Ipari gázmotorok és gázmotorolajok

Gázmotorok típusai ipari környezetben

Ipari környezetben a gázmotor kifejezés alatt általában olyan belső égésű motorokat értünk, amelyek tüzelőanyaga valamilyen éghető gáz. Ezek a motorok jellemzően átalakított Ottó-motorok, melyek gyújtógyertyás gyújtással üzemelnek, és különféle gázhalmazállapotú tüzelőanyagokkal működnek. Széles mérettartományban elérhetők: a néhány kilowattos kisebb egységektől akár több megawatt teljesítményű óriásmotorokig (egyes egységek tömege meghaladhatja a 80 tonnát is. A hengerelrendezés és méret szerint lehetnek soros vagy V-motorok, általában négyüteműek, de léteznek kétütemű gázmotorok is speciális alkalmazásokhoz. A motorok fordulatszáma szerint beszélhetünk nagy fordulatszámú (1000–2000 f/perc tartományban) és lassújárású (akár 300 f/perc körüli) gázmotorokról. A modern gázmotorok többsége turbófeltöltött, és üzemelhet sztöchiometrikus (közel egyenletes légfelesleg tényező) vagy szegény keverékes égéssel a nitrogén-oxidok kibocsátásának csökkentése érdekében.

Tüzelőanyag fajták: Az ipari gázmotorok többféle gázüzemanyagot használhatnak. Leggyakoribb a vezetékes földgáz (mely főként metánból áll), ideértve a sűrített földgázt (CNG) és szükség esetén a cseppfolyósított földgázt (LNG) is a szállítás vagy tárolás megkönnyítésére. Emellett egyre elterjedtebb a megújuló forrásból származó biogáz, amelyet például mezőgazdasági hulladékok fermentálásával nyernek. Speciális kategória a depóniagáz (hulladéklerakók gáza) és a szennyvíziszap-gáz, melyek a biodegradáció során keletkező metánban dús gázok. Ezek a „különleges” gázok tipikusan alacsonyabb metántartalmúak (akár ~50% metán) és jelentős szennyezőket tartalmazhatnak: szén-dioxidot (CO₂), kén-hidrogént (H₂S), halogéneket (klór, fluor vegyületek). Például a depóniagáz magas sziloxán tartalma az égés során kovaszerű lerakódásokat okozhat a hengerekben és szelepeken. További lehetséges üzemanyag a propán-bután gáz (LPG), illetve ritkábban bányagáz (szénbányák metánja) vagy fagáz (fa vagy szén elgázosításával nyert szintézisgáz). A motor konstrukcióját és a szükséges kenőanyagot mindig az adott gáz tüzelőanyag sajátosságaihoz igazítják.

Működési elv és ipari felhasználási területek

A gázmotorok működési elve alapvetően megegyezik a hagyományos Ottó-motorokéval: a gáz-levegő keveréket a hengerben dugattyú sűríti, majd gyújtógyertya lobbantja be, az égés pedig mechanikai munkát végez a dugattyún. A keletkező forgó mozgást többnyire egy generátor hasznosítja villamos energia előállítására. A gázmotor nagy előnye a rugalmas terhelhetőség: teljesítménye széles sávban változtatható a hatásfok jelentős romlása nélkül, így részterhelésen is hatékonyan üzemeltethető.

A fő ipari alkalmazási területek között kiemelt szerepet kap az áramtermelés. Sok üzem telepít hálózatra termelő vagy szigetüzemben működő gázmotoros generátorokat fő energiatermelőként vagy szükség esetén tartalék áramforrásként. A gázmotorok emellett kulcsszereplői a kapcsolt hő- és villamosenergia-termelésnek (CHP), ahol a motor hulladékhőjét (a füstgáz, a hűtővíz és olaj hőjét) is hasznosítják fűtési vagy technológiai célokra. Ezzel az összesített energiahatékonyság akár 80–90% közelébe emelhető, szemben egy hagyományos erőmű ~33%-os hatásfokával. Gázmotoros CHP egységeket alkalmaznak például távfűtési rendszerekben, kórházakban, ipari üzemekben, ahol folyamatos hő- és áramszükséglet van.

További fontos terület a gáztovábbítás és gáztömörítés az olaj- és gáziparban. A földgáz szállítórendszerek kompresszorállomásain gyakran több ezer lóerős gázmotorok hajtanak meg nagyméretű gázturbinákat vagy dugattyús kompresszorokat. Előnyük, hogy közvetlenül az áramló gázból nyerik az üzemanyagot, így távoli helyeken, például csővezeték menti állomásokon is autonóm módon tudnak működni. Emellett használatosak ipari szivattyúk, vízemelő rendszerek és vészszivattyúk (pl. tűzivíz-szivattyúk) meghajtására is, különösen olyan létesítményekben, ahol a gáz rendelkezésre áll és megbízható üzemű hajtógépre van szükség.

Az ipari gázmotorok előnye a dízelmotorokhoz viszonyítva a tisztább égés és alacsonyabb károsanyag-kibocsátás. Égéstermékeik kevesebb nitrogén-oxidot (NO_x), szén-monoxidot (CO) és gyakorlatilag korommentes kipufogógázt tartalmaznak, különösen tiszta földgáz tüzelőanyag esetén. Ennek köszönhetően számos országban környezetvédelmi szempontból vonzó alternatívát jelentenek a hagyományos dízel-generátorokkal szemben például beltéri üzemekben vagy sűrűn lakott területeken lévő telephelyeken.

