zejména zemní plyn z plynového veřejného rozvodu a stlačený zemní plyn CNG (Compressed Natural Gas).

Pro svou dostupnost a zvyšující se zásoby zemního plynu je CNG velmi perspektivním a ekologicky šetrným alternativním palivem. V České republice je charakterizován vysokou výhřevností a čistotou plynu. To vše zajišťuje dobrou regulaci spalovacího procesu, minimální kontaminaci spalin nežádoucími látkami a také nízkou kontaminací motorového oleje cizorodými látkami způsobujícími zrychlení degradace.

2.2 LPG (Liquid Propane Gas)

Dalším velmi rozšířeným typem plynného paliva pro spalovací motory je směs propanu a butanu LPG. Zejména v segmentu malých plynových motorů v osobních a dodávkových automobilech hraje u nás prim. Jeho dostupnost, charakteristické vlastnosti a zvládnutá technologie spalování a úpravy motorů z něj činí významný typ plynného paliva. V následující tabulce jsou uvedeny některé charakteristické vlastnosti:

2.3 Bioplyn ze zemědělské produkce

V současnosti je bioplyn nejvyužívanějším druhem plynu; vzniká anaerobním mikrobiálním rozkladem organické hmoty živočišných exkrementů, hospodářských plodin a další biomasy. Kvalita a čistota plynu závisí výrazně na zplyňovaných materiálech a následné technologii odsiřování a vysušování. Současná technologie je schopna připravit palivo s velmi podobnými vlastnostmi a složením jako má zemní plyn s obsahem CH4 okolo 90 %. Proto je i následující tabulka složení tohoto typu bioplynu jen orientační a samotný spalovaný plyn může mít mnohem charakterističtější složení a vlastnosti. Rizikovými složkami jsou zejména některé sloučeniny síry (sulfany), NH3. Odstranění těchto složek je potom věnována zvýšená péče.

2.4 Kalový plyn

Dalším hojně využívaným typem bioplynu je kalový plyn. Zdrojem je stejně jako u předcházejícího typu anaerobní mikrobiální rozklad organické hmoty kalů z mechanického a biologického čištění odpadních vod v čističkách. Složení a vlastnosti mohou být velmi podobné předcházejícímu typu. Vzhledem k materiálu pro zplyňování může ještě obsahovat i některé nežádoucí stopové prvky, např. Cl a F. Důsledným čištěním je i v tomto případě možné připravit velmi čisté palivo.

Jak je patrné z názvu podkapitoly, posledním často využívaným typem plynu je plyn jímaný či čerpaný ze skládek komunálního odpadu. Vzniká aerobně anaerobním mikrobiálním rozkladem biologických složek odpadu. Často má velmi proměnlivé složení. Po mírných úpravách je i tato směs plynů velice dobrým palivem s velmi podobnými vlastnostmi jako předcházející typy. Také v této skupině lze čekat některé sloučeniny obsahující S, CL a F. Tabulka složení je i zde pouze orientační a může být velmi proměnlivé.

2.5 Skládkový plyn

Jak je patrné z názvu podkapitoly, posledním často využívaným typem plynu je plyn jímaný či čerpaný ze skládek komunálního odpadu. Vzniká aerobně anaerobním mikrobiálním rozkladem biologických složek odpadu. Často má velmi proměnlivé složení. Po mírných úpravách je i tato směs plynů velice dobrým palivem s velmi podobnými vlastnostmi jako předcházející typy. Také v této skupině lze čekat některé sloučeniny obsahující S, CL a F. Tabulka složení je i zde pouze orientační a může být velmi proměnlivé.

