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Stationäre Gasmotoren – Beurteilung und Limitwerte

Der Arbeitskreis „Gasmotoren” hat ein Merkblatt für die Überwachung von Gebrauchtölen für stationäre Gasmotorenanlagen erarbeitet. Es wurde erstellt von Schmierstoff- und Gasmotoren-Herstellern, namhaften Maschinen-Versicherern und von OELCHECK, dem führenden unabhängigen Labor für Schmierstoff-Analysen. Der folgende Beitrag enthält die wichtigsten Informationen des Merkblatts.

Inhaltsverzeichnis

  1. Probenentnahme
  2. Probengefäße und Beschriftung
  3. Untersuchungsintervalle
  4. Sonderbrennstoffe
  5. Optionale Untersuchungen
  6. Limitwerte und Gültigkeit
    1. Merke:

Die Beanspruchung von Gasmotorenölen im Betrieb ist im Wesentlichen gekennzeichnet durch:

  • eine hohe thermische und oxidative Belastung
  • die Reaktionen der Verbrennungsprodukte mit dem Schmieröl, wie Nitration (Stickoxide), Sulfation (schwefelhaltige Reaktionsprodukte) und Oxidation
  • die Einwirkung saurer Reaktionsprodukte und von Verunreinigungen
  • die jeweilige Betriebsart.

In der Regel führen diese Einflüsse zu einer Veränderung des Schmieröls, die durch die Bestimmung einiger geeigneter Kennwerte beurteilt werden kann. Ein wirtschaftlicher Betrieb wird bei der großen Ölfüllmenge der Motoren u.a. durch eine möglichst lange Betriebsdauer der Betriebsölfüllung bei grundsätzlicher Vermeidung von Schäden und das Erreichen der erwarteten Standzeiten wichtiger Motoren- und Anlagenbauteile erzielt. Um diese Zielsetzung zu erreichen, beschreibt das Merkblatt die notwendigen Parameter, die bei einer Ölanalyse nicht fehlen dürfen. Es werden Grenz- und Anhaltswerte vorgeschlagen, bei deren Erreichen geeignete Maßnahmen erforderlich werden. Das Merkblatt wurde für stationäre Gasmotoren im Erdgasbetrieb erarbeitet. Bei Verwendung von Sonderbrennstoffen sind zusätzliche Kennwerte im Öl zu ermitteln, die gesondert betrachtet werden.

Probenentnahme

Für jede Untersuchung ist eine ordnungsgemäße Probenentnahme die Voraussetzung für bewertbare Analysenergebnisse. Die Probe muss repräsentativ für die Betriebsölfüllung sein und sollte – wenn möglich – bei laufendem Betrieb entnommen werden. Das im Bereich des Ablasshahnes stehende Totvolumen muss vorher abgelassen und ordnungsgemäß entsorgt werden. Ist keine Probenentnahmeeinrichtung vorhanden, soll die Probe unmittelbar nach Motorstopp, am besten mit Hilfe einer Probenpumpe, direkt ins Probengefäß gezogen werden.

Lesen Sie auch: Tipps zur richtigen Probeentnahme

Probengefäße und Beschriftung

Als Probenentnahmegefäße müssen ölbeständige, transparente und saubere Gefäße verwendet werden. OELCHECK setzt ausschließlich optimal geeignete Behälter ein. Sie sind im Umfang jeder Öluntersuchung enthalten.

Die Proben müssen eindeutig gekennzeichnet werden. Der Probenbegleitschein von OELCHECK umfasst die wichtigsten Informationen:

  • Betreiber bzw. Kunde
  • Herrsteller und Bezeichnung des Aggregats (Typ)
  • Motor- bzw. Seriennummer
  • Bezeichnung des Schmierstoffs
  • Datum der Probenahme
  • Betriebsstunden des Motors
  • Betriebsstunden des Öls
  • Nachfüllmenge / Ölverbrauch
  • Gesamtölvolumen

Untersuchungsintervalle

Die Untersuchungsintervalle sind abhängig vom Aggregat, dem Brennstoff und der Betriebsweise und sind für jedes einzelne Aggregat individuell festzulegen.

Gleichzeitig sind jedoch die Betriebsvorschriften der einzelnen Aggregatehersteller zu beachten.

Sonderbrennstoffe

Im Sinne des Merkblattes werden unter Sondergase alle Gase außer Erdgas und Flüssiggas betrachtet. Folgende Parameter und Warnwerte gelten für sie zusätzlich bzw. werden anders gewertet:

  • i-pH-Wert > 4
  • Sofern Sondergase Chlor- und/oder Siliziumverbindungen enthalten, ist eine Untersuchung des Chlor- und/oder Siliziumgehaltes in gebrauchten Gasmotorenölen erforderlich.

Die Anwesenheit von Chlor kann zu Korrosion führen. Dies ist jedoch nur der Fall, wenn Chlor in Form von wasserlöslichen Chloriden vorliegt. Da die Bestimmung des Chlorgehaltes mit der derzeit üblichen Analysenpraxis jedoch den Gesamtchlorgehalt ergibt, lässt sich aus dem so ermittelten Wert nicht unmittelbar auf eine Korrosionsgefahr in der Anlage schließen. Die Gefahr der Korrosion, ausgelöst durch wasserlösliche Chloride, lässt sich nur durch aufwendige Sonderuntersuchungen durchführen. Deshalb ist die Angabe eines Grenzwertes entsprechend dem derzeitigen Stand der Analysepraxis nicht möglich.

Silizium weist einerseits auf die Anwesenheit von siliziumorganischen Verbindungen in den Sondergasen hin. Andererseits erfolgt auch Siliziumeintrag über stark mit Staub belastete Verbrennungsluft. Die Herkunft des Siliziums lässt sich bei der üblicherweise angewandten Analysenmethodik nicht differenzieren.

Aus diesem Grund sollten bei hohen Siliziumwerten Verschleißelemente wie Eisen, Chrom, Kupfer und an Aluminium besonders beachtet und eventuell zusätzlich der Motorhersteller bzw. die Wartungsfirma konsultiert werden.

Optionale Untersuchungen

Es ist empfehlenswert (und es ist auch OELCHECK-, nicht aber Ölhersteller-Standard) zusätzlich folgende Elemente, die im Wesentlichen einen Hinweis auf die Veränderung der Ölzusammensetzung geben, durch eine Schmierstoff-Analyse zu ermitteln: Kalium, Bor, Natrium, Kalzium, Magnesium, Zink, Phosphor, Schwefel.

Kalium und Natrium geben in Verbindung mit erhöhtem Borgehalt Hinweise für Kühlwassereintrag. Die übrigen Elemente, einschließlich Bor, können Bestandteile des Schmieröls sein. Sie geben nur bedingt Hinweise auf Ölwechselintervalle.

Limitwerte und Gültigkeit

Die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Werte verstehen sich für konventionelle Mineralöle und mineralölbasische Schmierstoffe auf der Basis von Hydro-Crack-Verfahren oder ähnlicher Wasserstoffbehandlung (Öle der Gruppe I und II). Syntheseöle sind anders zu bewerten.

Die Werte für Verschleiß, Verunreinigungen und Korrosionselemente gelten weiterhin nur für Erdgasmotoren mit Ölfüllungen zwischen 30 und 300 l. Bei größeren Ölvolumina oder konstruktiv vergrößerten Ölwanneninhalten reduzieren sich die besonderen Grenzwerte. Bei Verwendung nachträglich eingebauter Nebenstromfilter sind die Warnwerte nicht anwendbar.

Maßgebend für die Aussagefähigkeit der Elemente ist eine Trendanalyse, wobei unter Trend sowohl der Anstieg der einzelnen Elemente innerhalb von 1.000 Bh als auch das regelmäßige Erreichen dieser Grenzwerte nach 1.000 Bh verstanden wird. Unabhängig davon können bereits bei niedrigen Konzentrationen an Verschleißelementen progressive Verschleißvorgänge im Motor stattfinden.

Wenn Ölanalysen immer nach der gleichen Laufzeit, z.B. anlässlich des Ölwechsels, durchgeführt werden, dann ist auch bei relativ geringen Abweichungen vom Trendverlauf bzw. beim Erreichen der hier genannten Werte in jedem Fall:

  • eine erneute Probe zu analysieren und
  • die Herstellung/Wartungsfirma zu konsultieren.

Wenn nur ein einzelnes Element oder ein Einzelwert außerhalb des Trends liegt, ist dessen Plausibilität zu prüfen.

Untersuchungsparameter Limitwerte Ursachen / Rückschlüsse
Verschleiß Zeichen Einheit Grenzwert  
Eisen Fe mg/kg 21
  • aus Zylinderlaufbuchsen, Nocken/Stößeln, Wellenzapfen, Kolbenringen, Zahnrädern
Chrom Cr mg/kg 5
  • von Kolbenringen, Ventilschäften, Nocken/Stößeln, verchromten Kolbenringnuten, anderen hochlegierten Motorenbauteilen
Zinn Sn mg/kg 5
  • von Gleitlagern
Aluminium Al mg/kg 10
  • von Kolben und Gleitlagern
  • auch Bestandteil verschmutzter Ansaugluft
Nickel Ni mg/kg 3
  • von Auslassventilen, hochfesten Stählen (Zahnräder)
Kupfer Cu mg/kg 15
  • von Lagern
  • Korrosionsprodukt aus Öhlkühlern und Schmierölleitungen
  • Bestandteil von Montagepasten
Blei Pb mg/kg 20
  • von Gleitlagern
Molybdän Mo mg/kg 5
  • Element von Schmierölwirkstoffen
  • Bestandteil von Motorengrundölen und Brenngasen
Verunreinigung
Silizium/Staub Si mg/kg 4-7
  • Antischaumwirkstoff und Bestandteil der Gasmotorenöle
  • aus der Verbrennungsluft
  • organische Verbindungen aus Sondergasen
Kalium K mg/kg 25
  • Elemente von Kühlwasserkorrosions-Schutzwirkstoffen,
  • mögliches Indiz für Kühlwasserkontaminationen
  • salzhaltige Ansaugluft
Natrium Na mg/kg Frischöl +25
  • typisches Element von Kühlwasserkorrosions-Schutzwirkstoffen
  • salzhaltige Ansaugluft
Wasser H2O m % 0,2
  • Undichtigkeiten im Kühlwassersystem
  • Kondensationsvorgänge im Schmierölsystem bzw. bei der Lagerung
  • unzureichende Entlüftung des Kurbelghäuses/Aktivschmieröltank
  • falsche Einstellung des Schmierölseparators bei großen Ölumlaufanlagen
Glykol   ppm 500 (pos)
  • Undichtigkeiten im Kühlwassersystem,
  • Kontamination mit einem Fremdprodukt auf Polyglykolbasis
Ölzustand
Viskosität

