Duże stacjonarne silniki gazowe znajdują powszechne zastosowanie w przemyśle do wytwarzania energii elektrycznej, wtedy, kiedy wymagany jest szybki czas rozruchu, wysoka sprawność oraz zasilanie różnymi rodzajami gazów. Mniejsze silniki gazowe bardzo dobrze sprawdzają się przy wytwarzaniu energii elektrycznej oraz ciepła w miejscu pozyskania paliwa gazowego. Biogaz z oczyszczalni ścieków lub gaz wysypiskowy mogą być cennym paliwem do zasilania gazowych zespołów kogeneracyjnych. Równie cennym paliwem jest gaz kopalniany pozyskiwany z odmetanowania kopalń węgla kamiennego.
Dwa główne zastosowania stacjonarnych silników gazowych to układy sprężania gazu w celu przesłania go na dalszą odległość oraz układy z prądnicą do wytworzenia energii elektrycznej. W pierwszym przypadku silnik gazowy jest połączony ze sprężarką, a w drugim – z generatorem prądu. Silniki gazowe mogą pracować również w układach kogeneracyjnych, w których oprócz energii elektrycznej odzyskiwane jest ciepło z gorących spalin, a także w układach tri- i poligeneracyjnych, w których dodatkowo można produkować chłód oraz parę technologiczną.
Do zasilania stacjonarnych silników gazowych stosuje się różnego rodzaju gazy, oczyszczony gaz ziemny, surowy gaz ziemny zawierający znaczne ilości siarkowodoru, dwutlenku węgla i azotu, gaz wysypiskowy, gaz fermentacyjny, gaz kopalniany oraz LPG lub CNG.
Pochodzenie gazu zasilającego silnik ma decydujący wpływ na dobór oleju oraz warunki eksploatacji silnika. Szczególnie trudne warunki występują przy zasilaniu gazami zanieczyszczonymi.
Silniki zasilane gazem wymagają odpowiednio dobranego oleju smarowego. Wynika to przede wszystkim z tego, że proces spalania paliwa gazowego znacznie odbiega od spalania paliwa ciekłego. Paliwo ciekłe, mieszając się z powietrzem, ulega częściowemu lub całkowitemu odparowaniu i obniża temperaturę mieszanki paliwowo-powietrznej w chwili jej zapłonu lub samozapłonu. Proces ten nie zachodzi przy zasilaniu paliwem gazowym. W komorze spalania występują wyższe temperatury, a cienki film olejowy podlega wyższym obciążeniom termicznym, szybszemu utlenianiu, co ma wpływ na szybszą degradację oleju w czasie eksploatacji. Proces spalania mieszanki gazowo-powietrznej zachodzi znacznie wolniej, szczególnie przy mieszankach ubogich, przez co stosunkowo wysoka temperatura w dłuższym czasie oddziałuje na elementy silnika w komorze spalania oraz na warstwę filmu smarowego. Ma to również wpływ na średnią temperaturę całego silnika i oleju w misce olejowej, co może przyczynić się do zwiększonego zużycia oleju na skutek większych przepływów oleju o niższej lepkości do komory spalania oraz w wyniku większego odparowania oleju.
Przy zasilaniu paliwem gazowym szczególnie wymagane jest utrzymanie silnika w czystości, na co ma wpływ głównie olej smarowy. W wysokiej temperaturze powstaje więcej osadów wysokotemperaturowych, co sprawia, że olej smarowy powinien mieć specjalnie dobrane dodatki dyspergująco-myjące, rozpuszczające w oleju większą ilość osadów. Olej powinien przy tym zachować inne ważne funkcje, w tym bardzo dobre właściwości smarne cienkiej warstwy olejowej.
Biorąc pod uwagę zupełnie inne warunki pracy silnika, przy zasilaniu paliwem gazowym należy szczególnie zwracać uwagę na dobór odpowiedniego oleju. Ze względu na specyficzne warunki pracy olej do stacjonarnych silników gazowych ma specjalną formulację, różniącą się znacznie od formulacji olejów do silników Diesla i benzynowych. Stosowane są kompozycje olejów mineralnych o wysokiej jakości (gr. I i II) lub oleje syntetyczne. Oleje muszą mieć odpowiednio dobrany pakiet dodatków, zapewniający wysoką odporność na utlenianie i nitrowanie, odpowiednią liczbę zasadową, niską lub średnią zawartość popiołu oraz odpowiednio dobrane dodatki przeciwzużyciowe i przeciwkorozyjne.
Producenci silników klasyfikują olej na podstawie jego charakterystyki, głównie zawartości popiołu siarczanowego, TBN oraz przeznaczenia, dodatkowo producenci opracowali własne testy silnikowe. Klasyfikacja lepkościowa jest standardowa. Zazwyczaj stosowane są oleje o lepkości SAE 40 (również SAE 30). Na rynku dostępne są także oleje wielosezonowe SAE 15W-40. Większość producentów silników gazowych w celu uzyskania aprobaty dla oleju wymaga przeprowadzenia testów stanowiskowych na wybranych silnikach gazowych własnej konstrukcji (przeważnie dwóch). Testy są długotrwałe (4000 h – 10 000 h), wymagany jest stały monitoring oleju podczas badań oraz nadzór nad badaniami inżynierów ze strony producenta silnika. Przeprowadzane są badania boroskopowe podczas testów oraz mierzone wartości ścisłych limitów wartości zużyciowych silnika (badania mikrometrażowe po zakończeniu testów). Nie ma możliwości zmiany aprobowanej formulacji (np. olejów bazowych), a wytypowany do testów silnik musi być nowy lub po remoncie.
Autor: Michał Skrobecki jest specjalistą ds. rozwoju produktów Działu Badań i Rozwoju w firmie Orlen Oil.
