ISO/TS 11366:2011
(Main)Petroleum and related products — Guidance for in-servicing of lubricating oils for steam, gas and combined-cycle turbines
Petroleum and related products — Guidance for in-servicing of lubricating oils for steam, gas and combined-cycle turbines
ISO/TS 11366:2011 applies to mineral oils used as lubricating oils and to control fluids used to lubricate steam, gas and combined cycle turbines in service. The lubricants considered in ISO/TS 11366:2011 are those classified in ISO 6743-5 and specified in ISO 8068. ISO/TS 11366:2011 is intended to help power equipment operators evaluate the conditions of the oil in their equipment and maintain the oils in serviceable conditions; help users understand how the oils deteriorate and carry out a meaningful programme of sampling and testing of oils in use. ISO/TS 11366:2011 also gives instructions with respect to the corrective actions that are taken to maximize service life.
Pétrole et produits connexes — Lignes directrices pour le suivi en service des huiles lubrifiantes pour turbines à vapeur, à gaz et à cycle combiné
L'ISO/TS 11366:2011 s'applique aux huiles minérales utilisées comme huiles lubrifiantes et comme fluides de régulation dans les turbines à vapeur, à gaz, ou à cycle combiné. Les lubrifiants pris en considération dans l'ISO/TS 11366:2011 sont ceux correspondant à la classification donnée dans l'ISO 6743-5 et tels que spécifiés dans l'ISO 8068. L'ISO/TS 11366:2011 est destinée à aider l'opérateur de centrale électrique à évaluer l'état de l'huile dans l'installation et à l'assister dans ses efforts pour conserver l'huile en état d'utilisation, aider l'utilisateur à comprendre les causes de la détérioration de l'huile et à mener un programme cohérent d'essais et de procédures d'évaluation. L'ISO/TS 11366:2011 donne également des instructions concernant les actions correctives mises en oeuvre pour garantir une durée de vie en service maximale.
General Information
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Standards Content (Sample)
TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 11366
First edition
2011-03-15
Petroleum and related products —
Guidance for in-servicing of lubricating
oils for steam, gas and combined-cycle
turbines
Pétrole et produits connexes — Lignes directrices pour le suivi en
service des huiles lubrifiantes pour turbines à vapeur, à gaz et à cycle
combiné
Reference number
ISO/TS 11366:2011(E)
©
ISO 2011
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ISO/TS 11366:2011(E)
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Published in Switzerland
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ISO/TS 11366:2011(E)
Contents Page
Foreword .v
Introduction.vi
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Description of turbine oils.1
4 Factors affecting the service life .2
4.1 General .2
4.2 Oil system design.3
4.3 Conditions of the oil system at start-up.3
4.4 Original oil quality .3
4.5 System operating temperature .3
4.6 Contamination rates and provisions for purification .4
4.7 Oil make-up rates .4
5 Deterioration of turbine oils in service.4
5.1 General .4
5.2 Viscosity.4
5.3 Oxidation stability .4
5.4 Solid particles .5
5.5 Sludge.5
5.6 Antirust properties .5
5.7 Water separability.6
5.8 Foaming and air-release characteristics.6
5.9 Total acid number.7
6 Recommended tests and interpretation.7
6.1 Appearance and odour .7
6.2 Colour .7
6.3 Total acid number.7
6.4 Sludge and deposits .7
6.5 Particle counting .8
6.6 Kinematic viscosity.8
6.7 Remaining oxidation stability .8
6.8 Water content.9
6.9 Rust prevention characteristics.9
6.10 Water separability.9
6.11 Foaming characteristics .9
6.12 Air-release value.10
6.13 Flash point .10
7 Sampling .10
7.1 General .10
7.2 Sampling point.10
7.3 Sampling line .11
7.4 Containers.11
7.5 Samples marking.11
8 Examination of new oil.12
8.1 General .12
8.2 Sampling of new oil deliveries .12
8.3 Examination of new oil deliveries.13
8.4 Testing schedules .13
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ISO/TS 11366:2011(E)
9 Examination of oils in service . 15
9.1 Testing procedures. 15
9.2 Frequency of the testing . 18
Bibliography. 20
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ISO/TS 11366:2011(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In other circumstances, particularly when there is an urgent market requirement for such documents, a
technical committee may decide to publish other types of normative document:
⎯ an ISO Publicly Available Specification (ISO/PAS) represents an agreement between technical experts in
an ISO working group and is accepted for publication if it is approved by more than 50 % of the members
of the parent committee casting a vote;
⎯ an ISO Technical Specification (ISO/TS) represents an agreement between the members of a technical
committee and is accepted for publication if it is approved by 2/3 of the members of the committee casting
a vote.
