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Pour bénéficier d’une productivité et d’une rentabilité élevées de leur installation, les gestionnaires responsables de l’exploitation ou du service d’entretien et de réparation de moteurs à gaz fixes doivent se concentrer sur la façon de réduire les temps d’arrêt, de maximiser les intervalles de vidange et d’optimiser la performance des moteurs.
L’huile pour moteur à gaz fixe (HMGF) utilisée pour lubrifier le moteur est l’un des éléments clés permettant d’atteindre chacun de ces objectifs. En fait, le lubrifiant peut être considéré comme faisant partie intégrante de la conception d’un moteur. On y réfère parfois en tant que « fluide vital » du moteur, car il circule dans celui-ci, remplissant des fonctions cruciales nécessaires pour maximiser la performance du moteur. L’huile est aussi porteuse de renseignements sur l’état du moteur pouvant être révélés par l’intermédiaire de l’analyse de l’huile.
En allant au-delà des normes d’aujourd’hui avec des lubrifiants qui maximisent la durée de service de l’huile et du même coup, la propreté et la protection antiusure du moteur, les exploitants de moteurs peuvent éviter les coûts d’entretien et les temps d’arrêt inutiles. Ils peuvent aussi réaliser des économies et des profits additionnels en regroupant de façon proactive les lubrifiants utilisés à leur installation.
Le présent rapport technique examine l’impact crucial que les lubrifiants peuvent avoir sur la fiabilité des moteurs et le résultat net d’une installation, avec un accent particulier sur :
Comparativement aux moteurs utilisant d’autres types de carburants (comme du carburant diesel de qualité inférieure et de qualité supérieure), les moteurs à gaz fixes brûlent le carburant plus proprement et à plus haute température en plus de fonctionner à régime constant. Par conséquent, les HMGF doivent être spécialement formulées en fonction de ces caractéristiques uniques.
Le tableau suivant résume comment un moteur à gaz fixe fonctionne et les exigences particulières correspondantes des HMGF :
(comparativement aux moteurs diesels)
Chacun de ces attributs des HMGF est examiné plus en détail dans les pages qui suivent.
L’intervalle de vidange – ou la fréquence des changements d’huile – est étroitement relié à la fiabilité d’un moteur. Les HMGF ayant la capacité de prolonger les intervalles de vidange peuvent résister aux facteurs qui entraînent la décomposition et la dégradation de l’huile. La durée de service accrue de l’huile permet au moteur de fonctionner de façon constante, réduit les cycles d’entretien et procure des économies de coûts.
Les intervalles de vidange sont conçus pour assurer une protection maximale du moteur dans diverses conditions. Ils se mesurent en nombre d'heures durant lequel un moteur peut fonctionner efficacement avant que l'huile ait besoin d'être vidangée.
Le moment de la vidange d'huile est déterminé selon les résultats d'analyse de l'huile en service. Les limites pour l'huile usagée sont définies par le constructeur du moteur à gaz. Ces intervalles varient en fonction de facteurs tels que :
Des intervalles de vidange optimaux permettent au moteur de fonctionner durant une période prolongée avant qu'une vidange d'huile soit nécessaire, sans compromettre la durabilité du moteur.
SENTRON LD 8000, une nouvelle HMGF d'avant-garde des Lubrifiants Petro-Canada, fracasse ce qui était jusqu'ici accepté comme la limite en matière d'intervalle de vidange
SENTRON LD 8000, grâce à sa technologie révolutionnaire, aide les installations à bénéficier d'intervalles de vidange prolongés jusqu'à 300 % plus longs comparativement au principal concurrent classique mondial.
Les résultats sont illustrés dans le Tableau 1.
Dans un essai sur moteur à gaz fixe Caterpillar G3500TALE, l'huile SENTRON LD 8000 a accumulé 8 000 heures dans une application de compression de gaz fixe avec du gaz de pipeline, dans des conditions de charges élevées (> 90 %).
