6.4 윤활유 분석 6개 항목

Six Lube-Oil Analyses are Required

 

아주 오래 전 공익 산업체의 연구 노력으로 증기터빈 윤활유의 최적 분석법을 이끌어 내었다. 여기서는 색상, 고형물질, 중화가, 점도, 수분 함량 등의 시험을 추천하고 있다. 그러나 최근 연구결과 윤활유의 산화가 상당 수준까지 진행되었다면 이들 시험만으로는 불충분하다는 결정을 내렸다. 윤활유의 산화는 대기중의 산소, 고온의 베어링과 Oil Tank 또는 부정확한 온도 설정으로 진공 탈수형 윤활유 정화기의 운전중 과도한 열에 오랫동안 노출되므로써 진행된다.

이 플랜트는 분석 항목으로 외관, 수분, 인화점, 점도, 전산가와 첨가제 함량을 채택하였다. 이같은 시험을 아래에 간단히 설명한다.

6.4.1 外觀 試驗 (Appearance Test)

외관시험은 순수한 육안 시험으로, 육안으로 유리수분이 인식되면 나머지 시험은 진행 할 필요가 없다. 윤활유가 아주 검다면, 첨가제 시험은 정확도를 기대할 수 없음으로 다른 방법을 검토해야 한다.

6.4.2 溶解 水分 試驗 (Testing for Dissolved Water)

시료중의 용해 수분량 정량은 그림 3-183에서 보는 것과 같은 Karl Fisher 적정 장치를 사용하고, ASTM 시험법 D-1744에 따른다. 통상 기계의 신뢰도 유지를 위한 가이드 라인으로 윤활유(프리미엄급 ISO-32)중 최대허용 용해 수분량을 40 ppm(중량기준)으로 하고 있다. 이 값을 가이드라인으로 선정한 것은 추가적인 수분오염에 대해 포화점까지 여유를 남겨둠으로서, 저장조에서 유리수분이 발생하기 시작할 때까지의 경과시간을 충분히 허용하기 위함이다.

유리수분은 윤활유가 슬러지 형성을 촉진함으로 윤활유 계통에 존재하는 것은 아주 바람직하지 못하다. 수분함량 2000 ppm을 옹호하는 의견에 대해서는 전혀 동의할 수 없다. 많은 경우, 증기터빈의 치명적 손상이 윤활유에 존재하는 유리수분에 기인되고 있다.

윤활유가 유리수분으로 오염되어 있으면, 연동 밸브와 피스톤이 고착될 수도 있고, 과속도 정지 볼트의 작동이 둔해질 수도 있다. 터빈윤활 계통과 가버너 계통에 습한 윤활유가 들어가 있는 동안은 위에서 말한 것과 같은 위험은 과속도 시험과 점검시에도 배제될 수 없다. 윤활유 계통을 적절히 설계하고 관리하여 유리수분이 포함되지 않도록 하고, 또 중력에 의해 수분을 침전 분리시켜 신속히 제거한다고 하지만, 이들중 어느 것도 현실적으로는 신뢰하기 어렵다. 따라서 용해수분 40 ppm 가이드라인은 유리수분이 형성되기 전에 적당한 여유를 가질 수 있게 해준다.

그림 3-183 용해 수분 시험에 사용되는 자동 적정장비(Karl Fisher법)

 

6.4.3 引火點 試驗 (Flash-Point Testing)

윤활유에 가벼운 탄화수소 성분이 혼입 될 위험이 있을 때는 인화점 시험이 중요하게 된다. 인화점 시험은 ASTM D-92 시험법에 따라, 그림 3-184에 보는 것과 같은 Cleveland Open Cup 시험장치에 의해 수행된다. 이 플랜트에서 자체 설정한 가이드라인은 최소 인화점을 190℃ 이상으로 요구하고 있다. 만일 윤활유가 가벼운 성분으로 희석되면, 인화점은 낮아지게 될 것이다. 인화점 시험은 시료의 수분 함량이 1% 이하인 상태에서 수행되어야 한다.

 

그림 3-184 실험실 장비로 인화점을 신속히 구할 수 있다. (Cleveland Open Cup 방법)

 

6.4.4 粘度 試驗 (Viscosity Test)

증기터빈 윤활유의 점도는 그림 3-185와 같은 동점도계에 의해 38℃에서 측정되고, 측정단위인 Centistock는 미터법 체계가 아닌 곳에서의 편의를 위해 SUS로 전환될 수 있다. 인화점 측정값과 마찬가지로 점도값은 가벼운 탄화수소의 혼입 희석으로 인해 낮아지고, 반대로 보다 무거운 성분으로 인해 오염되거나 산화에 의해서 높아진다.

점도 측정온도인 38℃에서 허용되는 점도 범위는 27.1~37.6 cSt(140~194 SUS)이다. 점도가 지나치게 낮으면 유막 강도가 감소되어, 금속간 접촉을 방지하는 능력이 감소될뿐 아니라 오염 물질 조정 및 밀봉 능력도 동시에 감소한다. 지나치게 높은 점도는 효과적인 윤활작용을 방해한다. 윤활유를 진하게 하는 오염 물질은 윤활면의 마멸과 부식을 촉진하여 유해한 Deposit를 남기게 된다.

그림 3-185 ASIM D-445에 따라 시험하는 동점도계

 

6.4.5 全酸價 (Total Acid Number)

산의 형성은 높은 온도와 장기간 사용한 결과이다. 그림 3-186의 적정장치는 ASTM D-664에 의한 산가 측정에 사용된다. 증기터빈 윤활유가 장기간 사용될 수 있기 위해서는 전산가가 0.3을 초과해서는 안된다. 윤활유의 산가는 장기 사용 가능여부의 지표이다.

윤활유의 산가는 대기중의 오염 물질이나, 연소생성물(증기터빈이 아닌 경우) 등에 의해서 증가되기도 하지만, 기본적으로 산화의 진행과 더불어 증가한다. 전산가는 윤활유 중에 존재하는 산물질의 총량을 나타낸다.

그림 3-186 전산가를 측정하는 Titroprocessor

 

6.4.6 添加劑 含量 (Determination of Additive Content)

프레미엄 윤활유는 페놀계의 산화 억제제를 함유하고 있는데, 이것은 윤활유가 고온에 노출된 채, 또는 수분에 오염된 채로 장기간 사용 후에는 소모된다. 산화 억제제는 슬러지, 수지, 바니쉬, 산, 고분자 등의 생성을 최소화한다. 새 윤활유는 약 0.6%의 첨가제를 함유하고 있는데 0.2% 이하까지 소모되면 조치가 필요하다. 첨가제 함량은 그림 3-187에 나타난 것과 같은 적외선 분광 분석기로 감시된다. 첨가제가 존재하면 적외선 스펙트럼(파장 3660 cm-1)의 투과 등이 낮게 나타난다.

그림 3-187 시료에 포함된 산화 억제제량을 측정하는 적외선 분광 광도계

 

6.4.7 磨滅-粒子 分析의 非現實性 (Impracticably of Wear-Particle Analysis)

민간 항공기와 군용기에서 사용되고 있는 젯트엔진에서는 윤활유의 마멸-입자 분석이 일상적으로 요구되고 있는데, 이 분석은 부품의 마멸과 초기부식에 대한 귀중한 정보를 제공할 수 있다.

유럽에서 이 분석을 대형 증기터빈 윤활 계통에 확대 적용하기 위한 시도가 있었지만, 결론은 미지수 이었다. 비행기의 제트 엔진에 비교하면, 증기터빈의 윤활유량은 엄청나게 많은 량이다. 따라서 분석치가 어느 정도의 의미 있는 농도값을 갖기 위해서는 터빈유 시료의 농축은 필연적인데, 이와 관련한 노력은 재현성 있는 결과를 보여주지 못했다.

 

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