An ISO/PAS or ISO/TS is reviewed after three years in order to decide whether it will be confirmed for a
further three years, revised to become an International Standard, or withdrawn. If the ISO/PAS or ISO/TS is
confirmed, it is reviewed again after a further three years, at which time it must either be transformed into an
International Standard or be withdrawn.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TS 11366 was prepared by Technical Committee ISO/TC 28, Petroleum products and lubricants,
Subcommittee SC 4, Classifications and specifications.
This first edition of ISO/TS 11366 is derived from the IEC 60962. ISO/TC 28 was asked by IEC/TC 10, Fluids
for electrotechnical applications, to adopt a technically revised version of IEC 60962, to which a consideration
of gas and combined-cycle turbines has been added.
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ISO/TS 11366:2011(E)
Introduction
The in-service monitoring of turbine oils is largely recognized by the power generation industry as necessary
to ensure long and trouble-free operation of turbines.
There are three main types of stationary turbines used in power generation plants:
a) steam turbines,
b) gas turbines, and
c) combined cycle turbines.
The combined cycle turbines are of two types:
⎯ the first type, in which a gas turbine is associated with a steam turbine, with separated lubricating circuits;
⎯ the second type, called single shaft combined cycle turbines, in which the steam and the gas turbines are
on the same shaft and are lubricated with the same oil.
The lubrication requirements of gasturbines and steam turbines are quite similar, but there are some major
differences. Gas-turbine oils are submitted to localized hot spots, and water contamination is less likely.
Gas-turbine oils have a shorter service life than steam-turbine oils. Steam-turbine oils have a much longer
lifetime and experience is available with lifetimes from 10 to 20 years depending on the top-up level. The
lifetime of gas-turbine oils generally does not exceed two years.
The values of the various characteristics mentioned in this Technical Specification are purely indicative. For
proper interpretation of the results, account is taken of many factors, e.g. the type of equipment, the design of
the lubricating oil circuit and the top-up level.
In all cases, the manufacturer's instructions are followed.
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 11366:2011(E)
Petroleum and related products — Guidance for in-servicing of
lubricating oils for steam, gas and combined-cycle turbines
1 Scope
This Technical Specification applies to mineral oils used as lubricating oils and to control fluids used to
lubricate steam, gas and combined cycle turbines in service. The lubricants considered in this Technical
Specification are those classified in ISO 6743-5 and specified in ISO 8068.
This Technical Specification is intended to
⎯ help power equipment operators evaluate the conditions of the oil in their equipment and maintain the oils
in serviceable conditions;
⎯ help users understand how the oils deteriorate and carry out a meaningful programme of sampling and
testing of oils in use.
This Technical Specification also gives instructions with respect to the corrective actions that are taken to
maximize service life.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 3170:2004, Petroleum liquids — Manual sampling
ISO 3722:1976, Hydraulic fluid power — Fluid sample containers — Qualifying and controlling cleaning
methods
ISO 4021:1992, Hydraulic fluid power — Particulate contamination analysis — Extraction of fluid samples from
lines of an operating system
ISO 8068:2006, Lubricants, industrial oils and related products (class L) — Family T (Turbines) —
Specification for lubricating oils for turbines
3 Description of turbine oils
Steam- and gas-turbines oils consist of highly refined petroleum base stocks in which additives are added to
provide or to improve oxidation stability, as well as rust-protection properties, corrosion-protection properties
(mainly for copper and copper containing materials). Additional foam suppressants may be added to limit the
foaming tendency. However, care should be taken to avoid adding too much foam suppressant, which may
have detrimental effects on air-release properties. Demulsifiers may also be used to improve the water-
shedding properties, but this should not be a common practice. Turbine oils should be formulated to have
naturally good water-shedding properties, without the help of demulsifiers.
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ISO/TS 11366:2011(E)
To formulate turbine oils, base stocks of API groups I and II are used with success; for special applications,
e.g. high-temperature gas turbines, API groups III and III+ base stocks can also be used. But in most
instances, API group I and group II base stocks are largely sufficient for most applications. The refining
degree of group I and group II base stocks vary from one producer to another. Hydrogen treatment is
essential to get a good response to the antioxidants and to obtain good water-shedding and air-release
properties.
Numerous technologies are available to provide the necessary performance in terms of oxidation stability, and
rust and corrosion protection. Combinations of phenol- and amine-type antioxidants, associated with proper
rust inhibitors and copper corrosion inhibitors, are commonly used.
For some applications, mainly when the turbine is coupled to gears, extreme-pressure additives are required.
These extreme-pressure additives shall be chosen so as to not impair the oxidation stability.
All new oils shall comply with ISO 8068, which includes requirements with respect to the most important
properties, as follows:
⎯ oxidation stability;
⎯ low tendency to sludge forming;
⎯ rust-protection properties;
⎯ copper corrosion-protection properties;
⎯ foaming tendency;
⎯ air-release ability;
⎯ water-shedding characteristics.