A gázmotorolajok szerepe és sajátos funkciói

A gázmotorok tartós és megbízható üzemeltetésének kulcsa a megfelelő kenőanyag használata. A gázmotorolaj elsődleges funkciói megegyeznek más motorolajokéval: csökkenti a súrlódást és a kopást a mozgó alkatrészek között, hűti a motoralkatrészeket azáltal, hogy hőt von el tőlük, és segít a tömítésben (pl. hengerfal és dugattyúgyűrű között olajfilm zárja el a gáz szivárgási útját). Emellett az olaj tisztító hatású: a benne lévő detergens (tisztító) és diszpergens (ülepedésgátló) adalékok feladata a keletkező lerakódások és szennyeződések feloldása, szuszpendálása, hogy azok ne rakódjanak le a motor belső felületein. A gázmotorolaj keringése során a szűrőrendszer kiszűri ezeket a szennyeződéseket.

A gázmotorok speciális üzemanyagai miatt a kenőolajnak a fentieknél több kiegészítő szerepet is be kell töltenie. Mivel a földgáz és rokon tüzelőanyagok égése kevés kormot termel, a motorolaj nem lesz kormos, viszont más jellegű szennyeződések jelennek meg. Az égés során keletkező savas komponensek – például a biogázban lévő H₂S-ből képződő kénes savak vagy a klóros/fluoros vegyületekből származó sósav és HF – korrozív támadást intézhetnek a motor belső fém alkatrészei ellen. A gázmotorolaj egyik fontos feladata ezeknek a savaknak a semlegesítése. Ezt a detergens adalékok bázikus (lúgos) kémhatása biztosítja, amely a bázisszám (TBN – Total Base Number) értékében nyilvánul meg. A megfelelő motorolaj magas bázistartaléka véd a korrózió ellen azáltal, hogy a savakat ártalmatlan sókká alakítja.

További kihívás a gázmotoroknál a folyamatos, magas hőmérsékletű üzem. A kipufogógáz hőmérséklete egy gázmotorban jellemzően 165–235°C-kal magasabb lehet, mint egy dízelmotorban, ráadásul sok állómotor napi 24 órában, folyamatos üzemben működik. A gázmotor-olajnak ezért kiemelkedő hő- és oxidációs stabilitással kell rendelkeznie, hogy ellenálljon a hosszú távú hőterhelésnek anélkül, hogy besűrűsödne vagy lerakódásképző lakkok és iszapok alakulnának ki benne. A gázmotorolajok speciális antioxidáns és fémdeaktiváló adalékokat tartalmaznak, melyek gátolják az olaj levegővel és égéstermékekkel való káros reakcióit. Emellett figyelembe kell venni a nitrálódás jelenségét is: a gáztüzelésű motorokban az égés során keletkező NO_x gázok egy része érintkezésbe kerül az olajjal, és kémiai reakcióba lép vele, nitrát- és nitrit-származékokat hozva létre. A nitrálódás fokozatosan növeli az olaj savszámát és lerakódásokat (szilárd nitrát-sók, lakk) okozhat, ami a gázmotor-olaj öregedését, sűrűsödését és kenési tulajdonságainak romlását eredményezi. A jó gázmotor-olaj nitrálódásgátló adalékokkal és gondosan megválasztott bázisolajjal készül, hogy ellenálljon a nitrálódásnak és hosszú üzemidő alatt is megőrizze stabilitását. A teljesen telített szerkezetű paraffinos bázisolajok, pl. bizonyos szintetikus PAO-k, kevésbé hajlamosak a nitrálódásra.

Összességében a gázmotorokhoz kifejlesztett kenőanyagoknak egyszerre kell védeniük a motort a kopástól, a korróziótól és a lerakódásoktól, valamint biztosítaniuk kell a megbízható működést a hosszú csereperiódusok alatt. Ahogy az iparági szakértők rámutatnak, egy modern gázmotorolajnak gyakorlatilag olyan igénybevételt kell elviselnie, mintha egy személyautó motorja tíz éven át, megállás nélkül, maximális terheléssel üzemelne olajcsere nélkül. Ennek fényében érthető, hogy miért nélkülözhetetlen a speciális adalékolású és magas teljesítményszintű olaj alkalmazása ezekben a gépekben.

Gázmotorolajok összehasonlítása más motorolaj-típusokkal

A gázmotorok kenőolajai több szempontból is eltérnek a hagyományos dízel- vagy benzines motorolajoktól, mivel a motorok üzemi körülményei és igényei is különbözőek. Az alábbiakban összehasonlítjuk a gázmotorolajok és más motorolajok jellemzőit, különös tekintettel az adalékolásra, hamutartalomra, oxidációs stabilitásra és nitrálódás-ellenállásra.