« Hier, 8 000 heures dans un tel moteur, c'était inconcevable. À présent, on ne devrait exiger rien de moins. »
– Sharanie Patterson, Marketing Category Manager, Petro-Canada Lubricants Inc.
Les HMGF SENTRON sont des huiles haute performance et de longue durée destinées aux moteurs à gaz et aux compresseurs de gaz fixes dans un large éventail d'applications, avec un accent particulier sur la production d'énergie et la compression du gaz.
La nouvelle huile SENTRON LD 8000 est un lubrifiant SAE 40 haut de gamme à faible teneur en cendre convenant à l'utilisation :
SENTRON LD 8000 établit une nouvelle norme dans l’industrie en matière d’intervalle de vidange tout en maintenant la propreté et la durabilité des moteurs – allant au-delà de SENTRON LD 5000, qui a haussé la barre en matière de performance des HMGF en 2004 (voir le Tableau 1).
Bien que les intervalles de vidange puissent varier selon l’application, le type de moteur, les conditions environnementales et l’état du gaz, SENTRON LD 8000 démontre une meilleure performance par rapport aux principaux concurrents classiques mondiaux.
SENTRON LD 8000 est conforme et supérieure aux normes de nombreux constructeurs de moteurs différents. Par exemple, une recommandation de vidange typique pour un moteur Waukesha F3521 GSI est de 500 heures (avec des produits classiques et compte tenu d’un appétit et d’une application typiques du moteur). Durant une période d’essai de six mois, SENTRON LD 8000 a atteint plus de 4 500 heures avant de nécessiter une vidange (en service de cogénération avec du gaz de pipeline) (voir la Figure 2).
Tableau 2. Essai sur le terrain de l’huile SENTRON LD 8000 – analyse de l’huile en service dans un moteur Waukesha F3521 GSI
SENTRON LD 8000 démontre d’excellents résultats d’analyse de l’huile en service dans un moteur Waukesha F3521 GSI, dans une application de cogénération à chaleur élevée.
Les HMGF qui offrent des intervalles de vidange prolongés réduisent le besoin de changer l’huile aussi fréquemment, ce qui se traduit par une diminution des temps d’arrêt et une augmentation du temps de disponibilité. Étant donné qu’il existe une forte corrélation entre des moteurs qui fonctionnent continuellement et le résultat net d’une installation, la réduction des temps d’arrêt est un objectif clé pour les exploitants de moteurs à gaz fixes.
En plus de réduire les temps d’arrêt reliés aux vidanges d’huile, les intervalles de vidange prolongés de SENTRON LD 8000 se traduisent par des coûts d’entretien plus bas et une diminution du volume d’huile usagée à éliminer. Il en résulte des activités plus productives et plus rentables.
Les intervalles sont dictés par le taux de dégradation de l’huile. À mesure que l’huile se dégrade, elle acquière certaines caractéristiques; lorsqu’elle se rapproche de certains niveaux maximums spécifiés par les constructeurs, on dit que l’huile a atteint ses limites critiques.
Plusieurs facteurs entraînent la dégradation de l’huile, notamment :
De l’oxydation se produit dans les huiles moteurs lorsque les molécules d’oxygène se combinent chimiquement avec les molécules d’huile. Cela entraîne l’épaississement de l’huile, la formation d’acides et la perte des qualités que l’huile possédait à l’état neuf. L’huile oxydée peut causer des dépôts sur les pistons et les soupapes, ce qui peut diminuer la durée de vie du moteur.
Comme c’est le cas de la plupart des réactions chimiques, l’oxydation de l’huile est accélérée par la chaleur et la pression. Par conséquent, l’oxydation est un problème pour les moteurs à gaz fixes – à la fois les types de moteurs plus anciens et les nouveaux moteurs à mélange pauvre utilisés dans les opérations à haute température et à haute pression.
