در توربین گازی V94.2، هوا فیلتر شده پس از ورود به کمپرسور، فشرده میشود.

سپس در دو محفظه احتراق سیلویی و به کمک شانزده برنر دمای هوا پرفشار افزایش میابد.

در پایان این هوای پرفشار و داغ وارد توربین شده و تولید گشتاور مولد مینماید.

این فرایند به صورت پیوسته در توربین گاز V94.2 دائما در حال تکرار است.

خب اگه هوا را فیلتر نکنیم چه  اتفاقی می افتد؟

قبل از شروع اگر هنوز مقاله “فیلتر هوای توربین گازی V94.2 از صفر تا صد” را نخوانده اید مطالعه کنید. برای این کار می توانید از طریق لینک زیر مقاله را بخوانید:

چه لزومی دارد که هوا را در مراحل مختلف فیلتر کنیم و در نهایت به کمپرسور وارد نماییم؟

در اینجا قصد دارم شش مشکل شایع توربین گازی به علت فیلتراسیون ضعیف هوای ورودی را خدمتتان توضیح دهم.

معرفی این مشکلات به ترتیب درجه اهمیتشان است.

برای دانلود ویدئو اینجا کلیک کنید

1- Foreign Object Damage) FOD)

FOD یا Foreign Object Damage اولین و شایع ترین مشکل فیلتراسیون ضعیف هوای ورودی است.

اگر ذرات موجود در هوا از مراحل فیلتراسیون ما عبور کنند و بتوانند خودشان را به کمپرسور برسانند که دارد با سرعت 3000rpm میچرخد،

باعث ایجاد آسیب ها به پره های کمپرسور میشود.

این آسیب حتی میتواند به کنده شدن پره و فاجعه منجر شود.

از این گذشته درصورتی که حین بازدید های دوره ای روی پره کمپرسور FOD را مشاهده کردیم،

در بیشتر موارد ما مجبوریم تعویض پره (Reblade) انجام دهیم.

بنابراین مجبوریم توربین را باز کنیم. زمانی که توربین از مدار خارج است و هزینه های عدم تولید توربین بسیار زیاد می باشد.

2- سایش (Erosion)

دومین عامل شایع در اثر فیلتراسیون ضعیف هوای ورودی Erosion است.

Erosion هم مثل FOD یک مشکلی غیر قابل جبران است. گردو خاک (Dust)، ماسه و ذرات سیلیس عوامل اصلی ایجاد Erosion است.

در این پره توربین، شما میتوانید آثار Erosion را در زاویه حمله پره مشاهده کنید.

این مشکل چه اثر منفی در عملکرد توربوکمپرسور ما ایجاد میکند؟

اولین پاسخم این است که Erosion در هندسه و پروفیل پره توربوکمپرسور تغییر ایجاد میکند.

مشکل دوم این است که در اثر سایش، زبری سطح پره زیاد میشود.

بنابراین محاسباتی که برای پرفرمنس (Performance) پره دیده شده با این زبری، دیگر قابل قبول نیست.

کاهش مقطع پره و از همه مهمتر در توربین های گازی و در پره های توربین از بین رفتن پوشش و کتینگ (Coating) پره توربین به واسطه Erosion است.

کتینگ پره توربین نقش پوسته سیب برای سیب بازی میکند.

به این صورت که وقتی شما یک سیب را پوست میگیرید بعد از 5 دقیقه سیب بدون پوسته اکسید شده و قهوه ای رنگ میشود.

به طرز مشابهی اگر کتینگ پره توربین دچار آسیب شود،

این آسیب پاشنه آشیلی برای تسریع اکسیداسون بوده و باعث میشود که پره اکسید شود.

از دیگر مشکلات حاصل از Erosion میتوان به  افزایش تمرکز تنش در محل های آسیب دیده پره و دچار کندگی یا سوراخ شدگی به واسطه اروژن، اشاره کنیم.

ایجاد تمرکز تنش در نقاط نوک تیز و کاهش مقاومت خستگی و منجر به high cycle fatigue failures میشود.

آخرین مشکل ایجاد شده در اثر Erosion، کاهش سطح مقطع پره و کاهش مقاوت مکانیکی آن در برابر شکست می باشد.

3- فولینگ (Fouling)

فولینگ سومین مسئله ای است که به دلیل اشکال در سیستم فیلتراسیون برای توربوکمپرسور اتفاق می افتد.

ذرات چسبناک مانند بخار روغن و آب به همراه ذرات کمتر از 10 میکرون، عامل اصلی ایجاد فولینگ (Fouling) است.

این مواد در سوراخ ها و کویتی ها و نقاط با دبی کم رسوب کرده و فولینگ ایجاد میکنند.

ارتباط نصب نادرست توربین و مسئله فولینگ

علت فولینگ ایجاد شده در پره متحرک کمپرسور این تصویر بسیار جالب است.

پره این کمپرسور به دلیل نصب نادرست توربین دچار فولینگ شده است.

به عبارت دیگر  در زمان نصب این توربین به جهت باد غالب دقت نشده است.