3 PROVOZ A TRIBODIAGNOSTIKA PLYNOVÝCH MOTORŮ

3.1 Mobilní technika

3.1.1 Paliva

Nejčastěji v současnosti používané plynné palivo ve spalovacích motorech mobilní techniky v Evropě a České republice je průmyslově zpracovaný zemní plyn. V ČR se jedná zejména o stlačený zemní plyn CNG. Palivo je využíváno jak v užitkových automobilech a autobusech, tak v osobních automobilech všech kategorií. Jeho předností je snadná dostupnost a soustavný vývoj v oblasti spalování a konstrukce motoru. Druhým velmi často využívaným plynným palivem je LPG. Toto palivo je využíváno zejména jako palivo v osobních a dodávkových automobilech, ale jsou známy i aplikace v užitkových automobilech nebo autobusech. V poslední době se i zde hovoří o možnostech využití bioplynů. Technologické možnosti úpravy bioplynů předpokládají budoucí využití a jen čas ukáže, do jaké míry je tato koncepce vhodná.

3.1.2 Charakteristika provozu a diagnostika motorového oleje

• Je nutné konstatovat, že spalování CNG i LPG vyžaduje speciální konstrukci motoru.

• V praxi jsou buď vyráběny konstrukčně originální plynové motory, nebo, a to je využíváno zejména u osobních a dodávkových automobilů, je motor na plynový pohon přestavěn. U velkých užitkových automobilů je základním pilířem konstrukce většiny plynových motorů platforma vznětového naftového motoru. Vznětový motor na naftu je konstrukčně a technologicky upraven na zážehový plynový motor. Některé vlastnosti má potom společné se vznětovým naftovým motorem – zejména základní konstrukční prvky jako je klikový hřídel, blok motoru, olejové hospodářství atd. Nová naopak je spalovací část, konstrukce ventilů, pístů apod.

• Motorový olej je v plynovém motoru zatěžován rozdílně než ve vznětových naftových motorech, z něhož zpravidla vzešel. V plynovém motoru je motorový olej zatěžován zejména vysokou teplotou. V některých mazaných uzlech je teplota velmi rozdílná (rozvody, pístová skupina). Olej ale nemusí čelit neduhům vznětových naftových motorů, jako jsou popelnaté úsady ze spalovacího procesu, kontaminace oleje kapalným palivem apod. Pro mazání jsou u předělaným motorů osobních automobilů využívány motorové oleje koncipované pro osobní automobily a není potřeba měnit vlastnosti těchto olejů. Speciální motorové oleje pro větší plynové motory se objevily v počátku zejména pro stacionární verze plynových motorů. V současnosti většina výrobců plynových motorů pro mobilní techniku má jasné požadavky stanovené ve specifikacích a normách. Jsou používány a výrobci požadovány oleje viskozitní třídy SAE 15W-40, 10W-40. Požadované vlastnosti jsou odvozeny od požadavků na motorové oleje pro klasické spalovací motory a v poslední době jsou využívány oleje s kontrolou S, P a sulfátového popela – tzv. oleje „low SAPS“. Pro schválení oleje je nutné vyhovět v provozních testech nebo splnit požadavky na fyzikální vlastnosti a chemické složení. Jeho charakteristickým parametrem může být obsah sulfátového popela, který je nižší než 1,0 % hmotnosti, hodnota TBN či obsah některých prvků.

• Vzhledem k naprosto specifickým podmínkám provozu motorů mobilní techniky na plynná paliva je také vyhodnocování rozborů vzorků motorového oleje jiné, než na které jsme zvyklí z provozu motorů na motorovou naftu.

• V plynových motorech mobilní techniky jsou využívány multigrádní motorové oleje a nejnáročnější složkou zatížení je teplota. V provozu velmi často poklesne viskozita na počátku servisního intervalu – a to ze dvou důvodů. Prvním je stav starého oleje a kontaminace nového oleje tímto olejem, druhým důvodem je teplotní degradace viskozitní přísady. Přes skutečně rychlý a velký pokles viskozity, který se projeví i na viskozitním indexu, nejde o fatální problém, protože v praxi se většinou pokles zastaví a olej pokračuje dlouhou dobu beze změn až do doby, kdy vzrůstající degradace teplotou znovu nezačne viskozitu zvyšovat.

• V některých případech může být bod vzplanutí ovlivněn v oleji rozpuštěným plynem, ale to se stává jen zcela výjimečně. Ve standardním případě je zpravidla beze změn.

