BRPI0413779B1 - Composições aquosas e método de limpeza de lâminas compressoras de turbinas a gás - Google Patents

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Description

Composições aquosas e método de limpeza de lâminas compressoras de turbinas agás. A presente invenção refere-se a uma solução de limpeza química para lâminas de turbinas a gás. Particularmente, a presente invenção refere-se a uma composição de limpeza que compreende um composto glicol alquil éter, um solvente e um componente inibidor da corrosão de metais.
Descrição do Estado da Técnica Motores a turbinas a gás industriais são utilizados em todo o mundo. Um exemplo de turbina a gás é a Turbina a Gás Mars ou Turbina a Gás Taurus 70, fabricadas pela Solar Turbines, Inc. A turbina Mars contém um compressor de quinze estágios e cada estágio é composto de uma fileira estacionária de lâminas (lâminas estacionárias) e uma fileira giratória de lâminas. As lâminas são maiores no estágio 1 e menores no estágio 15. Durante a operação, ar é introduzido na passagem divergente do compressor e comprimido através de todos os estágios.
As lâminas estacionárias dirigem o ar comprimido em cada estágio através da sua fileira acompanhante de lâminas giratórias. A folha de ar das lâminas giratórias e estacionárias foi projetada para máxima eficiência. Entretanto, como resultado de operação contínua, os contaminantes acumulam-se sobre a extremidade frontal dessas folhas de ar. Consequentemente, a eficiência geral é perdida na seção do compressor. Isso, por sua vez, reduz a potência disponível para uso pelo consumidor. O motor de turbina Mars comprime cerca de 40,8 kg por segundo de ar em potência avaliada plena. Existe apenas pequena quantidade de contaminantes suspensos no ar por metro cúbico padrão de ar. Entretanto, com as quantidades massivas de ar que passam através da turbina, esses contaminantes multiplicam-se. Além disso, o ar entra na turbina à temperatura ambiente e deixa o compressor a cerca de 332 °C. A maior parte da eficiência perdida encontra-se ao longo dos primeiros três ou quatro estágios e é muito difícil limpar as lâminas após a adesão dos contaminantes a elas.
Conseqüentemente, as turbinas a gás devem ser limpas, normalmente mensalmente, para manter a eficiência de operação e máxima potência disponível. Existem duas formas principais de limpar uma turbina a gás; um método é a lavagem a manivela e o outro é a lavagem em linha. A lavagem a manivela é a mais comum das duas. Durante a lavagem, cada turbina utiliza cerca de dois galões de limpador para limpar a turbina e um a dois galões adicionais para limpar o pacote. O mesmo limpador pode também ser utilizado para fins de limpeza geral na fábrica em operação. Conseqüentemente, existe grande necessidade de limpador de turbina a gás superior. A lavagem a manivela de turbinas a gás é um método pelo qual uma solução de limpeza é introduzida na entrada do compressor de turbina de uma turbina enquanto tem lugar lento movimento com manivela. Esse lento movimento com manivela ocorre frio, sem ignição ou introdução de combustível. Existem muitos tipos de limpadores de compressores de turbinas no mercado. Estes incluem Penetone® 19, da Penetone Corporation; Connect® 5000, da Connect, Inc.; Turco® Série 6783, da Turco Products, Inc.; ZOK® 27, da ZOK Incorporated; e Fyrewash®, da Rochem Corporation.
Entretanto, os produtos de limpeza atuais apresentam várias desvantagens. Estas desvantagens incluem formação excessiva de espuma, extensos períodos de embebimento, baixa solubilidade em água e limpador residual. Os produtos atuais curam algumas dessas desvantagens; entretanto, nenhum foi capaz de curar todas estas propriedades.
Descrição Resumida da Invenção A presente invenção refere-se a uma composição de limpeza de turbinas a gás que compreende uma mistura de (a) um composto glicol alquil éter, (b) um tensoativo alcoxilado com comprimento de cadeia alquila de cerca de três a 18 carbonos e (c) um componente inibidor da corrosão de metais. A presente invenção refere-se ainda a um método de limpeza de compressor de turbina a gás e/ou suas lâminas durante a geração de potência sem perda significativa de potência, que compreende o contato das superfícies a serem limpas com uma composição de limpeza que compreende uma mistura de (a) um composto glicol alquií éter, (b) um tensoativo alcoxilado com comprimento de cadeia alquila de cerca de três a 18 carbonos e (c) um componente inibidor da corrosão de metais.
Descrição Detalhada da Invenção A presente invenção refere-se a um limpador de turbinas a gás. Particularmente, o limpador de acordo com a presente invenção é descrito como composição. A composição conforme a presente invenção compreende um composto glicol aiqui! éter e um tensoativo alcoxilado com comprimento de cadeia alquila de cerca de três a 18 carbonos. A composição do presente pode também conter um componente inibidor da corrosão de metais. A presente invenção também se refere a um processo de limpeza de substrato que compreende o fornecimento de solução de limpeza conforme a presente invenção e contato da solução de limpeza com o substrato a ser limpo.
Especificamente, a presente invenção refere-se a composições de agente de limpeza úteis para a limpeza de lâminas compressoras de turbinas a gás. A solução de limpeza aquosa conforme a presente invenção é aplicada a fim de remover efetivamente causadores de falhas que são depositados em compressores de turbinas a gás, bem como para limpar efetivamente o compressor. Observe-se que os depósitos causadores de falhas específicos presentes sobre compressores de turbinas a gás dependem do ambiente no qual eles operam e da filtragem presente. Os depósitos incluem tipicamente quantidades variáveis de umidade, fuligem, componentes hidrossoluveis, produtos de corrosão e poeira insolúveis do material de lâminas compressoras.
Em realização preferida, a presente invenção refere-se a uma composição de agente de limpeza que compreende: (1) um componente solvente (cerca de 1 a 20% em peso) que inclui uma combinação de um ou mais álcool-etileno glicóis, (2) um componente tensoativo (cerca de 5 a 25% em peso) que inclui um ou mais tensoativos não iônicos e (3) um componente inibidor da corrosão de metais (cerca de 1 a 15% em peso) (o restante é água; cerca de 50 a 90% em peso). O componente solvente inclui um ou mais dos seguintes: propileno glicol metil éter, dipropileno glicol metil éter, tripropileno glicol metil éter, propileno glicol n-propil éter, dipropileno glicol n-propii éter, tripropileno glicol n-propil éter, propileno glicol n-butil éter, dipropileno glicol n-butil éter, tripropileno glicol n-butil éter, dipropileno glicol dimetil éter, dietileno glicol etil éter, dietileno glicol metil éter, dietileno glicol n-butil éter, dietileno glicol hexil éter, etileno glicol propil éter, etileno glicol n-butil éter e etileno glicol hexil éter. O componente tensoativo inclui um ou mais dos seguintes: álcoois primários e/ou secundários etoxilados não iônicos, álcoois primários alcoxilados com oxido de propileno e/ou copolímeros de bloco de óxido de propileno e óxido de etileno. O comprimento de cadeia alquila encontra-se preferencialmente na faixa de três a 18, de maior preferência na faixa de seis a quinze. Os materiais de óxido de etileno ou óxido de propileno encontram-se na faixa de cerca de 2 a 20 moles. Exemplos desses tipos de tensoativos são tensoativos da série Neodol®, Surfonic®, Plurafac® e Pluronic®. O componente inibidor da corrosão inclui um ou mais dos seguintes: ácido N-metilolamidoacético, trietanolamina, ácido 1,8-octanodicarboxílico, N-óxido de ácido (((2-hidroxietil)imino)bis-(metileno)) bis-fosfônico, N-óxido de ácido ((tetraidro-2-hidróxi-4H-1,4,2-oxafosforin-4-il)metil) fosfônico e 5-metil-1,2,3-benzotriazol. O pH da composição de limpeza conforme a presente invenção pode ser ajustado dentro da faixa de cerca de 6,5 a 9, preferencialmente na faixa de 6,5 a 7,5, por meio da adição de um ou mais dentre solução de hidróxido de amônio, trietanolamina e dietanolamina.
Testes de especificação e eficiência de limpeza foram conduzidos segundo MIL-PRF-857Q4C (Especificação de Desempenho, Composto de Limpeza, Trajeto de Gás de Motores de Turbinas, 1998). Quinhentos gramas de óleo lubrificante conforme MIL-PRF-23699 foram misturados com 50 gramas de negro de carvão Raven® 1040 em uma jarra de um litro com boca larga. A jarra foi colocada em forno a 240 °C ± 5 °C. Um tubo de vidro com diâmetro interno de 6,3 mm conectado a fornecimento de ar medido foi inserido na mistura com fluxo de ar de 8,5 ± 0,5 centímetros cúbicos por segundo. A mistura foi aquecida a 240 °C ± 5 °C com aeração por 120 horas, resfriada em seguida à temperatura ambiente e misturada até a homogeneidade.
Painéis de teste foram de aço inoxidável 316 exposto com espessura de 0,5 milímetros e 15,2 cm de diâmetro. Aplicou-se sujeira uniformemente ao painel por meio de pincel. Um aparelho de limpeza girou esses painéis verticalmente a 220 rpm em frente a um bocal, perpendicular ao painel que viajou para a frente e para trás ao longo da área prescrita nove vezes por minuto. A extremidade do bocal permaneceu a 8,4 ± 0,25 cm do painel de teste através dos ciclos de limpeza e enxágüe. Mil mililitros de uma solução de limpeza a 20% em volume foram aspirados através do bocal sobre o painel sujo giratório em velocidade de 100 ± 10 ml por minuto. O bocal foi conectado a uma linha de vapor a 10 psig. O painel de teste foi seco e pesado e os resultados foram utilizados para calcular o percentual de eficiência de limpeza do composto de limpeza. A eficiência de limpeza de cada formulação de limpeza é exibida na Tabela I abaixo. A eficiência de limpeza foi medida pela perda de peso e observação visual da quantidade de sujeira restante sobre os painéis de teste após a limpeza. A eficiência de limpeza que gerou desempenho de limpeza de cerca de 100% apresentou o poder de limpeza mais alto e foi avaliado como n° 1. Água deionizada (Dl) foi utilizada como referência e foi avaliada como n° 6. A avaliação de desempenho foi atribuída segundo a aparência visual (claridade) dos painéis de teste após a limpeza. Conforme exibido na tabela, 15,6% álcoois lineares C12-18 alcoxilados (tais como Plurafac D-25) combinados com 1 % dipropileno glicol metil éter (Arcosolv® DPM), 3% propileno glicol n-butil éter (Dowanol® PnB) e uma mistura de inibidores de corrosão havia aumentado particularmente o desempenho de limpeza. Excetuando-se a Formulação 38, todas as formulações da Tabela I incluíram uma mistura de inibidores da corrosão (0,1 a 1% em peso de 5-metil-1,2,3-benzotriazol; 0,01 a 0,1% em peso de ácido N-metilolamidoacético; 0,1 a 3% em peso de trietanolamina; 0,5 a 2% em peso de ácido 1,8-octanodicarboxílico).