• Additív összetétel: A dízelmotor-olajok jellemzően nagy mennyiségű detergens és diszpergens adalékot tartalmaznak a korom és égési melléktermékek kezelésére, valamint jelentős mennyiségű cink-foszfor bázisú kopásgátló adalékot (ZDDP) a nagy terhelésű alkatrészek védelmére. A gázmotorolajok ezzel szemben kevesebb detergens/diszpergens adalékot igényelnek, mivel a gáztüzelés tiszta égésű, korommentes folyamat. Így lehetővé válik az alacsonyabb hamutartalmú formulák alkalmazása. Ugyanakkor a gázmotorolajok adalékcsomagjában kiemelt szerepet kapnak az oxidáció- és nitrálódásgátló adalékok, amelyekre a folyamatos magas hőmérsékletű és NO_x-hatású környezet miatt nagyobb szükség van. A benzines személyautó-olajokkal összevetve a gázmotorolajok adalékolása inkább a haszongépjármű/dízel olajokhoz hasonlít, de módosított arányokkal: kevesebb koromdiszpergens, több hőstabilizáló adalék. Fontos különbség még, hogy a gázmotorolajoknál gyakran korlátozni kell bizonyos adalékok mennyiségét (pl. a ZDDP-t), ha a motor után katalizátor van beépítve – a foszfor és cink ugyanis mérgezi a katalizátor aktív felületét. Így a gázmotorolajok egy része alacsony foszfortartalmú, hasonlóan a modern „low-SAPS” motorolajokhoz.
• Hamutartalom: A motorolaj szulfáthamu-tartalma az olaj adalékaiban (detergensek, diszpergensek, kopásgátlók) lévő fémes elemek (kalcium, magnézium, cink, bárium stb.) égéstermékének hamuja. A hamu a dízelmotorokban segít a korom szuszpendálásában, azonban a gázmotorokban fő funkciója a szelepvédelem és a savsemlegesítés (TBN). A dízelmotor-olajok tipikusan közepes vagy magas hamutartalmúak (~1% vagy afölötti), ami biztosítja a magas bázistartalékot és a koromkezelést. Ezzel szemben a gázmotorolajoknál gyakori az alacsony (0,2–0,6% közötti) vagy közepes hamutartalom (0,7–1,2%), sőt bizonyos kétütemű alkalmazásokhoz hamumentes (<0,1%) olajokat is használhatnak. Az alacsonyabb hamutartalom csökkenti a hamulerakódások esélyét a hengerfejen és a dugattyún, ami fontos a kopogás és a gyújtógyertya-zárlatok elkerülése végett. Ugyanakkor kell egy minimális hamuszint: a négyütemű gázmotoroknál egy vékony védő hamulepedék képződik az kipufogó szelepülékeken, ami megakadályozza a szelep beülését a hengerfejbe. Ha a hamutartalom túl alacsony, ez a védőréteg elmarad és a szelepütközés nyomán idővel szelepülék-kopás (szelep beégés, visszaesés) jelentkezhet. Fordított esetben, ha az olaj hamutartalma túl magas a szükségeshez képest, a felesleges hamu lerakódik az égéstérben és a szelepeken, ami forró lerakódásokat okozhat. Ezek a lerakódások csatornát égethetnek a szelep élébe (szelep átvésés, torching), illetve forró gócként előgyújtáshoz és kopogáshoz vezethetnek, rontva a motor teljesítményét és akár károsítva is azt. Ezért kritikus az optimális hamutartalmú olaj kiválasztása: épp elegendő hamu a szelepvédelemhez és savsemlegesítéshez, de nem több a kelleténél.
• Oxidációs és nitrálódási stabilitás: A folyamatos magas hőterhelés miatt a gázmotorolajoknál az oxidációs stabilitás elsőrangú követelmény. Míg egy haszongépjármű dízelolajat jellemzően néhány száz üzemóra után lecserélnek, addig egy gázmotorolajjal több ezer órás üzemet is terveznek. A dízelolajoknak is ellen kell állniuk az oxidációnak, de a gázmotorolajok formuláját kifejezetten úgy alakítják ki, hogy a hosszan tartó hő és oxigén jelenlétében is lassítsák az olaj megvastagodását és az oxidációs melléktermékek (gyanták, lakkszerű filmek) képződését. Ehhez magas minőségű (akár csoport II-III bázisú) alapolajokat használnak és erős antioxidáns csomagot. Nitrálódás tekintetében a különbség még szembeötlőbb: a dízel- és benzines olajoknál ez a jelenség ritkán központi probléma, gázmotoroknál viszont komoly gondot okozhat. A nitrációs folyamat során keletkező anyagok az olaj sűrűsödését, savasodását és lerakódás-képző hajlamát fokozzák. A gázmotor-kenőanyagok ezért nitrálódásgátló tartalékokkal bírnak, és olyan alapolajokból készülnek, melyek kevésbé érzékenyek erre (pl. telítettebb szerkezetű hidrokrakkolt (HC) olajok). A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy egy kiváló minőségű gázmotorolaj sokkal tovább képes megőrizni megfelelő viszkozitását és tisztaságát magas hőmérsékleten, NO_x jelenlétében, mint egy átlagos motorolaj – így biztosítva a hosszú csereperiódust.

Összefoglalva, a gázmotorolajok speciális kiegyensúlyozott adalékcsomaggal rendelkeznek: elegendő detergens a védelemhez, de visszafogott hamutartalommal; erős antioxidáns és korroziógátló képesség; valamint magas bázistartalék a savak semlegesítésére. Ezek az olajok általában SAE 40-es vagy SAE 30-as egyfokozatú (monograde) viszkozitásúak (a stabil környezeti hőmérsékletű, folyamatos üzem miatt nincs akkora igény a többfokozatú olajokra, bár léteznek 15W-40 típusú gázmotorolajok is speciális esetekre. Egyes gázmotorolajok szintetikus alapolajból készülnek a még jobb hőállóság érdekében. Ezzel szemben a dízel és benzines motorolajok széles viszkozitási skálán (0W-20-tól 15W-40-ig stb.) érhetők el, mivel járművekben a hidegindíthatóság és üzemanyag-takarékosság miatt a többfokozatú olajok elterjedtek.

Fontos különbség továbbá, hogy a gázmotorolajokra nincsen egységes nemzetközi teljesítményszabvány (mint pl. API vagy ACEA kategóriák). A dízel- és benzinmotorolajokkal ellentétben – ahol például API CI-4 vagy ACEA E7 minősítések könnyen eligazítanak – a gázmotorolajok esetén többnyire a gyártóművi jóváhagyások és specifikációk a mérvadóak. Erre a célra az egyes motorfejlesztők saját teszteket és normákat alkalmaznak, amelyeket a kenőanyaggyártóknak teljesíteniük kell. Néhány iparági irányadó példa: a MAN M 3271-2 számú előírás, mely a MAN cég gázmotorjaihoz alkalmas olajok követelményeit rögzíti, vagy a GE Jenbacher TA 1000-1109 műszaki utasítás, amely a Jenbacher (INNIO) 2., 3., 4. és 6. típusú gázmotorjaihoz ajánlott olajokat és azok paramétereit osztályozza. Ezek a szabványok tipikusan előírják az olaj viszkozitását, hamutartalmát, minimális bázisszámát, foszfor- és szulfáttartalmát, valamint az elvárt teljesítőképességet (pl. lerakódásképződés és kopás szempontjából) különböző üzemanyag-minőségek mellett. A beszerzőknek tehát mindig ellenőrizniük kell, hogy a választott kenőanyag rendelkezik-e a motor gyártója által megkövetelt jóváhagyással.

Gázmotorolajok csoportosítása és kiválasztása

Az ipari gázmotorokhoz használatos olajok több szempont szerint osztályozhatók. A legfontosabb csoportosítási tényezők a hamutartalom, az alkalmazási (üzemeltetési) környezet vagy üzemanyag típusa, valamint a motor konstrukciója. Ezen kategóriák sokszor átfedésben vannak, és egy adott olaj kiválasztásánál mindet figyelembe kell venni.

Hamutartalom szerinti kategóriák

Ahogy a korábbiakban részleteztük, a gázmotorolajakat a szulfáthamu-tartalmuk alapján négy fő kategóriába sorolják:

• Hamutmentes (ashless): <0,1% hamu. Ilyen olajokban gyakorlatilag nincs fémes adalék, speciális kétütemű vagy egyéb érzékeny alkalmazásokhoz használatosak, ahol a legkisebb hamulerakódás is gondot okozna.
• Alacsony hamutartalmú (low ash): ~0,2–0,5% hamu (egyes források szerint 0,6%-ig). Ezek a legelterjedtebb gázmotorolajok, különösen (tiszta) földgáz üzemű motorokhoz. Elegendő bázistartalékkal bírnak a mérsékelten szennyezett gázokból származó savak semlegesítéséhez, és minimális lerakódást hagynak maguk után. Magyarországon és Európában tipikusan ez a kategória az alapértelmezett választás a tiszta gáztüzelésű motorokhoz.
• Közepes hamutartalmú (medium ash): ~0,5–1,0% (egyes definíciók szerint 1,2%-ig). Ezt a csoportot főleg szennyezettebb tüzelőanyagokhoz (például biogáz, depóniagáz) ajánlják, illetve olyan négyütemű motorokhoz, ahol szükséges némi extra védelem a szelepeknél. A közepes hamu több bázikus adalékot jelent, így jobban ellenáll a kénes savaknak, viszont több hamulerakódást eredményezhet. Korábbi iparági tapasztalatok szerint a biogáz, depóniagáz, szennyvízgáz üzemű motorokhoz jellemzően közepes hamutartalmú olajokat alkalmaztak a fokozott savterhelés miatt.
• Magas hamutartalmú (high ash): >1,0–1,5% hamu (egyes régebbi források >2%-nál definiálják). Ma már ritkán használt kategória, csak speciális esetekben. Régebbi konstrukcióknál, például néhány Waukesha gyártmányú négyütemű motornál alkalmaztak magas hamutartalmú olajat, mert azoknál a szelepgeometria miatt extra vastag hamutéteg kellett a szelepülék védelmére. Illetve ha a tüzelőanyag rendkívül korrozív (nagyon magas H₂S tartalom), előfordulhat, hogy csak magas bázisszámú, magas hamutartalmú olaj biztosít elegendő védelmet. Ilyen olaj használata esetén viszont fokozott figyelmet kell fordítani a motor tisztaságára és a gyakoribb szelepkarbantartásra a lerakódások miatt.

Az optimális hamutartalom kiválasztása tehát kompromisszum a védelem és a tisztaság között. Általános elv, hogy a lehető legalacsonyabb hamutartalmú olajat érdemes használni, ami még biztosítja a szükséges védelmet. Ez minimalizálja a lerakódásokat és csökkenti a karbantartási igényt. Ha egy motor üzemanyaga kellően tiszta (pl. kéntelenített biogáz vagy tiszta földgáz), akkor ma már sok gyártó engedélyezi alacsony hamutartalmú olaj használatát ott is, ahol korábban közepes hamut írtak elő. Ezzel szemben szennyezőanyagokban gazdag gázoknál (pl. nyers biogáz szűrés nélkül) nem tanácsos a túl alacsony hamutartalom, mert a savas melléktermékek gyorsan kimerítik az olaj bázistartalékát.

Üzemanyag és alkalmazási környezet szerinti olajok

A gázmotorolaj kiválasztásakor az egyik első kérdés: milyen gáz a motor üzemanyaga, és a gáznak milyen a minősége? A gyártók az olajjóváhagyásaikat rendszerint üzemanyagosztályokhoz kötik. Például a már említett GE Jenbacher TA 1000-1109 dokumentum különbséget tesz A típusú gáz (magas fűtőértékű tiszta gáz, pl. földgáz), B vagy S típusú gáz (speciális, szennyezettebb gázok, pl. biogáz, szennyvízgáz) és katalizátoros üzem között. Hasonlóképpen más gyártók előírják, hogy adott gázminőség esetén milyen hamutartalmú és adalékolású olajat kell használni.

• Földgázhoz készült olajok: Tipikusan alacsony hamutartalmú, hosszú élettartamú olajok. Mivel a normál földgáz kevés szennyezőt tartalmaz, ezek az olajok közepes bázisszámmal is kellő védelmet adnak. Előnyük, hogy tisztán tartják a motort, minimális hamulerakódást okozva. Ilyen olajjal egy modern földgázmotorban akár maximális, gyártó által engedélyezett csereperiódus is elérhető. Ha a motor után háromutas katalizátor van (sztöchiometrikus üzemű motoroknál gyakori az N-SCR katalizátor alkalmazása a NO_x csökkentésére), akkor mindenképp alacsony-foszfor tartalmú, alacsony hamu olajat kell választani a katalizátor védelme érdekében.
• Biogázhoz, depóniagázhoz, szennyvízgázhoz tervezett olajok: Ezeknél a tüzelőanyagoknál jellemző a magas széndioxid (CO₂), hidrogénszulfid (H₂S) és egyéb szennyező komponens. Az ilyen gázok korrózív hatásúak és hajlamosak lerakódásokat okozni (pl. a depóniagáz sziloxán tartalma miatt). Az olaj kiválasztásakor ezért a hangsúly a magasabb bázisszámon van, amely semlegesíti a savakat, illetve az erősebb detergens csomagon, amely meggátolja a lerakódások kialakulását. Hagyományosan közepes hamutartalmú olajokat javasoltak ide, de mint említettük, újabban a gyártók finomabban differenciálnak: például alacsony kéntartalmú biogáz esetén már engedélyezett lehet az alacsony hamutartalmú olaj is. Magas szennyezőanyagú gázoknál viszont marad a közepes hamu, vagy extrém esetben kevert üzem: bizonyos arányban friss olaj folyamatos utántöltése (→ folyamatos olajfrissítés az üzem során, lásd alább az olajcserénél). Összességében az ilyen „nehéz” üzemanyagokhoz készült olajok kémiai stabilitása és savsemlegesítő képessége kiemelkedő, de jellemzően gyakoribb olajcsere-periódust is kell alkalmazni a biztonság érdekében.
• Egyéb gázokhoz (LPG, fagáz stb.): A propán-bután gáz viszonylag tiszta, kéntelen üzemanyag, de nagyobb égési hőt ad, így a motor termikus terhelése magas lehet – általában a földgázhoz hasonló olaj megfelel, de figyelni kell az égéstér hőterhelésére. A fagáz és egyéb szintézisgázok sokszor kátrányos, szilárd szennyező részecskéket tartalmaznak; ezeknél az olaj gyors szűrése és sűrűbb cseréje kulcsfontosságú, inkább egyedi eseti mérlegelést igényel. A bányagáz (szénbányák metánja) gyakran tartalmazhat kénvegyületeket, így olaj szempontjából a biogázhoz hasonló bánásmódot igényel.

Az alkalmazási környezet kifejezés magában foglalja a motor üzemeltetésének módját is: például egy folyamatos üzemben, teljes terhelés közelében járó CHP motor olaja más igénybevételt lát, mint egy csúcsidőben be-ki kapcsoló csúcsterhelési motoré. A hőmérsékleti viszonyok (pl. van-e hatékony hűtőrendszer, mennyire stabil az olaj üzemi hőfoka) és a motor műszaki állapota (új vagy kopottabb motor, olajfogyasztás mértéke stb.) szintén befolyásolhatják, melyik olajjal érhető el optimális eredmény. Általánosságban a motor gyártója ezekre is ad iránymutatást a kézikönyvében, és több olajminőséget is jóváhagy alternatívaként különböző körülményekhez. A beszerző feladata, hogy az üzemeltető mérnökökkel egyeztetve a konkrét üzemanyag és üzemi környezet alapján válassza ki a megfelelő kenőanyagot, amely megfelel a szükséges szabványoknak és jóváhagyásoknak.

Motor típus és konstrukció szerinti követelmények

A gázmotor típusa (kétütemű vs. négyütemű, fordulatszám, méret) szintén meghatározza az olajjal szemben támasztott követelményeket:

• Négyütemű gázmotorok: Ahogy már ismertetett, a kipufogó szelepvédelem miatt jellemzően alacsony vagy közepes hamutartalmú olaj kell. A legtöbb modern ipari gázmotor négyütemű, ezért a legtöbb gázmotorolaj formulát ezekhez optimalizálják. A nagy fordulatú (1200–1500 1/perc) motoroknál az olajnak jó nyírásstabilitással kell bírnia, a turbófeltöltéses motoroknál pedig a magas hőmérsékletű turbócsapágyak védelme is kritikus – ezt az olaj magas antioxidáns tartalma és megfelelő viszkozitása biztosítja. Sztöchiometrikus négyüteműek (különösen katalizátoros rendszereknél) alacsony hamu/foszfor olajat igényelnek, míg a szegénykeverékes (lean burn) motoroknál a hangsúly a nitrálódás elleni védelmen és az oxidációs stabilitáson van, mivel ezek általában magasabb NO_x-szinttel és hőmérséklettel járnak.
• Kétütemű gázmotorok: Ezek főként régebbi vagy speciális (pl. nagyon nagyméretű kompresszormotorok) esetén fordulnak elő. Mivel a kétütemű motoroknak nincsenek kipufogó szelepei, a szelepbeégés nem probléma, ellenben kifúvó nyílásaik (szándékosan nyitott portok) eldugulhatnak, ha hamus lerakódás keletkezik. Ezért a kétütemű gázmotorok hamumentes vagy nagyon alacsony hamutartalmú olajat követelnek, hogy minimalizálják a lerakódást a kipufogójáratokban. Ezen motorok konstrukciója miatt az olajfogyasztásuk magasabb – gyakran az olajat folyamatosan után kell tölteni, sőt egyes nagy kétütemű gázmotoroknál az olaj a tüzelőanyaggal együtt kerül be a hengerbe (olajbefecskendezéses kenés). Ilyen esetben az olajcsere klasszikus értelemben alig szükséges, mert a friss olaj bevitel folyamatos (lényegében veszteséges olajkenés van, melynél a kenőolaj a kenés után elég). A maradék olaj azonban így is kering a forgattyúházban, ezért annak tisztán tartása (szűrése) lényeges.
• Nagy méretű, lassú járású motorok vs. kis, gyors motorok: A nagyobb hengerűrtartalmú, lassabb motorok (pl. egy 300 f/perc, 20 hengeres kompresszormotor) és a kisebb, gyorsabb motorok (1500 f/perc, 8 hengeres generátormotor) olajigénye között is van különbség. A lassú motorokban általában hatalmas olajtöltet van (akár több száz liter), ami hosszabb ideig tartózkodik a motorban – így nagy hangsúly van az olaj tisztításán és víztelenítésén, a jó szűrőrendszeren, mert az olaj sok cikluson megy át. A gyors motorok kevesebb olajjal dolgoznak, gyakran magasabb üzemi hőmérséklettel, tehát ott az olaj termikus stabilitása a szűkebb olajtér miatt különösen fontos. Új trend, hogy a gyártók csökkentik a kenőolaj-rendszer térfogatát és az olajfogyasztást a motorjaikban, hogy csökkentsék az üzemeltetési költségeket és a károsanyag-kibocsátást az olaj elégése révén. Ez viszont azt eredményezi, hogy az olajnak kisebb mennyiségben kell ugyanazt a terhelést elviselnie, tehát még jobb minőségű olajra és gondosabb állapotfigyelésre van szükség a biztonságos csereperiódushoz.

Olajcsere-periódusok, olajmonitorozás és a használt olaj elemzése

A megfelelő gázmotorolaj alkalmazásával elérhető, hogy a motor hosszú ideig üzemeljen olajcsere nélkül, de természetesen nem korlátlan ideig. A gyártók által ajánlott olajcsere-periódus általában 750 és 1500 üzemóra között mozog az alapbeállítások esetén. Ez azt jelenti, hogy például egy napi 24 órában működő motor esetén akár 1–2 hónapig is futhat a gép egy olajtöltettel a minimum ajánlás szerint. Ugyanakkor ez az érték számos tényezőtől függ: a tüzelőanyag minőségétől, a motor terhelési profiljától, konstrukciójától és általános állapotától. Rosszabb minőségű üzemanyag (magas kéntartalom, szennyezők) esetén vagy kedvezőtlen üzemi körülmények között (túl magas olajhőmérséklet, sok szilárd szennyeződés, poros környezet, nem megfelelő szűrés) az ajánlott csereperiódus jelentősen csökkenhet – akár felére vagy még alacsonyabbra. Ilyenkor a biztonság érdekében 500 üzemóránkénti vagy még gyakoribb olajcserét is alkalmaznak.

Másfelől, megfelelő körülmények között a csereperiódus kiterjeszthető. Számos modern gázmotor esetében – különösen tiszta földgázzal és kiváló minőségű olajjal – 2000-3000 üzemórás olajciklusokat is megvalósítanak. Például a szakirodalomban szerepel olyan eset, ahol egy Caterpillar gázmotorban kezdetben 2200 óránként cseréltek olajat, majd 3000 órára növelték az intervallumot, és 8843 üzemóra után is minimális lerakódást tapasztaltak a motorban. Fontos hangsúlyozni, hogy az ilyen kiterjesztett csereciklus csak akkor biztonságos, ha szigorú olajmonitorozás kíséri.

A rendszeres használt olaj elemzés ma már elengedhetetlen eszköz a gázmotorok karbantartásában. Ennek keretében az üzemeltetők bizonyos üzemóránként (pl. 500 óránként) laboratóriumi vizsgálatra küldenek egy kis mennyiségű használt olajat. Az analízis tipikusan tartalmazza az olaj viszkozitásának mérését, víz- és glikol-tartalmának ellenőrzését (hűtővíz-szivárgás kimutatására), valamint a kopásfémek koncentrációjának vizsgálatát (spektrográffal olyan fémek jelenlétét mérik, mint vas, alumínium, réz, amelyek megemelkedve kopásra utalhatnak). Emellett speciális tesztekkel figyelik az olaj öregedését: ilyen a FTIR (Fourier-transzformációs infravörös) spektrum elemzése, amellyel az oxidációs és nitrációs melléktermékek szintjét követik nyomon. Az összlúgosság (BN vagy TBN) mérése jelzi, mennyi bázis adalék maradt az olajban a savak semlegesítésére, míg az összsavszám (TAN) megmutatja, mennyire savasodott el az olaj – ha a BN erősen lecsökken vagy a TAN megemelkedik, az figyelmeztet a kimerült adalékokra. Az oldhatatlan szennyezők és a korom/nagyrészecske-tartalom szintén mérhetőek szűrőbetéten vagy centrifugálással.

Az olajmonitorozás eredményei alapján lehet dönteni az optimális csereidőpontról. Ha az analízis jó állapotot mutat (adalékok még vannak, minimális kopás és öregedés), a csereidő kissé tovább tolható, de ha bármely paraméter határértéket ér el (pl. nitrálódási index magas, viszkozitás megváltozott, túl sok a vas kopadék), akkor ideje olajat cserélni. Egy jól beállított olajanalízis programmal nemcsak a csereperiódus tolható ki biztonságosan, de előre jelezhetők bizonyos hibák is (pl. ha hirtelen sok alumínium jelenik meg az olajban, az dugattyúkopást vagy csapágyhibát jelezhet, így még súlyos károsodás előtt be lehet avatkozni).

Természetesen a végtelenségig az olaj sem használható: ha túlfuttatják a kenőanyagot, az adalékai kimerülnek, és a felhalmozódó savak, oxidációs termékek lerakódásokhoz, iszaphoz és korrózióhoz vezethetnek. Túlzottan túlhúzott csereperiódus esetén kialakulhatnak ragacsos lakklerakódások a dugattyúk alatt és a gyűrűkben, ami a gyűrűk beragadását okozza; iszap keletkezhet a hűvösebb részeken, eltömítve az olajjáratokat és szűrőket. A savas olaj kikezdheti a csapágyfelületeket, a hamu és lerakódás pedig megnöveli a szelepkopás és kopogás esélyét. Ezért bár csábító a csereperiódusok nyújtása a költségcsökkentés miatt, mindig be kell tartani a biztonsági korlátokat és figyelni az olaj állapotát. Az olajszűrők rendszeres cseréje is fontos ilyenkor, mert a hosszabb ciklus alatt több szennyező halmozódik fel bennük.

Meg kell említeni, hogy bizonyos speciális nagy motoroknál alkalmaznak folyamatos olajfrissítést is: ilyenkor egy kisebb mértékű, de állandó friss olaj utántöltés van beépítve a rendszerbe, ami gyakorlatilag lassan cseréli az olajat. Így a használt olaj egy része folyamatosan leeresztésre kerül és friss kerül helyette, kiegyenlítve az öregedést. Ez egy módja a csereperiódus rugalmas hosszabbításának, de jellemzően csak nagyon nagy (és drága) motoroknál gazdaságos.

A megfelelő olaj kiválasztásának jelentősége

Ipari beszerzőként kiemelt felelősség biztosítani, hogy az üzemeltetett gázmotor(ok)hoz a legmegfelelőbb kenőolaj kerüljön beszerzésre és felhasználásra. A megfelelő olajválasztás számos kritikus tényezőre hatással van:

• Motorvédelem és élettartam: A gázmotorok drága beruházások, és elvárt élettartamuk akár évtizedekben is mérhető. A helytelen olajválasztás – például túl magas vagy túl alacsony hamutartalmú olaj alkalmazása – gyorsíthatja a motor alkatrészeinek kopását vagy károsodását (szelepek, dugattyúgyűrűk, csapágyak). A megfelelően jóváhagyott olaj viszont garantálja a szükséges védelmet a kopás és korrózió ellen, így csökkenti a váratlan meghibásodások kockázatát. A szelepek védelme, a dugattyúk tisztántartása és a gyújtógyertyák élettartama mind függ az olajtól.
• Üzemeltetési költségek: Bár egy csúcsminőségű gázmotorolaj literára magasabb lehet, a használatával gyakran hosszabb olajcsere-intervallum érhető el, kevesebb állásidővel és karbantartási ráfordítással. Ez közvetlen költségmegtakarítást jelent az olajfogyasztásban és a leállások ritkaságában. Ráadásul a jobb olaj csökkentheti az üzemanyag-fogyasztást is marginálisan (kisebb súrlódás) és mérsékelheti a nagyjavítások, alkatrészcserék gyakoriságát. Egy nem megfelelő olaj miatt bekövetkező motorhiba vagy lerakódás miatti hatásfok-romlás viszont nagyságrendekkel többe kerülhet, mint amennyit az olajon lehetne spórolni. Tehát a teljes élettartam-költséget tekintve a helyes olaj kiválasztása jelentős megtakarítást hozhat.
• Karbantartási intervallumok optimalizálása: A cél az, hogy a motor a lehető leghosszabb ideig üzemeljen biztonságosan két karbantartás (és olajcsere) között. A megfelelő olaj segít ebben azáltal, hogy lassabban öregszik, tovább megőrzi adalék-kapacitását, így kitolja a szükséges csere idejét. Emellett a használtolaj-elemzés eredményei is megbízhatóbbak, ha jó minőségű olajjal indulunk, mert előre láthatóbb, lineárisabb lesz a kopás és az öregedés trendje. A beszerzőnek érdemes figyelembe vennie az olajválasztásnál, hogy a gyakoribb cserék munkaidő-ráfordítása, a leállási idők költségei, valamint a fáradt olaj ártalmatlanításának költsége összeadódnak – nem biztos, hogy a legolcsóbb olajjal érhető el a leggazdaságosabb üzem.
• Gyártói garancia és megfelelőség: Az ipari gázmotorok általában garanciális feltételekhez kötik a kenőanyagok használatát. Ha a motorhoz előírt specifikációt (pl. MAN, Jenbacher vagy más OEM norma) nem teljesítő olajat használnak, az a garancia elvesztéséhez vezethet, illetve a gyártó megtagadhatja a felelősséget egy esetleges hiba esetén. A beszerzés során ezért alapvető fontosságú ellenőrizni, hogy a választott termék rendelkezik a szükséges jóváhagyásokkal. Általában a neves olajgyártók adatlapjain feltüntetik a teljesített iparági szabványokat és gyártói jóváhagyásokat – ezeket alaposan át kell nézni. Ha pl. egy Jenbacher motorhoz TA 1000-1109 szerinti A kategóriájú (földgáz) olaj kell, akkor csak olyan terméket szabad választani, amely erről tanúsítvánnyal bír.
• Környezetvédelmi és üzembiztonsági szempontok: A megfelelő olaj csökkenti a károsanyag-kibocsátást is – pl. alacsony hamutartalmú olajjal kevesebb szilárd részecske és hamu jut a környezetbe vagy a kipufogógáz-utókezelő berendezésekbe. Egy jó olaj használata mellett a katalizátorok tovább élnek (mert kevesebb mérgező anyaggal találkoznak), és a motor is tisztábban üzemel, kevesebb füsttel. Ez javítja az üzem biztonságát és megfelelését a környezetvédelmi előírásoknak.

Végül, ipari beszerzőként érdemes szorosan együttműködni a karbantartó csapattal és a kenőanyag-szállító szakembereivel. Minden új olajbeszerzés előtt célszerű áttekinteni a motorok aktuális állapotát, az esetleges üzemanyag-összetétel változásokat (pl. más forrásból származó biogáz), és konzultálni arról, hogy az addig használt olajjal voltak-e problémák (lerakódás, rövidülő csereperiódus stb.). A nagy kenőanyaggyártók műszaki szolgálatai is tudnak segíteni az ideális termék kiválasztásában a konkrét alkalmazási adatok alapján.

Összefoglalásul: A gázmotorok és gázmotorolajok világában a részleteknek óriási jelentősége van. A motor típusa, az üzemanyag minősége, az üzemelés módja mind-mind befolyásolja, melyik olaj a megfelelő. A jól megválasztott, iparági szabványoknak megfelelő kenőanyag használatával biztosítható a motor hosszú távú, megbízható működése, a karbantartási költségek optimálisan alacsonyan tartása és a beruházás maximális megtérülése. Beszerzőként az egyik legjobb megtérülésű döntés, ha nem csupán ár alapján, hanem szakmai szempontok figyelembevételével, a gyártói ajánlásoknak megfelelően választjuk ki a gázmotorolajat – ezzel hozzájárulva cégünk üzembiztonságához és gazdasági sikeréhez.