• Kontaminace palivem nastává jen ve výjimečných případech, viz předcházející řádky.

• Co se týče obsahu nečistot, olej zůstává téměř nekontaminován standardním typem nečistot.

• Přesto může být motorový olej kontaminován oxidačními produkty a může být výrazně opotřeben bez výrazných běžných vizuálních vjemů (olej výrazně netmavne, netvoří shluky nečistot apod.). V praxi lze doporučit sledování stavu oleje přes FT-IR – sleduje stav výkonových přísad, stav produktů oxidace a případně další složky. Pro představu je možné uvést následující grafy a spektra s hodnotami rozborů vzorků s provozních testů autobusů CNG s plynovými motory Cummins. Je na nich patrné výše zmiňovaný průběh viskozity, hodnoty bodu vzplanutí, nízké hodnoty karbonizačního zbytku a vzrůstající obsah oxidačních produktů v průběhu servisního intervalu.

3.2 Provoz plynových motorů – stacionární motory

3.2.1 Paliva

V této skupině motorů má využívání plynných paliv dlouhou historii. Řádka využívaných plynů je široká. V první řadě je to zemní plyn, který má charakteristické vlastnosti a zpravidla nemusí být před použitím upravován. Dalšími využívanými palivy je celá škála bioplynů s různými vlastnostmi a komplikacemi pro kontaminaci motorového oleje.

Všechny plyny mají jako základ metan CH4. Obsah metanu je různý od téměř čistého metanu v případě zemního plynu až po skládkové plyny obsahující něco málo přes 60 %. Dalšími již velmi málo zastoupenými složkami zemního plynu jsou např. etan, propan, butan oxid uhličitý a další. U bioplynů v zemědělství je obsah metanu až 85 %. Dalšími složkami je oxid uhličitý, sloučeniny síry atd. Kalový plyn je charakteristický vysokým obsahem sloučenin síry a dalších prvků, např. Cl a F.

Skládkový plyn bývá většinou charakterizován proměnlivým složením. Hlavními složkami je metan a oxid uhličitý. Problémové jsou stejně jako u ostatních plynů zejména složky na bázi sloučenin S, Cl a F, které mohou značně ovlivnit spalování a kontaminovat motorový olej.

3.2.2 Charakteristika provozu a diagnostika motorového oleje

• Všechny popisované „bioplyny“ vyžadují speciální konstrukci motoru a také sofistikovanou technologii na výrobu a úpravu plynu.

• V praxi jsou vyráběny konstrukčně originální plynové motory a kompletní agregáty či technologie. Takto koncipovaný motor a technologie namáhá motorový olej zejména teplotou a v případě bioplynů i kontaminací spalin na bázi již mnohokráte zmiňovaných prvků S, Cl a F. Tyto prvky mohou mít velmi negativní vliv na korozi kovových součástí motoru a na životnost motorového oleje.

• Výrobci olejů produkují speciální motorové oleje, které splňují specifické požadavky výrobců plynových motorů. Standardní typy motorových olejů pro plynové motory jsou viskozitní třídy SAE 40 nebo 30, s optimalizovaným obsahem některých složek např. sulfátového popela, P a dalších prvků a sloučenin, s optimalizovanými některými parametry, např. hodnotou TBN. Použití konkrétního oleje potom závisí na typu plynu, jeho čistotě, provozních podmínkách, zástavbových podmínkách, servisních intervalech, ekonomických parametrech atd.

• Vzhledem k naprosto specifickým podmínkám provozu motorů na plynná paliva je také vyhodnocování rozborů vzorků motorového oleje komplikovanější než u provozu motorů na motorovou naftu. Rozbory oleje v průběhu servisního intervalu jsou nedílnou součástí provozu plynového motoru.

• Ve stacionárních plynových motorech (všechny typy plynů) dochází zejména k nárůstu viskozity vlivem termooxidační a celkové degradace motorového oleje. Z pravidla dochází u monográdních olejů k nárůstu viskozity s doporučenou změnou do 20 %.