Tabela I
Composição de Solução de Limpeza e Teste de Limpeza Na Tabela I: 1. Componente solvente: Arcosolv DPM = Dipropileno Glico! Metil Éter; Dowanol PnB = Propileno Glicol n-Butil Éter; Dowanol DPnM = Dipropileno Glicol Propil Éter; Butil Cellosolve® = Etileno Glicol Monobutil Éter; Butil Carbitol® = Dietileno Glicol n-Butil Éter; Hexíleno Glicol - 2-Metil-2,4-pentanodiol. 2. Componente inibidor da corrosão: 5-metii-1,2,3-benzotriazol; ácido N- metilolamidoacético; trietanolamina; ácido 1,8-octanodicarboxílico; EBO = mistura de N-óxido de ácido (((2-hidroxieti!)imino) bis-(metileno)) bis-fosfônico e N-óxido de ácido ((tetraidro-2-hidróxi-4H-1,4,2-oxafosforin-4-il)metil)fosfônico. 3. Componente tensoativo: Neodol 23-5: álcool primário C12-11 etoxilado com 5 moles de unidades EO; Neodol 25-7: álcool primário C12-15 etoxilado com 7 moles de unidades EO; Neodol 25-9: álcool primário etoxilado com 9 moles de unidades EO; Surfonic L12-6; POE (6) C10-12 alquila; Surfonic L12-8: POE (8) C10-12 alquila; Surfonic L24-9: POE (9) C12-14 alquila; Surfonic JL-25X: álcoois propoxilados C12-18 eíoxilados; Macol L12: etoxilato de álcool laurílico; Iconol 24-9: álcoois 012-16 etoxila; Iconol 35-8: álcoois C12-15 ramificados; peso molecular 580; Plurafac B25-5: álcoois lineares C12-15 alcoxilados, peso molecular 810; Plurafac B26: álcoois lineares C12-15 alcoxilados, peso molecular 1030; Plurafac D25: álcoois lineares C12-18 alcoxilados, peso molecular 930; Plurafac SL-62: álcool linear C6-10 alcoxilado, peso molecular 840; Plurafac SL-92: álcool linear C6-10 alcoxilado, peso molecular 700. A fim de evitar qualquer corrosão aquosa ou corrosão por tensão de materiais compressores e evitar corrosão quente na turbina, os componentes da solução de limpeza são preferencialmente de alta pureza e equilibrados com os inibidores de corrosão. O resíduo ou teor de cinza da solução de limpeza preferencialmente não deverá exceder cerca de 0,01%; portanto, todos os componentes, especialmente o componente tensoativo, deverão ser grau de alta pureza, baixo sal para propósito de aplicação de limpeza de turbinas a gás.
Preferencialmente, o total de metais alcalinos deverá ser de menos de cerca de 25 ppm, magnésio e cálcio deverão ser de menos de cerca de 5 ppm, estanho e cobre deverão ser de menos de cerca de 10 ppm, enxofre deverá ser de menos de cerca de 50 ppm, cloro deverá ser de menos de cerca de 40 ppm e vanádio e chumbo, menos de cerca de 0,1 ppm.
Embora a presente invenção tenha sido descrita com relação a suas realizações específicas, é evidente que numerosas outras formas e modificações da presente invenção serão óbvias para os técnicos no assunto. As reivindicações anexas e a presente invenção deverão ser interpretadas de forma geral para cobrir todas essas formas e modificações óbvias que se encontram dentro do espírito e escopo verdadeiros da presente invenção.

Claims (18)

1. Composição de limpeza de turbinas a gás que é caracterizada por compreender uma mistura de (a) um composto glicol alquil éter, (b) tensoativo alcoxilado com comprimento de cadeia alquila de cerca de três a 18 carbonos e (c) um componente inibidor da corrosão de metais, em que a mistura possui um teor de metal alcalino inferior a cerca de 25 ppm, em que dito componente inibidor de corrosão de metais é selecionado do grupo que consiste em ácido N-metiloleamidoacético, ácido 1,8-octanodicarboxílico, N-óxido de ácido (((2-hidroxietil) imino) bis-(metileno)) bis-fosfônico, N-óxido de ácido ((tetraidro-2-hidróxi-4H-1,4,2-oxafosforin-4-il)metil) fosfônico, e suas misturas com trietanolamina, e 5-metil-1,2,3-benzotriazol, e misturas destes.
2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mencionado composto glicol alquil éter é selecionado a partir do grupo que consiste de propileno glicol metil éter, dipropileno glicol metil éter, tripropileno glicol metil éter, propileno glicol n-propil éter, dipropileno glicol n-propil éter, tripropileno glicol n-propil éter, propileno glicol n-butil éter, dipropileno glicol n-butil éter, tripropileno glicol n-butil éter, dipropileno glicol dimetil éter, dietileno glicol etil éter, dietileno glicol metil éter, dietileno glicol n-butil éter, dietileno glicol hexil éter, etileno glicol propil éter, etileno glicol n-butil éter, etileno glicol hexil éter e suas misturas.
3. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mencionado tensoativo alcoxilado é selecionado a partir do grupo que consiste de álcoois primários ou secundários etoxilados não iônicos, álcoois primários alcoxilados com óxido de propileno, copolímeros de bloco de óxido de propileno e óxido de etileno e suas misturas.
4. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mencionado tensoativo alcoxilado possui comprimento de cadeia alquila de cerca de seis a quinze carbonos.
5. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mencionado tensoativo alcoxilado é não iônico.
6. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pH da mistura é de cerca de 6,5 a 9.
7. Composição de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o pH da mistura é de cerca de 6,5 a 7,5.
8. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a mistura contém teor de resíduos de menos de cerca de 0,01%.
9. Método de limpeza de compressor de turbina a gás e suas lâminas durante a geração de potência sem perda de potência significativa, que é caracterizado por compreender o contato das superfícies a serem limpas com uma composição de limpeza que compreende uma mistura de (a) composto glicol alquil éter, (b) tensoativo alcoxilado com comprimento de cadeia alquila de cerca de três a 18 carbonos e (c) componente inibidor da corrosão de metais, conforme definido na reivindicação 1.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o mencionado composto glicol alquil éter é selecionado a partir do grupo que consiste de propileno glicol metil éter, dipropileno glicol metil éter, tripropileno glicol metil éter, propileno glicol n-propil éter, dipropileno glicol n-propil éter, tripropileno glicol n-propil éter, propileno glicol n-butil éter, dipropileno glicol n-butil éter, tripropileno glicol n-butil éter, dipropileno glicol dimetil éter, dietileno glicol etil éter, dietileno glicol metil éter, dietileno glicol n-butil éter, dietileno glicol hexil éter, etileno glicol propil éter, etileno glicol n-butil éter, etileno glicol hexil éter e suas misturas.
11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o mencionado tensoativo alcoxilado é selecionado a partir do grupo que consiste de álcoois primários ou secundários etoxilados não iônicos, álcoois primários alcoxilados com óxido de propileno, copolímeros de bloco de óxido de propileno e óxido de etileno e suas misturas.
12. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o mencionado componente inibidor da corrosão de metais é selecionado a partir do grupo que consiste de ácido N-metilolamidoacético, trietanolamina, ácido 1,8-octanodicarboxílico, N-óxido de ácido (((2-hidroxietil) imino) bis-(metileno)) bis-fosfônico, N-óxido de ácido ((tetraidro-2-hidróxi-4H-1,4,2-oxafosforin-4-il)metil) fosfônico, 5-metil-1,2,3-benzotriazol e suas misturas.
13. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o mencionado tensoativo alcoxilado possui comprimento de cadeia alquila de cerca de seis a quinze carbonos.
14. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o mencionado tensoativo alcoxilado é não iônico.
15. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o pH da mistura é de cerca de 6,5 a 9.
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o pH da mistura é de cerca de 6,5 a 7,5.
17. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a mistura contém teor de resíduos de menos de cerca de 0,01%.
18. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a mistura contém teor de metais alcalinos de menos de cerca de 25 PPm.
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