Viskosität bei 40° C

Viskosität 100° C

Viskositätsindex

mm2/s

mm2/s

SAE 40:

min. 12, max 18

SAE 30:

min. 9, max 15

Zunahme max 3xstieg

Kennzeichnet das Fließvermögen des Schmieröls (Widerstand gegen Verschiebung zweier benachbarter

Schichten, innere Reibung) und ist temperaturabhängig.

Anstieg der Viskosität erfolgt durch:

Alterung/Nitration, Ruß/feste Fremdstoffe Abfall der Viskosität erfolgt durch Verdampfung leicht siedender Komponenten, Kraftstoffkontamination (nur bei Dieselgas-/Zündstrahlmotoren), Scherung von VI-Verbesserern, sofern im Schmieröl vorhanden

Oxidation   A/cm 20
  • durch Reaktion der Grundöl- und Wirkstoffmoleküle mit Sauerstoff
Nitration   A/cm 20
  • durch Reaktionen der Grundöl- und Wirkstoffmoleküle mit Stickoxiden
Sulfation   A/cm 36
  • durch Reaktion der Grundöl- und Wirkstoffmoleküle mit schwefelhaltigem Gas bzw. Kraftstoff
Additive
Kalzium

Magnesium

Bor

Zink

Phosphor

Barium

Ca

Mg

B

Zn

P

Ba

mg/kg

mg/kg

mg/kg

mg/kg

mg/kg

mg/kg

+/-20%

im Vergleich

zu Frischöl

  • Elemente von Schmierölwirkstoffen
  • Elemente von Schmierölwirkstoffen
  • Elemente von Schmierölwirkstoffen, Kühlwasserzusatz
  • Elemente von Schmierölwirkstoffen
  • Elemente von Schmierölwirkstoffen
  • Elemente von Schmierölwirkstoffen
Zusatzteste
BN   mgKOH/g > 50% des Frischöls

aber > 2

Die BN kennzeichnet die alkalische Reserve des Öls und charakterisiert das chemische Neutralisations-Vermögen. Ist abhängig von der Frischöladditivierung. Beim Betrieb mit kontaminierten Brenngasen

(insbesondere Deponie-, Klär- und Biogase) ist mit einem schnellen Abbau der BN zu rechnen.

AN   mgKOH/g Frischölwert +2,5 Erfasst die starken und schwachen Säuren, Schmierölwirkstoffe beeinflussen den Wert bei Gasmotoren-Frischölen, die zwischen 0,5 bis über 2 mgKOH/g liegen kann. Es gibt eine grobe Korrelation zwischen AN-Anstieg und Ölalterung und Ölnitration.
i-pH     > 4.5 Erfasst auch die Säuren, die nicht durch eine BN dargestellt werden. Besonders wichtig bei Deponiegasen.
SAN   mgKOH/g nicht nachweisbar Die Methode erfasst nur starke Säuren, wie z.B. Schwefelsäure. Sofern eine SAN nachgewiesen wird, besteht Korrosionsgefahr.
Ruß   M. % 1.5 Ruß entsteht bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen unter Luftmangel. Insbesondere können bei Dieselgas-/Zündstrahlmotoren größere Rußmengen im Gebrauchtöl auftreten. Ruß im Schmieröl führt zu einem Viskositätsanstieg sowie bei hohen Konzentrationen zu einem Anstieg des Bauteilverschleißes.

 

Merke:

OELCHECK bestimmt mit dem Analysenset Nr. 2 bei Motorenölen die BN (Basenzahl), bei allen übrigen Ölen die AN (Neutralisationszahl). Diese beiden Werte bieten für den jeweiligen Öltyp eine ergänzende Aussage für eineÖlwechselverlängerung. Die BN beschreibt die Aufnahmekapazität des Öls für die durch den Verbrennungsvorgang anfallenden sauren Anteile aus den Verbrennungsgasen. Die AN gibt den Grad der Versäuerung an. Ein Motorenöl ist um so schlechter, je niedriger die BN im Vergleich zum Frischöl geworden ist. Ein Hydrauliköl oder ein Industrieschmierstoff ist um so schlechter, je höher die AN oder NZ bzw. Neutralisationszahl im Vergleich mit dem Frischöl geworden ist.