However, all these properties cannot be expected to remain unchanged for the life of the oil.
The oil unavoidably undergoes deterioration; some deterioration can be tolerated without prejudice to the
safety and efficiency of the system. Good monitoring procedures are necessary to determine when the oil
characteristics have reached the condemning limits, i.e. critical values for the most important characteristics
that could be deleterious to the function of the installation.
4 Factors affecting the service life
4.1 General
The following factors can affect the service life of turbine lubricating oils:
⎯ oil system design;
⎯ condition of the oil system at start-up;
⎯ original oil quality;
⎯ system operating temperature;
⎯ contamination rates and oil purification provisions;
⎯ oil make-up rates.
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4.2 Oil system design
Most modern turbine-lubricating systems are very similar in design, especially for the larger units. The usual
practice is to pressurize feed oil directly from main pump oil. To maintain reliability, after start-up of the turbine,
the main pump is directly actuated by the turbine rotor. The oil is pumped from a reservoir of sufficient
capacity to ensure a residence time of about 10 min for the turbine oil, so as to allow complete air release by
the oil. The rest of the circulating system consists of an oil cooler, a strainer, a purification and filtration system,
an oil tank vapour extractor and hydrogen removing units. The purification equipment is of utmost importance
for achieving satisfactory oil lives.
For the larger turbines, high-pressure hydraulic pumps (up to 50 MPa outlet pressure) are used to lift the
turbine shaft to allow for turning.
4.3 Conditions of the oil system at start-up
The individual components of a turbine lubrication system are usually delivered on-site before the system is
installed. These components are generally pre-cleaned and delivered with a protection system to prevent
corrosion or contamination ingress. The length of on-site storage and the means taken to preserve the
integrity of the protection of the internal surfaces of the lubricating system will affect the amount of
contamination introduced prior to use. During the installation of the lubricating-oil system components,
attention should be paid to minimizing openings in the system and to maintaining cleanliness. Guidance on
contamination control, flushing and purification may be sought from the equipment supplier or other industry
experts.
Turbine-oil system contamination before start-up may consist of preservatives, paint, rust particles and various
types of solid matter which range from dust, weld and metal chips, to rags, bottles and cans. Minute amounts
of remaining preservatives may largely impair the water shedding and air release properties; the remaining
particles may induce filter clogging and abrasive wear.
4.4 Original oil quality
Use of a high-quality oil is the best assurance for achieving long service life. The turbine oil shall meet the
generally available recognized standards, e.g. ISO 8068 and the requirements of the turbine manufacturer.
It is advisable to obtain typical test data from the oil supplier. Upon receipt of the first oil charge, a sample of
oil should be taken and tests should be conducted to confirm the typical test data; the analytical data obtained
will be used as a base line for future comparison with information on used oil. Recommended tests for new oil
are given in 8.4.
When new turbine oil is to be mixed with a charge of a different composition, preliminary tests should be made
to ensure that there will be no loss of expected properties due to incompatibility. The preliminary tests should
include functional tests, like water-shedding properties, foaming and air-release properties and checks for
formation of insoluble matter.
4.5 System operating temperature
The most important factors affecting the anticipated service life of a given oil in a turbine system are the
operating conditions within the system. Air (oxygen), elevated temperatures, metals and water are always
present to some extent in the oil systems. All these conditions promote oil degradation.
Many turbine-oil systems are provided with oil coolers to control the temperature. In many cases, oil bulk
temperature is maintained below 60 °C, which promotes moisture condensation. However, even with low bulk
temperatures, hot spots can be localized in bearings, at gas seals or in throttle-control mechanisms. This can
cause significant oil degradation and will eventually cause the oil in the system to show signs of deterioration.
Under the higher-temperature conditions found in gas and steam turbines, oxidation of the oil can be
accelerated by thermal-oxidative cracking, giving rise to the production of viscous resins and deposits,
particularly at the point of initiation.
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4.6 Contamination rates and provisions for purification
Contamination of turbine oils during service occurs both from outside (external contamination) and inside
(internal contamination) the system due to the oil degradation, moisture condensation or leaks.
Achieving a clean turbine lubricating-oil system at start-up is of utmost importance. Once attained, the danger
of external contamination is less but it still should be guarded against. External contamination may enter the
lubrication system through bearing seals and vents; air (oxygen) and moisture are always present in the oil
systems. The oil may also be contaminated by the introduction of oils of different types, either of the wrong
type or a type incompatible with the system oil. The oil supplier and/or the turbine manufacturer should be
consulted before different oils are mixed or additives are used.
External contaminants, on the other hand, are being generated within the system all the time. Such
contaminants can include water, metal-wear particles and oil degradation by-products. Metal particles may
occur due to wear in journal and thrust bearings, gear, pumps, servo-valves and seals. Metal particles may
also occur as a result of rusting, especially if the oil has a relatively high moisture content.
All these contaminants should be removed continuously by properly designed purification devices: filters,
centrifuges, coalescers and vacuum dehydrators.
4.7 Oil make-up rates
The frequency and the amount of make-up oil added to the system play a very significant part in determining
the life of a system oil charge. Make-up varies from below 5 % per year (8 000 h of service) to as much as
30 % in extreme cases. In turbines where make-up is relatively high compared to the oil degradation rate, the
degree of degradation is compensated, and a long life can be expected. In turbines where the make-up is less
than 5 %, a real picture of the actual oil degradation is obtained. However, such a system should be carefully
watched since the oil life depends almost exclusively on its original quality.
Most generally, the average make-up lies between 7 % to 10 % per year.
5 Deterioration of turbine oils in service
5.1 General
Irrespective of their initial quality, turbine oils will deteriorate due to the conditions of use. This is quite normal.
However, the degradation shall be monitored and reduced, if possible, when it is considered to be excessive.
5.2 Viscosity
Most commercial turbine oils fall into ISO VG 32, ISO VG 46, ISO VG 68 and ISO VG 100 grades. Most gas-
turbines are lubricated with ISO VG 32 grade oils; most steam turbines are lubricated with ISO 46 grade oils.
The use of ISO VG 68 and ISO VG 100 grade oils is less common.
The main purpose of checking the viscosity of turbine oil in service is to determine whether the correct oil is
being used and to detect contamination. Turbine oils rarely show significant viscosity changes due to
degradation. Viscosity increase may result from oxidation, volatilization of the lighter fractions of the base
stock or emulsion with water. Viscosity decrease is most likely the result of contamination; it may also be the
result of cracking by prolonged thermal effect, e.g. malfunctioning of a heater.
Viscosity is determined by ISO 3104.
5.3 Oxidation stability
One of the most important parameters of turbine oil is its oxidation stability. Traditionally, ASTM D 2272 is
used as a rapid method to follow changes in the condition of oil in service.
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ISO/TS 11366:2011(E)
The oxidation stability will gradually decrease in service due to the catalytic effect of the dissolved metals (iron,
copper, tin, etc.) and to depletion of the anti-oxidant system. The latter occurs as the result of the normal
functioning of the additive (a chemical reaction with the oxidation precursors, giving rise to inactive species).
Other causes of the anti-oxidant system depletion are the volatilization (fumes extraction by putting the main
oil tank under depression), and the wash-out by water in wet systems.
The rate of removal is, to some extent, dependent on the method and conditions of oil purification, because
centrifuges and coalescors tend to remove more of the antioxidant additive with the water than vacuum
dehydrators. On the other hand, too high a vacuum in conjunction with a high oil temperature for the vacuum
dehydrator type purifiers or seal oil degasifier can pull out some of the volatile antioxidants. This will often be
evident as deposits in the top of the vacuum chamber.
As the oxidation-stability reserve decreases, acidic compounds that undergo further reactions are formed,
leading to more complex compounds. The cross-linking of the acids formed gives rise to a more-or-less
soluble sludge. The solubility of the sludge depends on the type of base stocks used to formulate the products.
The sludge generally settles in critical areas of the lubricant circuit and interferes with the lubrication and
cooling of bearings and moving parts. The presence of oxidation products leads also to the deposits of lacquer
and varnish, possibly provoking sticking of valves.
5.4 Solid particles
The most deleterious contaminants found in turbine oils systems are those left behind when the system is
constructed and installed or when it is opened for maintenance and repair. The need for proper cleaning and
flushing of new or repaired turbine-oil systems is emphasized. In addition to these types of contaminants,
there are further opportunities for solids to enter the lubricant oil system, e.g. improperly installed or
maintained vents, mainly in dusty and hostile environments, bad shop-floor practices when performing make-
ups.
During operation, the equipment can accumulate a significant amount of particulate matter, entering during the
topping-up operations through the bearing shaft seals. Other contaminants include the particles created by
abrasive wear and those created by rust or corrosion.
Whatever the source, the presence of abrasive solids cannot be tolerated since they promote scoring and
damage to the bearing and journals; moreover, t
...
SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 11366
Première édition
2011-03-15
Pétrole et produits connexes — Lignes
directrices pour le suivi en service des
huiles lubrifiantes pour turbines à vapeur,
à gaz et à cycle combiné
Petroleum and related products — Guidance for in-servicing of
lubricating oils for steam, gas and combined-cycle turbines
Numéro de référence
ISO/TS 11366:2011(F)
©
ISO 2011
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ISO/TS 11366:2011(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2011 – Tous droits réservés
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ISO/TS 11366:2011(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction.vi
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Description des huiles pour turbines.1
4 Facteurs affectant la durée de vie en service.2
4.1 Généralités .2
4.2 Conception du système de lubrification.3
4.3 État du système de lubrification au démarrage .3
4.4 Qualité originelle de l'huile.3
4.5 Température de fonctionnement de l’installation .4
4.6 Taux de contamination et mesures de purification .4
4.7 Taux d'appoint d'huile.4
5 Dégradation des huiles en service .5
5.1 Généralités .5
5.2 Viscosité.5
5.3 Stabilité à l'oxydation.5
5.4 Particules solides.5
5.5 Boues.6
5.6 Propriétés antirouille.6
5.7 Pouvoir de désémulsion.6
5.8 Caractéristiques de moussage et de désaération .7
5.9 Indice d'acide total .7
6 Essais recommandés et interprétation .8
6.1 Aspect et odeur .8
6.2 Couleur .8
6.3 Indice d'acide total .8
6.4 Boues et dépôts.8
6.5 Comptage des particules.9
6.6 Viscosité cinématique.9
6.7 Stabilité résiduelle à l'oxydation.9
6.8 Teneur en eau .10
6.9 Caractéristiques antirouille .10
6.10 Pouvoir de désémulsion.10
6.11 Caractéristiques de moussage .10
6.12 Temps de désaération.11
6.13 Point d'éclair .11
7 Échantillonnage.11
7.1 Généralités .11
7.2 Point d'échantillonnage .11
7.3 Ligne d'échantillonnage .12
7.4 Récipients .12
7.5 Marquage des échantillons .12
8 Examen d'une huile neuve .13
8.1 Généralités .13
8.2 Échantillonnage des livraisons d'huile neuve.13
8.3 Examen des livraisons d'huile neuve.14
8.4 Programmes d'essais .14
© ISO 2011 – Tous droits réservés iii
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ISO/TS 11366:2011(F)
9 Examen des huiles en service. 17
9.1 Programmes d'essai. 17
9.2 Fréquence des essais . 21
Bibliographie . 22
iv © ISO 2011 – Tous droits réservés
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ISO/TS 11366:2011(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
Dans d'autres circonstances, en particulier lorsqu'il existe une demande urgente du marché, un comité
technique peut décider de publier d'autres types de documents normatifs:
⎯ une Spécification publiquement disponible ISO (ISO/PAS) représente un accord entre les experts dans
un groupe de travail ISO et est acceptée pour publication si elle est approuvée par plus de 50 % des
membres votants du comité dont relève le groupe de travail;
⎯ une Spécification technique ISO (ISO/TS) représente un accord entre les membres d'un comité technique
et est acceptée pour publication si elle est approuvée par 2/3 des membres votants du comité.
Une ISO/PAS ou ISO/TS fait l'objet d'un examen après trois ans afin de décider si elle est confirmée pour trois
nouvelles années, révisée pour devenir une Norme internationale, ou annulée. Lorsqu'une ISO/PAS ou
ISO/TS a été confirmée, elle fait l'objet d'un nouvel examen après trois ans qui décidera soit de sa
transformation en Norme internationale soit de son annulation.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO/TS 11366 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 28, Produits pétroliers et lubrifiants,
sous-comité SC 4, Classifications et spécifications.
Cette première édition de l’ISO/TS 11366 provient de la CEI 60962, élaborée et suivie par le CEI/TC 10,
Fluides pour applications électrotechniques, qui a demandé à l'ISO/TC 28 d'adopter une révision technique de
la CEI 60962, dans laquelle les turbines à gaz et à cycles combinés sont désormais prises en compte.
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ISO/TS 11366:2011(F)
Introduction
Il est largement reconnu au sein de l'industrie des centrales électriques que le suivi en service des huiles pour
turbine est nécessaire pour assurer aux turbines un fonctionnement de longue durée et sans pannes.
Il existe principalement trois types de turbines stationnaires dans les centrales thermiques:
a) les turbines à vapeur;
b) les turbines à gaz;
c) les turbines à cycle combiné.
Les turbines à cycle combiné sont de deux types:
⎯ le premier type associe une turbine à gaz et une turbine à vapeur, avec des circuits de lubrifications
séparés;
⎯ le second type, appelé turbines à cycle combiné à un seul arbre, dans lequel les turbines à vapeur et à
gaz sont montées sur le même arbre et sont lubrifiées avec la même huile.
Les exigences de lubrification des turbines à gaz et des turbines à vapeur sont très proches, mais avec
quelques grosses différences. En fait, les huiles de turbines à gaz sont soumises à des points chauds
localisés et sont moins sujettes à la contamination par l'eau.
Les huiles pour turbines à gaz ont une durée de service inférieure à celles pour turbines à vapeur. La durée
de vie des huiles pour turbines à vapeur est de plusieurs années, et des cas de durées de vie de 10 ans à
20 ans, selon les taux d'appoint, sont connus. La durée de vie des huiles pour turbines à gaz n'excède
généralement pas deux ans.
Les valeurs des différentes caractéristiques mentionnées dans la présente Spécification technique sont
purement indicatives. En fait, pour une meilleure interprétation des résultats, il faut tenir compte de beaucoup
de facteurs, tels que le type d'installation, le modèle du circuit de lubrification et le taux d'appoint.
Dans tous les cas, il faut respecter les instructions du fabricant.
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 11366:2011(F)
Pétrole et produits connexes — Lignes directrices pour le suivi
en service des huiles lubrifiantes pour turbines à vapeur, à gaz
et à cycle combiné
1 Domaine d'application
La présente Spécification technique s'applique aux huiles minérales utilisées comme huiles lubrifiantes et
comme fluides de régulation dans les turbines à vapeur, à gaz, ou à cycle combiné. Les lubrifiants pris en
considération dans la présente Spécification technique sont ceux correspondant à la classification donnée
dans l'ISO 6743-5 et tels que spécifiés dans l'ISO 8068.
La présente Spécification technique est destinée à
⎯ aider l'opérateur de centrale électrique à évaluer l'état de l'huile dans l'installation et à l'assister dans ses
efforts pour conserver l'huile en état d'utilisation,
⎯ aider l'utilisateur à comprendre les causes de la détérioration de l'huile et à mener un programme
cohérent d’essais et de procédures d'évaluation.
La présente Spécification technique donne également des instructions concernant les actions correctives
mises en œuvre pour garantir une durée de vie en service maximale.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 3170:2004, Produits pétroliers liquides — Échantillonnage manuel
ISO 3722:1976, Transmissions hydrauliques — Flacons de prélèvement — Homologation et contrôle des
méthodes de nettoyage
ISO 4021:1992, Transmissions hydrauliques — Analyse de la pollution par particules — Prélèvement des
échantillons de fluide dans les circuits en fonctionnement
ISO 8068:2006, Lubrifiants, huiles industrielles et produits connexes (classe L) — Famille T (Turbines) —
Spécifications pour les huiles lubrifiantes pour turbines
3 Description des huiles pour turbines
Les huiles pour turbines à vapeur et à gaz sont des produits pétroliers hautement raffinés auxquels des
additifs sont ajoutés afin d'améliorer la stabilité à l'oxydation, ainsi que les propriétés de protection contre la
rouille ou contre la corrosion (principalement pour le cuivre et les matériaux contenant du cuivre). Des
inhibiteurs de mousse peuvent aussi être ajoutés. Cependant il convient de ne pas en ajouter trop car ce type
d'additif peut avoir un effet négatif sur les propriétés de désaération. Il est possible aussi d'ajouter des
désémulsifiants pour améliorer la décantation de l'eau, mais il convient que cela ne soit pas une pratique
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courante. Il convient que les huiles pour turbines soient formulées de façon à présenter naturellement de
bonnes propriétés de décantation de l'eau, sans besoin d'ajouter du désémulsifiant.
Pour la formulation des huiles pour turbines, les bases de type API Groupe I et Groupe II conviennent bien.
Pour des applications particulières, telles que les turbines à gaz à haute température, il est possible aussi
d'utiliser les bases API Groupe III et Groupe III+. Mais en général, les huiles de base de type API Groupe I et
Groupe II sont largement suffisantes pour la plupart des applications. Le niveau de raffinage des huiles de
base du Groupe I et du Groupe II varie d'un producteur à l'autre. Le traitement à l'hydrogène est essentiel
pour une bonne réponse aux anti-oxydants et pour obtenir de bonnes propriétés de décantation de l'eau et de
désaération.
Il existe de nombreuses technologies pour améliorer les performances de stabilité à l'oxydation et de
protection contre la rouille et la corrosion. Il est courant d'associer des anti-oxydants de type phénols ou
amines avec des inhibiteurs de rouille et des inhibiteurs de corrosion du cuivre efficaces.
Pour quelques applications, surtout lorsque la turbine est couplée à des engrenages, des additifs pour
extrême pression sont nécessaires. Ceux-ci doivent être choisis de sorte à ne pas détériorer la stabilité à
l'oxydation.
Toutes les huiles neuves doivent être conformes à l’ISO 8068, qui comporte des exigences correspondant
aux propriétés les plus importantes suivantes:
⎯ stabilité à l'oxydation;
⎯ faible tendance à former des boues;
⎯ propriétés antirouille;
⎯ propriétés de protection contre la corrosion du cuivre;
⎯ tendance au moussage;
⎯ capacité à la désaération;
⎯ caractéristiques de décantation de l'eau.
Cependant, il ne faut pas s'attendre à ce que toutes ces propriétés demeurent inchangées pendant toute la
durée de vie de l'huile.
Une huile subit inévitablement des détériorations; certaines d'entre elles peuvent être tolérées sans effets
défavorables sur la sécurité ou l'efficacité de l'installation. Il faut disposer de bonnes procédures de suivi de
façon à déterminer quand les caractéristiques de l'huile ont atteint les limites critiques, c'est-à-dire quand sont
atteintes les valeurs critiques des caractéristiques les plus importantes qui pourraient être nuisibles au bon
fonctionnement de l'installation.
4 Facteurs affectant la durée de vie en service
4.1 Généralités
Les facteurs suivants peuvent affecter la durée de vie en service des huiles lubrifiantes pour turbines:
⎯ conception du système de lubrification;
⎯ état du système de lubrification au départ;
⎯ qualité originelle de l'huile;
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⎯ température de fonctionnement de l'installation;
⎯ taux de contamination et mesures prises pour la purification de l'huile;
⎯ taux d'appoints de l'huile.
4.2 Conception du système de lubrification
La plupart des systèmes modernes de lubrification des turbines ont des conceptions très voisines, en
particulier pour les installations les plus grandes. La pratique habituelle consiste à pressuriser l'huile
directement au niveau de l'alimentation à l'aide d'une pompe principale. Pour une question de fiabilité, après
le démarrage de la turbine, la pompe principale est directement entraînée par le rotor de la turbine. L'huile est
pompée à partir d'un réservoir de capacité suffisante pour assurer à l'huile pour turbine un temps de séjour de
10 min environ, de façon à permettre une désaération totale de l'huile. Le reste du système de circulation
consistent en un refroidisseur d'huile, un tamis, un dispositif de purification et de filtration, un extracteur des
vapeurs du réservoir et des unités d'enlèvement de l'hydrogène. Le système de purification est de la plus
grande importance pour parvenir au mieux à une durée de vie de l'huile satisfaisante.
Pour les turbines les plus grandes, des pompes hydrauliques à haute pression (jusqu'à 50 MPa de pression
de sortie) sont utilisées pour soutenir l'arbre de la turbine afin qu'il puisse tourner.
4.3 État du système de lubrification au démarrage
Les différents composants d'un système de lubrification de turbine sont habituellement livrés sur le site avant
le montage de l'installation. Ces composants sont généralement préalablement nettoyés et livrés avec un
dispositif de protection destiné à empêcher la corrosion ou la contamination. La durée du stockage sur le site
et les mesures prises pour préserver la qualité de protection des surfaces internes du système de lubrification
influeront sur la quantité de contaminants introduits avant l'utilisation. Pendant l'installation de ces
composants des systèmes de lubrification, il convient de porter une attention toute particulière à minimiser les
ouvertures du système et à maintenir la propreté. Il est possible de se procurer des lignes directrices pour le
contrôle de la contamination, le rinçage et la purification auprès des fournisseurs de matériel ou d'autres
experts de cette industrie.
La contamination des systèmes de lubrification de turbines, avant le démarrage, peut consister en agents
préservateurs, en particules de peinture et de rouille et en différents autres solides qui peuvent aller de la
poussière, la soudure, les copeaux métalliques jusqu'à des chiffons, des bouteilles ou des boîtes. Des
quantités minimes d'agents préservateurs restants peuvent grandement altérer la décantation de l'eau ou les
propriétés de désaération. Les particules restantes peuvent induire un colmatage des filtres et une usure par
abrasion.
4.4 Qualité originelle de l'huile
L'utilisation d'une huile de haute qualité est importante pour obtenir une longue durée de vie en service.
L'huile pour turbine doit être conforme à des normes reconnues et partout disponibles, par exemple
l'ISO 8068, et aux exigences du fabricant de la turbine.
Il est préférable de demander au fournisseur de l'huile des résultats d'essai caractéristiques. Au moment de la
réception de la première charge d'huile, il convient d'en prélever un échantillon et de réaliser des essais afin
de confirmer les données caractéristiques en question; les résultats analytiques obtenus serviront de base de
référence pour de futures comparaisons avec des résultats sur l'huile usagée. Des essais recommandés pour
l'huile neuve sont indiqués en 8.4.
Lorsque de l'huile pour turbine neuve doit être mélangée avec une charge de composition différente, il
convient de procéder à des vérifications préliminaires afin de garantir qu'il n'y aura pas de perte des
propriétés attendues de l'huile à cause d'une incompatibilité. Il convient que ces essais préliminaires incluent
des essais de performance, comme la décantation de l'eau, les propriétés de moussage et de désaération, et
des contrôles concernant la formation de produits insolubles.
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4.5 Température de fonctionnement de l’installation
Les facteurs d'influence les plus importants sur la durée de vie prévisible d'une huile donnée dans une
installation de turbine sont les conditions d’utilisation de l’installation. L'air (l'oxygène), les températures
élevées, les métaux et l'eau sont des paramètres qui se retrouvent toujours d'une certaine façon au sein des
systèmes de lubrification. Tout cela provoque une dégradation de l'huile.
De nombreux systèmes de lubrification de turbines sont équipés de refroidisseurs d'huile permettant de
contrôler la température. Dans de nombreux cas, la température moyenne de l'huile est maintenue en
dessous de 60 °C, ce qui favorise la condensation de l’eau. Cependant, même lorsque la température de
l'ensemble de l'huile est basse, il peut y avoir des points chauds localisés dans les paliers, les joints
d'étanchéité au gaz ou les mécanismes de régulation de vapeur. Ces points chauds peuvent provoquer une
dégradation importante de l'huile et même faire apparaître des signes de détérioration de l'huile présente
dans l'installation.
Dans les conditions de haute température que l'on trouve dans les turbines à gaz et à vapeur, l'oxydation de
l'huile peut être accompagnée d'un craquage thermique oxydant, conduisant à la production de résines
visqueuses et de dépôts. Ces dépôts tendent à se former au point d'initiation.
4.6 Taux de contamination et mesures de purification
La contamination des huiles pour turbines pendant le service peut être provoquée tant par des sources
externes (contamination externe) que par des sources internes (contamination interne), qui sont dues à la
dégradation de l'huile, à la condensation d'eau ou aux fuites.
Il est extrêmement important que le système de lubrification de la turbine soit propre au démarrage. Si ce
point est garanti, le danger de contamination externe est moindre, mais il convient de rester vigilant. La
contamination externe peut pénétrer dans le système de lubrification par les joints de palier ou par les évents;
il y a toujours de l'air (oxygène) et de l'humidité dans les systèmes de lubrification. L'huile peut également être
contaminée par l'introduction dans le système de différents types d'huiles, que celles-ci soient inappropriées
ou qu'elles soient incompatibles. Il convient de consulter le fournisseur de l'huile et/ou le fabricant de la
turbine avant de procéder au mélange de différentes huiles ou à l'utilisation d'additifs.
D'autre part, des contaminants externes sont produits de façon permanente à l'intérieur de l'installation. Il peut
s'agir d'eau, de particules d'usure métalliques et de sous-produits de dégradation de l'huile. Des particules
métalliques peuvent apparaître à la suite d'une usure se produisant dans les paliers de tourillon et de butée,
les engrenages, les pompes, les servo-vannes et les joints. Elles peuvent également provenir de la rouille, en
particulier si l'huile a une teneur en humidité relativement élevée.
Il convient d'éliminer sans cesse tous ces contaminants au moyen de systèmes de purification conçus à cet
effet, tels que filtres, centrifugeuses, coalesceurs et déshydrateurs sous vide.
4.7 Taux d'appoint d'huile
La fréquence et la quantité d'appoint d'huile au système jouent un rôle très important dans la détermination de
la durée de vie d'une charge d'huile. Les taux moyens d'appoint varient de l'ordre de 5 % par an (8 000 h de
service) jusqu'à 30 % dans les cas extrêmes. Dans le cas de certaines turbines pour lesquelles le taux
d'appoint est relativement élevé comparé à la vitesse de dégradation de l'huile, le degré de dégradation est
compensé et l'on peut prévoir une longue durée de vie pour l'huile. Dans les turbines pour lesquelles le taux
d'appoint est inférieur à 5 %, on a une image véritable de la dégradation réelle de l'huile. Quoi qu'il en soit, il
convient de surveiller très attentivement ce type d'installation car la durée de vie de l'huile dépend presque
exclusivement de la qualité originelle de l'huile.
Le plus généralement, le taux moyen d'appoint varie entre 7 % et 10 % par an.
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5 Dégradation des huiles en service
5.1 Généralités
Quelle que soit leur qualité d'origine, les huiles pour turbines sont soumises à une détérioration liée aux
conditions d'utilisation. C'est un phénomène normal, toutefois cette dégradation peut être contrôlée et réduite,
si possible, lorsqu'elle est considérée comme excessive.
5.2 Viscosité
La plupart des huiles commerciales pour turbines relèvent des qualités ISO VG 32, ISO VG 46, ISO VG 68 et
ISO VG 100. La plupart des turbines à gaz sont lubrifiées avec des huiles de qualité ISO VG 32. La plupart
des turbi
...
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