La chaleur en particulier accélère le processus d’oxydation. De plus, les charges du moteur influent sur les niveaux d'oxygène et la pression à l'intérieur du moteur, ce qui peut accélérer :
Des niveaux élevés d'oxydation nuisent à la performance optimale du moteur, car ils ont les conséquences suivantes :
Pour cette raison, la majorité des nouveaux moteurs de nos jours nécessitent une huile ayant une plus grande résistance à l’oxydation (la capacité de l’huile de résister à la dégradation). Comme on peut le voir à la Figure 1, dans des essais en laboratoire, SENTRON LD 8000 démontre une résistance élevée à l’oxydation (grâce à des antioxydants et à des huiles de base de grande qualité) et par conséquent, une durée de service potentielle exceptionnelle de l’huile.
Figure 1. Oxydation − essai de vieillissement de l’huile
Dans cet essai de vieillissement de l’huile, l’échantillon est exposé à de la chaleur, comme dans un essai IP48, mais au lieu de faire circuler des bulles d’oxygène, on utilise un mélange NOx / O2 / air qui simule le contenu typique des gaz d’échappement d’un moteur à gaz naturel.
Le concept d’oxydation est étroitement relié aux acides qui se forment par suite du processus de combustion. L’oxydation réduit la durée de l’huile et sa capacité de neutraliser les acides. S’ils ne sont pas neutralisés, les acides peuvent attaquer les pièces métalliques des moteurs et leur durée de service ainsi que leur durabilité peuvent en souffrir.
Par conséquent, les HMGF nécessitent :
En ce qui concerne la durabilité des moteurs, un contrôle accru des acides contribue à des intervalles de vidange plus longs et réduit l’usure.
SENTRON LD 8000 va plus loin que SENTRON LD 5000 en matière de résistance à l’oxydation et de neutralisation des acides, offrant une capacité améliorée de prévenir les effets de la formation d’acides.
Dans des essais sur le terrain en situation réelle, SENTRON LD 8000 offre un meilleur contrôle de l’indice d’acidité dans un moteur CAT G3500TALE (voir la Figure 2) comparativement au principal concurrent classique mondial avec du gaz de pipeline, sous des charges élevées (> 90 %) en service de compression de gaz. Un meilleur contrôle de l’indice d’acidité peut améliorer la prévention de la corrosion.
Le maintien de l’indice de basicité (TBN) est une autre mesure qui aide à définir les propriétés de neutralisation d’acide d’une huile. En termes simples, plus le maintien de l’indice de basicité est élevé, plus la capacité de l’huile de neutraliser l’acide est grande. En neutralisant une plus grande quantité d’acide susceptible d’attaquer le métal, l’huile peut réduire au minimum la formation de dépôts, les piqûres et la corrosion.
SENTRON LD 8000 offre aussi un meilleur maintien de l’indice de basicité (TBN) avec du gaz de pipeline, sous des charges élevées (> 90 %) en service de compression de gaz dans un moteur Caterpillar G3500TALE comparativement aux principaux concurrents classiques (voir la Figure 3).
Figure 2. Essai sur le terrain Caterpillar G3500TALE
Figure 3. Essai sur le terrain Caterpillar G3500TALE
La nitration est un autre facteur qui influe sur la durée de l'huile et l'intervalle de vidange. Ce processus intervient naturellement lorsque l’huile est exposée à de la chaleur, à de l’oxygène et à des oxydes d’azote (NOx). Dans les moteurs à gaz, la nitration se produit lorsque l’huile entre en contact avec des composés d’oxyde d’azote. Elle a comme résultat la formation de boue, de vernis et de dépôts, qui peuvent causer de l'usure et réduire le rendement du moteur. Ces dépôts occasionnent aussi le gommage des segments racleurs, accroissent la consommation d'huile et diminuent la durée de vie des composants du moteur.
À l'instar des effets de l'oxydation, des niveaux de nitration élevés nuisent à une performance optimale du moteur en raison des facteurs suivants :
Étant donné que le type d'huile peut définir la résistance à la nitration, il est important de sélectionner une huile de grande qualité qui est capable de résister à la dégradation causée par la température, les oxydes d'azote et les autres contaminants.
Dans certains modèles de moteurs, les NOx créés durant la combustion sont beaucoup plus importants, car il y a un contrôle plus strict du ratio air/carburant (conditions stœchiométriques). Cela entraîne une production accrue de NOx et donc de nitrates (moins d’oxygène libre). Il y a par conséquent de plus grandes chances que les limites critiques pour la nitration ou la formation d’acide nitrique soient atteintes. Ainsi, SENTRON LD 8000 est conçue pour contrôler efficacement la nitration dans ces environnements particuliers, réduisant son impact sur l’huile (voir la Figure 4).
Figure 4. Nitration – Essai de vieillissement de l’huile
Dans cet essai de vieillissement de l’huile, l’échantillon est exposé à de la chaleur, comme dans un essai IP48, mais au lieu de faire circuler des bulles d’oxygène, on utilise un mélange NOx / O2 / air qui simule le contenu typique des gaz d’échappement d’un moteur à gaz naturel.
Les métaux à l’état de traces, les fuites de liquide de refroidissement, la poussière, la saleté et les contaminants dans le carburant que l’on trouve dans l’huile usagée influent aussi sur l’intervalle de vidange. Les métaux comme le fer, le plomb et le cuivre proviennent du contact métal contre métal ou de l’attaque corrosive ou érosive du moteur.
Un lubrifiant haute performance comme SENTRON LD 8000 protège le moteur contre ces contaminants dommageables, ce qui peut accroître les intervalles de vidange et réduire les temps d’arrêt au minimum. Lorsqu’un niveau de contamination excessif est observé, des mesures doivent être prises dès que possible pour contrôler, réduire ou potentiellement éliminer cette contamination de façon à assurer la longévité du moteur.
En résumé, les intervalles de vidange prolongés contribuent à la fiabilité du moteur. Un produit comme SENTRON LD 8000 qui offre un excellent contrôle des acides, de même qu’une résistance à l’oxydation et à la nitration, peut aider une installation à diminuer ses temps d’arrêt et à réduire ses coûts d’entretien et ainsi à accroître sa productivité et sa rentabilité
Comme il a été discuté précédemment, la formation de dépôts (notamment de boue et de vernis) entraîne une perte de rendement et une usure accrue du moteur. Ces dépôts peuvent aussi accroître la consommation d'huile et raccourcir la durée de vie des composants du moteur.
Une HMGF offrant une performance de pointe peut jouer un rôle important en réduisant les dépôts et l'usure sur les soupapes, orifices, pistons, chemises et segments. Elle peut aussi aider à contrôle le renfoncement des soupapes. Cela peut signifier :
Les moteurs alimentés au gaz sont conçus pour fonctionner à 100 % de leur puissance à des pressions et à des températures optimales. À mesure qu'ils fournissent un travail, cependant, des dépôts se forment inévitablement dans le moteur. Ces dépôts sont dus à de nombreux facteurs, y compris les processus d'oxydation et de nitration mentionnés précédemment. Le fait que les moteurs fonctionnent à régime constant et à température constante les rend aussi sujets à la formation de dépôts. Le type de cycle de service du moteur et l'environnement dans lequel il fonctionne jouent aussi un rôle dans la formation de dépôts.
Il est essentiel de réduire la formation de dépôts excessifs pour optimiser le rendement des opérations, diminuer les temps d'arrêt et maximiser les profits. Lorsque les moteurs sont chargés de dépôts, leur rendement peut en souffrir, ce qui risque d'entraîner :
En raison de ces dommages potentiels aux moteurs, les installations procèdent au déclassement des moteurs et réduisent les charges. Cette diminution des charges réduit la puissance des moteurs et peut se répercuter sur le résultat net.
Les dépôts peuvent aussi entraîner une usure accrue lorsqu'ils se forment dans les gorges de segment et empêchent les segments de se mouvoir.
Les dépôts peuvent entraîner un préallumage, ce qui créé de l’instabilité dans le moteur. Le rendement du moteur peut alors en souffrir.
Par exemple, si les pistons ne peuvent monter et descendre librement, davantage d'énergie est utilisée. Le moteur doit donc travailler plus fort pour atteindre le même résultat, consommant par le fait même plus d'énergie, ce qui peut faire augmenter les coûts d'exploitation.
Lorsqu’un moteur est déclassé, c’est parce qu’il ne fonctionne pas à des niveaux optimaux. Cela est souvent dû à la présence de dépôts qui soumettent le moteur à un stress additionnel jusqu'au point où il devient nécessaire de réduire sa puissance. Un moteur déclassé fonctionne à une température plus basse, ce qui occasionne une combustion incomplète et fait en sorte que davantage de dépôts se forment sur les surfaces métalliques et s'accumulent dans le moteur.
Une HMGF qui contribue à la propreté du moteur peut aussi aider à réduire le déclassement des moteurs et à maximiser leur performance.
Ce ne sont pas tous les dépôts qui sont indésirables et dommageables.
Certains dépôts, sous la forme de cendre, sont nécessaires pour protéger les soupapes et prévenir le renfoncement des soupapes (la compression et l'usure prématurée du siège et de la tige de soupape dans la culasse).
Le résidu de cendre, qui persiste après que l'huile est brûlée durant l'opération, aide à prévenir le renfoncement prématuré des soupapes en formant une couche protectrice sacrificielle sur le siège de soupape et la tige de soupape, afin d'absorber l'impact entre les deux pièces lorsque celles-ci entrent en contact.
SENTRON LD 8000 aide à prévenir les dépôts excessifs - qui autrement entraîneraient une consommation d'huile élevée - et à réduire l'usure et le contact des pièces métalliques.
Dans des essais sur le terrain en situation réelle, SENTRON LD 8000 a démontré un contrôle exceptionnel des dépôts, avec une protection antiusure qui améliore la fiabilité et réduit les temps d'arrêt. Ces résultats démontrent une excellente propreté des pistons, ce qui peut contribuer à une consommation d'huile réduite et à une durée de vie accrue du matériel entretenu selon un programme d'intervalles de vidange prolongés (voir les tableaux 3 et 4).
Tableau 3. Essai sur le terrain de SENTRON LD 8000 – moteur Waukesha F3521 GSI – sommaire des conditions de fonctionnement du moteur
SENTRON LD 8000 démontre une faible cote de démérite pour les dépôts totaux sur les pistons dans un essai sur moteur Waukesha F3521 GSI, dans une application de cogénération à chaleur élevée.
Dans des essais sur le terrain, SENTRON LD 8000 a aussi démontré une propreté et un contrôle des dépôts exceptionnels dans un moteur à gaz fixe Caterpillar G3500TALE, dans une application de compression de gaz avec du gaz de pipeline et sous des charges élevées (>90 %) (voir le Tableau 4).
Tableau 4. Essai sur le terrain de SENTRON LD 8000 – moteur Caterpillar G3500TALE – sommaires des conditions de fonctionnement du moteur
Dans cet essai sur le terrain, SENTRON LD 8000 obtient un meilleur résultat que le principal concurrent intermédiaire mondial en ce qui concerne la cote de démérite pour les dépôts totaux sur le piston, ainsi que pour la formation de boue.
SENTRON LD 8000 a aussi été testée dans un moteur à gaz fixe Caterpillar G3516TALE neuf, dans une application de compression de gaz. Le moteur a été inspecté après 8 645 heures de service et son intervalle de vidange a été aussi long que la durée de l’essai sur moteur (voir les figures 5 à 11).
Figure 5. Piston
Très propre, sans aucune boue ni aucun vernis. Des dépôts minimes et du vernis sont visibles dans la zone des cordons de piston et des gorges de segment.
Figure 6. Tête de piston/face feu de la culasse
Dépôts minimaux de cendre excédentaire.
Figure 7. Chambre de combustion (sans soupape)
Très peu de résidu, appui complet des soupapes et dépôts excédentaires minimaux sur les sièges de soupape.
Figure 8. Soupapes
Vernis minimal sur les tiges de soupape, aucun dépôt de cendre excédentaire et motifs symétriques sur la tige indiquant la liberté de mouvement.
Figure 9. Bougies
Aucun dépôt excédentaire.
Figure 10. Face inférieure de la tête de piston
Immaculée.
Figure 11. Chemise de cylindre
Polissage négligeable de l'alésage et motif hachuré intact.
Après un essai sur le terrain de 6 500 heures dans un moteur à gaz fixe MAN E2842 LD322, d’une puissance de 420 kW à 1 500 tr/min avec du gaz de pipeline, SENTRON LD 8000 a laissé un dépôt de cendre très mince et bénéfique sur les culasses, les soupapes et les pistons. Les chemises de cylindre étaient en bon état avec le motif hachuré facilement visible.
Les dépôts excessifs peuvent se traduire par des coûts d’équipement et d’entretien accrus et avoir une incidence à la fois sur la fiabilité des moteurs et le résultat net de l’installation.
En résumé, les conditions de fonctionnement rigoureuses propres aux moteurs à gaz exigent une HMGF offrant à la fois une performance et une durée accrues de l’huile, tout en aidant à maintenir un excellent contrôle des dépôts dans le moteur.
Selon les essais sur le terrain, SENTRON LD 8000 peut faire en sorte que les moteurs soient parmi les plus propres qui soient en termes de dépôts. Sa technologie d’additifs perfectionnée et sa formulation au moyen d’huiles de base pures contribuent à la longévité des moteurs grâce à une durabilité et à une propreté améliorées.
À mesure que l’industrie conçoit de nouveaux moteurs, des lubrifiants novateurs sont aussi développés pour les protéger. Les HMGF SENTRON des Lubrifiants Petro-Canada sont des produits haute performance ayant fait leurs preuves en situation réelle dans un large éventail de conditions.
SENTRON LD 8000 a été mise au point pour repousser une fois de plus les limites de la performance, permettant aux Lubrifiant Petro-Canada de conserver leur position de chef de file sur le marché des HMGF en offrant une résistance accrue à l’oxydation et à la formation d’acides, des coûts d’entretien préventif réduits et un contrôle des dépôts amélioré.
La technologie d’avant-garde de SENTRON LD 8000 fournit aux gestionnaires d’installation ou de service d’entretien et de réparation un lubrifiant SAE 40 à faible teneur en cendre révolutionnaire fabriqué à partir d’huiles de base pures à 99,9 % – parmi les plus pures du monde, offrant les avantages clés suivants :
SENTRON LD 8000 est offerte pour les mêmes applications que SENTRON LD 5000 et d'autres encore. Elle convient idéalement :
SENTRON LD 8000 est conforme et supérieure aux normes de nombreux constructeurs différents avec approbations ou vérifications de constructeurs sélectionnés, y compris :
SENTRON LD 8000 est disponible dans les conditionnements et unités de gestion de stock suivantes (peut varier selon l'emplacement géographique) :
En résumé, les intervalles de vidange des HMGF, qui sont notamment basés sur la résistance à l’oxydation et à la nitration, le contrôle des dépôts et la propreté du moteur, jouent un rôle essentiel sur le plan de la fiabilité des moteurs et du résultat net d’une installation. Spécifiquement :
Afin d’atteindre une fiabilité maximale des moteurs et un résultat net optimal, les gestionnaires responsables de l’exploitation ou du service d’entretien et de réparation doivent sélectionner une HMGF qui offre des intervalles de vidange prolongés et un contrôle exceptionnel des dépôts.
Blogue de ComGen Power Solutions. 2 Engine Oil Killers, Revolutions Per Minute. 25 février 2010.
Extending Oil Drain Intervals – Addressing the Root Cause. Bulletin Lubetrak. 2004
Leugner, Lloyd. Natural Gas Engine Lubrication and Oil Analysis – A Primer in Predictive Maintenance and Condition Monitoring. Machinery Lubrication. 2004.
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Documentation sur les essais sur le terrain de l'huile SENTRON LD 8000 (LUB3091)