• Změny bodu vzplanutí mohou být v některých případech ovlivněny v oleji rozpuštěným plynem. To se však stává jen zcela výjimečně.

• Olej zůstává téměř nekontaminován standardním typem nečistot ze spalovacího procesu, ale může být kontaminován prachem. V praxi se hodnotí pomocí různých metodik – např. na hodnocení celkových nečistot, hodnocení filtru apod.

• Obsah vody a glykolu podobně jako u dalších spalovacích motorů chlazených kapalinou predikuje poruchu chladicího systému.

• TBN, TAN, pH vodního výtřepku – charakteristika kontaminace motorového oleje kyselými produkty; hodnoty standardně požadované některými výrobci plynových motorů jsou shrnuty v následující tabulce.  

• Oxidační, nitrační a sulfatační produkty – charakteristické parametry degradace a kontaminace motorového oleje zjišťované pomocí technologie FT-IR. Limity některých výrobců motorů jsou uvedeny v tabulce.

• Většina výrobců motorů má pro své motory limity u některých otěrových kovů, např. Fe, Cu a Pb. Často se však hodnotí zejména náhlé nárůsty, tzv. hodnocení trendů.

• Hodnocení stavu zušlechťujících přísad v motorovém oleji se provádí pomocí technologie FT-IR, nebo v poslední době často i voltametricky. Hodnoty a metodika sledování se teprve formuje.

• Tyto parametry se v praxi měří buď standardním laboratorním způsobem, nebo pomocí moderních technologií stojících na výpočtových metodách a důsledném kalibrování pomocí standardních výsledků rozborů vzorků. Běžný rozbor vzorku oleje z plynového motoru dnes obsahuje měření obsahu otěrových kovů a hodnocení celého spektra vlastností pomocí technologie FT-IR. Tyto hodnoty nejsou hodnotami naměřenými, ale hodnotami výpočtovými vzešlých z kalibrace zařízení. Eliminaci rizik takového hodnocení je nutné hledat zejména v důsledné kalibraci softwaru. Bohužel se v praxi stává, že je olej dle rozboru v pořádku a motor havaroval. Hodnocení vzorků oleje v průběhu servisního intervalu je zobrazeno v následující tabulce a obrázku.

5 ZÁVĚR

Závěrem lze ještě jednou konstatovat, že využívání plynových motorů je zkrátka moderní a perspektivní. V praxi je nutné analyzovat všechny technické charakteristiky provozu. Chaotické a „dobrodružné“ používání nejmodernějších metod sledování motorového oleje může pro motor a uživatele špatně skončit a být dalším příspěvkem k tvorbě mýtů a fám.

LITERATURA

[1] Nováček Vladimír, Tomáš Turan. Preventivní údržba plynových motorů pomocí analýz olejů. Tribotechnické informace 1/2012.

[2] Dočkal Martin. Přednáška Odpady a recyklace.

[3] Maslejová Martina, Pinka Ján, Petriláková Monika, Šurim Ján, Miloslav Pinčák. Možnosti získavania kalového plynu z čistiarne odpadových vôd.

Recenzent: Ing. Ladislav Hrabec, Ph.D., VŠB-TU Ostrava, certifikovaná osoba na funkci Technik diagnostik tribodiagnostik – kategorie II

Autor: Jiří Klapka, Nocc Teswor, a. s.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Moderní technologie ve farmacii
2019-09-24 - 2019-09-24
Místo: Brno
Factory Tour 2019
2019-09-24 - 2019-09-26
Místo: ČR, SK
Moderní technologie v potravinářství
2019-09-25 - 2019-09-25
Místo: Brno
Konference DOCURIDE 2019 „Nejlepší mix pro Váš úspěch"
2019-10-03 - 2019-10-03
Místo: Hotel Park Holiday, Praha
Mezinárodní strojírenský veletrh 2019
2019-10-07 - 2019-10-11
Místo: Výstaviště Brno

Katalog

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Vyskočilova 1561/4a
14000 Praha 4
tel. +420739552216

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI