Попутный нефтяной газ старит масло в ГПУ быстрее сетевого. Сероводород съедает щелочной резерв, тяжёлые углеводороды разбавляют масло, а состав газа меняется вместе с режимом промысла. Разбираем, что из этого следует для выбора масла и для лабораторного контроля.
- На попутном газе масло стареет сразу по трём направлениям: кислоты из сероводорода, разбавление тяжёлыми углеводородами и тепловая нагрузка из-за низкого метанового числа.
- Выбирать нужно масло с запасом щелочного числа при допустимой производителем зольности, а не «самое щелочное».
- Интервал замены на попутном газе без анализов не назначить: состав газа меняется, а вместе с ним и скорость старения масла.
- Главные строки протокола: щелочное и кислотное число, вязкость при 100 °C, температура вспышки, медь и свинец.
Чем попутный газ отличается от сетевого
Сетевой природный газ — это в основном метан, обычно больше 90 %. Попутный нефтяной газ (ПНГ) выделяется из нефти при сепарации. Его состав зависит от месторождения, ступени сепарации и режима добычи. Метана в нём может быть около двух третей, а в «жирном» газе — четверть и меньше. Остальное — этан, пропан, бутаны и более тяжёлые углеводороды, азот, углекислый газ, иногда сероводород и вода.
Для двигателя отсюда три следствия. Тяжёлые углеводороды снижают метановое число: смесь легче детонирует, и производители ГПУ снижают для такого газа допустимую мощность. Сероводород при сгорании даёт оксиды серы, а они — кислоты. Наконец, из-за нестабильного состава двигатель сегодня и через полгода может работать на разном топливе.
Что попутный газ делает с маслом
Сероводород: кислоты и падение щелочного числа
При сгорании сероводород превращается в диоксид и триоксид серы. С водяным паром из продуктов сгорания они образуют сернистую и серную кислоты, а те с картерными газами попадают в масло. Нейтрализуют их моющие присадки, поэтому щелочное число (TBN) падает быстрее, чем на сетевом газе, а кислотное (TAN) растёт. Когда щелочной резерв исчерпан, кислоты начинают разъедать металл. Первыми страдают вкладыши подшипников — в анализе это видно по росту меди и свинца.
Тяжёлые углеводороды: разбавление
Часть несгоревшей смеси всегда прорывается мимо колец в картер. Метан из масла улетучивается, а пропан, бутаны и более тяжёлые фракции частично растворяются и конденсируются в нём — особенно если масло работает недостаточно прогретым. Масло разжижается: падают вязкость при 100 °C и температура вспышки, плёнка на вкладышах и между кольцом и гильзой становится тоньше.
У разбавления есть коварная сторона. Нитрование и окисление вязкость поднимают, разбавление — опускает. Если на попутном газе вязкость от пробы к пробе стоит на месте, это не всегда хорошо: возможно, оба процесса идут одновременно и маскируют друг друга. Поэтому нитрование и окисление смотрят отдельно, по ИК-спектру.
Низкое метановое число: тепловая нагрузка
Газ с тяжёлыми углеводородами склонен к детонации. Её отводят регулировкой зажигания и снижением мощности, но запас до детонации на попутном газе меньше. Работа ближе к этой границе — это повышенная тепловая нагрузка на поршень и кольца. Масло в этой зоне окисляется быстрее, растёт риск отложений в канавках колец.
Есть и четвёртый фактор — вода и капельная жидкость. Если подготовка газа их не убирает, вода в масле ускоряет окисление и вместе с серой даёт кислоты, а конденсат усиливает разбавление.
Какое масло выбирать для попутного газа
Логика та же, что для любого газа (порядок подбора — в статье о зольности, TBN и допусках), но с поправками на ПНГ.
- Допуск и класс газа. Сначала — что разрешает производитель двигателя для вашего топлива. Производители по-разному относят попутный газ к классам топлива и по-разному ограничивают в нём серу и тяжёлые углеводороды. Уточняйте по документации на конкретную модель.
- Щелочное число — при допустимой зольности. На газе с сероводородом нужен запас TBN, но поднимать его за счёт золы нельзя: зола — это отложения и калильное зажигание (миф № 1). Смотрите, сколько щёлочности масло даёт на единицу золы.
- Стабильная вязкость. Масло должно оставаться в классе SAE 40 и при разбавлении, и при нитровании. Ориентиры в паспорте — индекс вязкости и испаряемость по Noack.
- Фосфор — если на установке стоит катализатор. Его отравляют и сера из газа, и фосфор из масла.
| Масло KATANA | TBN, мг KOH/г | Зола, % | TBN на 0,1 % золы | Когда выбирать |
|---|---|---|---|---|
| MARU GEO LA 40 | 6,8 | 0,46 | 1,48 | попутный газ с сероводородом, шахтный, био- и свалочный газ; двигатели Weichai, Jichai, Yuchai, VMAN, Baudouin |
| MAKURI GEO LA 40 Plus | 5,45 | 0,52 | 1,05 | попутный газ без сероводорода, природный газ и биогаз; алюминиевые поршни; увеличенный интервал по допускам |
| MAKURI GEO LA 40 Ultra | 5,1 | 0,64 | 0,80 | стальные поршни и высокое среднее эффективное давление |
Щелочное число — ASTM D2896, зольность — ASTM D874, по паспортам KATANA. Последний числовой столбец — наш расчёт: щелочное число, делённое на зольность и умноженное на 0,1.
Цифры MARU — главный аргумент для сернистого газа. Зольность у него на уровне самых малозольных масел, а щелочной резерв — как у масел для тяжёлых режимов. Ограничение одно: застывание −21 °C. Для неотапливаемого контейнера зимой это стоит учитывать. Как MARU выглядит рядом с ЛУКОЙЛ ЭФФОРСЕ 4004, которое тоже заявлено для попутного газа, — в сравнении по паспортам.
Интервал замены и пробы
Регламентный интервал производителя рассчитан на эталонный газ. На попутном газе он может оказаться слишком длинным. А при чистом газе и хорошем масле — наоборот, слишком коротким. Понять, какой случай ваш, можно только по динамике анализов (почему календарная замена обходится дороже — в статье «Масло как диагностический инструмент»).
- На старте пробы берут чаще, например каждые 250 моточасов, пока не станет понятна скорость падения щелочного числа. Затем — по результатам, обычно каждые 500.
- Свежее масло той же марки — эталон для ИК-спектра: окисление и нитрование считают от него, по DIN 51453.
- Газ анализируют периодически и обязательно после изменений на промысле: новые скважины, другая ступень сепарации, другой режим подготовки.
- Подготовка газа — отделение капельной жидкости и конденсата, при необходимости сероочистка — часто даёт маслу больше, чем смена марки масла.
| Показатель | Что значит на попутном газе | Тревожный признак |
|---|---|---|
| Щелочное число (TBN) | расход щелочного резерва на кислоты из серы | падение ниже половины от свежего масла или резкий излом тренда |
| Кислотное число (TAN) | накопление кислот | приближение к TBN и пересечение кривых |
| Вязкость при 100 °C | падает — разбавление; растёт — нитрование и окисление | отклонение больше чем на 10–20 % от свежего масла |
| Температура вспышки | разбавление тяжёлыми углеводородами | заметное снижение относительно свежего масла |
| Нитрование и окисление (ИК) | старение масла | рост выше пределов производителя двигателя |
| Медь, свинец | коррозия вкладышей кислотами | рост от пробы к пробе |
| Вода | конденсат из газа | устойчивое присутствие в пробах |
Конкретные пределы задаёт производитель двигателя. Ориентиры по щелочному числу и вязкости — общепринятые для газовых двигателей.
Коротко
- Попутный газ старит масло тремя путями: кислоты из сероводорода, разбавление тяжёлыми углеводородами, тепловая нагрузка у границы детонации.
- Масло выбирают по допуску для вашего газа и по запасу щелочного числа при допустимой зольности. Для сернистого газа в линейке KATANA это MARU GEO LA 40.
- Вязкость на попутном газе может «стоять» потому, что разбавление и нитрование компенсируют друг друга. Смотрите их по отдельности.
- Интервал замены задают анализы масла и газа, а не календарь.
Как устроены пробы и мониторинг при переходе на KATANA, описано в статье «Внедрение смазочных материалов KATANA».
Подберём масло KATANA под ваш двигатель и газ и проведём бесплатную программу мониторинга с МИЦ ГСМ. Пришлите модель двигателя и паспорт газа через форму на странице контактов или позвоните: +7 (499) 450-66-76.