همیشه باید در زمان نصب توربین ها دقت کنیم که جهت باد غالب از سمت فیلتر هاوس (Filter House) به سمت اگزوز توربین (Turbine exhaust) باشد.

در این توربین این قضیه برعکس بوده است، یعنی جهت باد از اگزوز به سمت فیلتر هاوس بوده

و این باد گازهای خروجی اگزوز مانند CO2 و سایر محصولات احتراق و ذرات چرب و چسبناک را به فیلتر هاوس وارد میکرده است.

به همین دلیل پره کمپرسور دچار فولینگ  شدید شده است.

فولینگ چه مشکلاتی را ایجاد میکند؟

اولین مشکل این است که مقداری جرم به دلیل فولینگ به پره کمپرسور اضافه شده و باعث تغییر کیرنس ها و لقی های پره میشود.

مشکل بعدی فولینگ آنبالانسی است. جرم پره ای که دچار فولینگ شده از سایر پره ها بیشتر و سنگین تر میشود

و در دور 3000rpm اثر تغییرات ناچیز جرم به شدت روی بالانس توربین اثر منفی میگذارد.

کاهش صافی سطح پره ها و کاهش پرفرمنس نیز از مشکلات بعدی پدیده فولینگ می باشد.

همچنین مواد چسبناک عامل ایجاد فویلنگ میتواند مسیر خنک کاری پره توربین را مسدود نماید.

چطور فولینگ پره های کمپرسور را برطرف کنیم؟

خبر خوب در مورد فولینگ این است که برخلاف تمامی مشکلات قبلی، مسئله فولینگ قابل حل می باشد.

ما کاربران توربین گازی V94.2 به صورت هفتگی پره های کمپرسور را درحالت آنلاین (Online)

یعنی زمانی که توربوکمپرسور در مدار است، شستشو میدهیم.

همچنین بعد از هر 1500 ساعت توربین را خاموش کرده و پره های کمپرسور را به صورت آفلاین (Offline) شستشو میگردد.

همانطور که در این تصویر مشاهده میکنید، هر زمانی که روی پره کمپرسور را شسشتو و Cleaning میکنید، راندمان کمپرسور شما افزایش میابد.

در صورتی که ما شسشتو کمپرسور را به تعویق انداخته و در فواصل زمانی طولانی تر از پیشنهاد سازنده واشینگ کمپرسور را انجام بدهیم،

کمپرسور ما به تدریج دچار فولینگی میشود که به این راحتی ها نمیتوانیم با یک واشینگ ساده از آن رهایی پیدا کنیم.

به قول سعدی: سعدی به روزگاران مهری نشسته بر دل، بیرون نمیتوان کرد الا به روزگاری

به همین علت ما کاربران تروربین گازی V94.2 علیرغم هزینه های هنگفتی که خارج کردن توربین برایمان دارد،

ولی ما این هزینه را به جان میخریم و این عملیات شسشتو و Cleaning را انجام میدهیم تا دچار شعر آقای سعدی نشویم!!!

طبق گزارش شرکت آمریکایی Bachtel، افت عملکرد و سوخت مصرفی ناشی از رسوب گرفتگی کمپرسور، به ازای هر واحد توربین گازی V94.2 در هرسال، 3.37 میلیون دلار است.

اثر اندازه ذرات در فولینگ (Fouling) و سایش (Erosion)

همین طور که در این تصویر مشاهده میکنید، ذرات در سایزهای کوچک بیشتر به ما فولینگ تحمیل میکنند.

ولی به محض اینکه سایز ذرات زیاد میشود ما بحث اروژن را داریم. این مسئله در انتخاب فیلتر خیلی برای ما اهمیت دارد.

همچنین 70% ذرات داخل اتمسفر در حالت نرمال و به طور معمول، اندازه ای کمتر از 3micron دارند.

با کاهش “سختی” و “سایز” ذرات مشکل Erosion جای خود را به Fouling میدهد.

4- گرفتگی مسیرهای خنک کاری (Cooling Passage Plugging)

خوب میرسیم به چهارمین مشکل یعنی گرفتگی مسیرهای خنک کاری که به خاطر فیلتراسیون ضعیف به توربوکمپرسور ما تحمیل میشود.

گرفتگی مسیرهای خنک کاری شکلی از فولینگ است به واسطه Coal dust, cement dust, fly ash به توربوکمپرسور تحمیل میگردد.

توربین های مدرن، در دماهای کاری خیلی بالایی کار میکنند و کارکرد توربین در دمای بالا، محدودیت های متالوژیکی به همراه دارد.

شما نمیتوانید دمای یک فلز و حتی سوپر آلیاژ را خیلی بالا ببرید.

پس توربین سازها با ایجاد مسیرهای خنک کاری در تجهیزاتی که احتمال بالا رفتن دما در آنها وجود دارد،

دمای کاری توربین را افزایش میدهند.

با این کار ضمن افزایش توان تولیدی، محدودیت های متالوژیکی نیز برقرار شده

و مانع از اورهیت شدن (Over Heat) و آسیب به قطعات داغ  مانند پره توربین میشوند.

حال فرض کنید از این نه عدد  سوراخی که برای خنک کاری پره متحرک توربین درنظر گرفته شده است،

سه عدد دچار گرفتگی شود، چه اتفاقی می افتد؟

به دلیل وحود ذرات در هوای ورودی به توربین، سیستم کولینگ آن پره دچار گرفتگی شده و راندمان سیستم کولینک کاهش میابد.

درنتیجه این اتفاقات فلز پره  متحرک  (vane)یا بلید ثابت (blade) توریبن اورهیت (overheat) میشود.

به دلیل گرفتگی سهم آن پره از هوای خنک کاری، کم شدهو درنتیجه،

دمای آن پره افزایش میابد. این افزایش اورهیت شدن و  گرادیان حرارتی پره را به همراه دارد.

گرفتگی مسیر خنک کاری پره توربین دو پیامد زیر را در پی دارد:

1- عدم خنک کاری پره مترحک توربین

2- اختلال در آبنبدی ایجاد شده بین پره متحرک توربین و شُرود پره ثابت و فرار گاز داغ از این ناحیه و افت مگاوات تولیدی و راندمان توربین

 

5- پارتیکل فیوژن (Particle Fusion)

پنجمین مشکلی که به واسطه ضعف در سیستم فیلتراسیون هوای ورودی به ما تحمیل میشود، پارتیکل فیوژن است.

ذرات ریزی که وارد توربین میشوند در اثر حرارت ذوب یا ممزوج (FUSION) شده و به پره توربین و سایر قسمت های داخلی میچسبند.

اجازه دهید این مسئله را در توربین گازی V94.2 بررسی نماییم.

توربین گازی V94.2 زمانی که در بار پایه (Base load) بهره برداری میشود،

دمای شعله در نزدیکی لنس برنر 1700 تا 1800، دمای  متوسط هوای ورودی به توربین، 1060

و دمای لبه حمله بلیدهای ثابت ردیف اول توربین 800 است.

خیلی از آلودگی ها در این دماها ذوب میشوند و به بدنه پره ها و تجهیزاتی که در مسیر عبور هوای داغ (HGPI) توربین هستند، میچسپند.

این آلودگی های ذوب شده به بدنه تجهیزات میچسپند و علاوه بر گرفتگی سوراخ های خنک کاری و تغییر شکل پروفیل پره،

باعث تسریع در فرایند اکسیداسیون فلزات میشوند.

6- خوردگی شیمایی (Corrosion)

آخرین مشکل فیلتراسیون ضعیف، خوردگی شیمایی (Corrosion) یا کروژن است. در کروژن، ما دو تعریف داریم، Cold corrosion و Hot corrosion

Cold corrosion

این اتفاق در قسمت های سرد توربوکمپرسور اتفاق می یافتد.

رسوب خیس نمک، اسید و بخار آب به همراه گازهای خورنده کلر وسولفید، اینها باعث خوردگی سرد در پره های کمپرسور میشود.

به همین دلیل شش پره اول کمپرسور در توربین گازی V94.2 درای کتینک (Coating) و پوشش بوده

و در این قسمت که دمای هوا نیز پایین است، Cold corrosion به مقدار زیادی جلوگیری میکند.

Hot corrosion

دومین دسته بندی که برای خوردگی شیمیایی یا کروژن،  Hot corrosionاست.

قطعه ای که در این تصویر مشاهده میکنید بلید توربین است.

متاسفانه به دلیل Hot corrosion اصلا چیزی از بلید باقی نمانده است.

عناصری مانند پتاسیم، وانادیوم و سدیم به شدت در دماهای بالا برای قطعات قسمت توربین ما مثل محفظه احتراق و پره های توربین ایجاد خوردگی میکنند.

به عبارتی نمک های ذوب شده و رسوب شده روی اجزای توربین مانند پره ها و نازل های سوخت و …

باعث تسریع فرایند اکسیداسیون شده وHot corrosion ایجاد میکنند.

در قسمت توربین علاوه بر مشکلات فیلتراسیون ضعیف هوا  فیلتراسیون سوخت نیز به مشکلات توربین اضافه میشود.

یعنی همه تقصیرها را نمیتوانیم به گردن سیستم هوای ورودی بیندازیم،

و دلیل اصلی Hot corrosion آلودگی های سدیم و پتاسیم موجود در سوخت ورودی به توربین گازی است.

به عنوان راهکار اولیه پیشنهاد میکنم سطح سدیم و پتاسیوم را به کمک فیلتراسیون سوخت به کمتر از 0.01ppm برسانید.

جمع بندی:

در این مقاله شش مشکل شایع توربین گازی به علت فیلتراسیون ضعیف هوای ورودی را بررسی نمودیم:

1- Foreign Object Damage) FOD)

2- سایش (Erosion)

3- فولینگ (Fouling)

4- گرفتگی مسیرهای خنک کاری (Cooling Passage Plugging)

5- پارتیکل فیوژن (Particle Fusion)

6- خوردگی شیمایی (Corrosion)

لطفا در قسمت کامنت های سایت برای ما بنویسید که شما در هر یک از موارد شش گانه فوق، چه تجربیات و راهکارهایی دارید.