چندی پیش در شهرک علمی تحقیقاتی دانشگاه صنعتی اصفهان، سمیناری در مورد فیلتر هوای توربین گازی V94.2 برگزار کردم.

به اعتقاد خودم و بسیاری از شرکت کنندگان آن، جز باکیفیت ترین سمینارهایی بود که در آن حضور پیدا کرده بودند.

در این فیلم آموزشی قسمت هایی این این سمینار را با شما همراهان همیشگی وب سایت آموزش نیروگاه سهیم می‌شوم.

برای دانلود ویدئو اینجا کلیک کنید

فیلتر هوای توربین گازی

از آنجایی که بیش از 200 واحد از توربین گازی V94.2 در کشور ما نصب شده و این نوع توربین سهم زیادی در تولید برق کشور دارد،

در شروع این کارگاه توضیحاتی کوتاه اما بسیار مهم از مراحل فیلتر هوای توربین گازی V94.2 خواهم داد.

مراحل فیلتر هوای توربین گازی V94.2

1- برد اسکرین (Bird Screen) و سیستم مدیا

از آنجایی که حجم زیادی از ذرات و آلودگی های معلق در هوا در سطح زمین معلق میباشند، برای حذف آنها از فرایند فیلتراسیون، برد اسکرین را در ارتفاع 10 تا 15 متری از سطح زمین نصب کرده تا آلودگی های موجود در سطح زمین، در هوای ورودی به توربین وارد نشود.

به عبارتی دیگر ذرات بزرگتر از یک میکرون به دلیل نیروی وزنشان دچار ته‌نشینی شده و به همین دلیل دریچه ورودی هوای توربین در ارتفاع نصب میشود. بنابراین هوا از ازتفاع 10 تا 22 متری از سطح زمین وارد louver سیستم هوای ورودی air intake میشود.

در اینجا از اولین مرحله فیلتر هوای توربین، توری محافظ پرنده و هود بوده و برد اسکرین (Bird Screen) نامیده می‌شود، عبور میکند. توری ها از جنس فولاد ضد زنگ AISI316 و هودها از جنس کربن استیل رنگ شده هستند. شبکه توری با مش 20mm*20mm بوده و در هر طبقه به تعداد 12 عدد نصب شده است.

پس از یرد اسکیرین فیلتر دیگری به نام اینسکت اسکرین (Insect Screen) نصب شده است. اینسکت اسکرین از ورود حشرات و ذرات درشت جلوگیری میکند و شبکه توری با مش 5mm*5mm دارد. البته بعضی از نیروگاه‌ها نصب شده در نواحی گرم و خشک کشور به جای برد اسکرین از سیستم خنک کن هوای ورودی به کمپرسور استفاده میکنند. این سیستم  در کشور ما به “سیستم مدیا” معروف شده است. همانطوری که در این تصویر مشاهده میکنید، پدهای مدیا عملکردی شبه کولر آبی دارند.

2- آنتی آیسینگ (Anti-Icing Diffusers)

مرحله بعدی در ساختمان فیلتر هوای توربین، دیفیوزر آنتی آیسینگ (Anti-Icing Diffusers) یا ضد یخ زدگی است. این دفیوزها در داخل هودهای Bird Screen تعبیه شده است. وظیفه این سیستم جلوگیری از یخ زدن در هوای ورودی به تورین می باشد. بخشی از هوای فشرده و گرم شده در مرحله آخر کمپرسور توربین گازی V94.2 که دمای آن حدود 330 درجه سانتیگراد است، به این دیفیوزر ارسال میشود. به همین دلیل در زمان عملیات آنتی آیسینگ، توان تولیدی توربوکمپرسور حدود 10MW کاهش میابد. دیفیوزر آنتی آیسینگ در تمام پنج طبقه Air Intake تکرار شده است.

دو دلیل مهم برای نصب سیستم آنتی آیسینگ

دلیل اول:

فرض کنید در قسمت های بالا محوطه هوای ورودی یک مقدار یخ زدگی داشته باشیم. قائدتا سرعت هوا در قسمت هایی که یخ نزده است زیاد میشود. این افزایش سرعت هوا، افزایش افت فشار هوا را به دلیل افزایش نیروی اصطکاک به همراه دارد. در نتیجه توان بیشتری از توربین گازی V94.2 صرف غلبه بر این افت می شود.

دلیل دوم:

در توربین گازی سرعت هوا در زمان ورود به کمپرسور زیاد میشود. به عنوان مثال در توربین V94.2 این سرعت حدود 25m/s است. با افزایش سرعت، فشار هوا کاهش پیدا کرده و دما هم نیز کاهش پیدا میکند و مقداری از رطوبت که همراه هوا وارد توربوکمپرسور شده در دهانه کمپرسور یخ میزند. تا اینجای کار هم برای ما مشکلی پیش نیامده است. ولی فرض کنید آن تکه یخ ایجاد شده در دهانه کمپرسور، کنده شده و به کمپرسوری وارد شود که با دور 3000rpm دوران میکند. این اتفاق برای کمپرسور ما فاجعه است. به همین منظور در سیستم های توربین گازی از آنتی آیسینگ استفاده میشود.

در چه شرایطی سیستم آنتی آیسینگ فعال میشود؟

در توربین گازی V94.2 در صورتی که دمای هوای محیط بین 5ºC+ تا 5ºC- بوده و رطوبت هوا از 60% بیشتر باشد، سیستم آنتی آیسینگ فعال میشود.

ممکن  است شما از من بپرسید: در دمای 5ºC+ که آب یخ نمیزند پس چرا  در این شرایط سیستم آنتی آیسینگ فعال میشود؟

در پاسخ باید به شما بگویم دمای 5ºC+ در ورودی فیلتر هوای توربین اندازه گیری میشود، ولی ملاک ما برای یخ زدگی باید دمای دهانه ورودی کمپرسور باشد و نباید فریب دمای 5ºC+ را خورد. زیرا ممکن است دمای ورودی Filter House مثلا 3ºC+ باشد اما وقتی هوا به ورودی کمپرسور میرسد، دمای هوا به1ºC- میرسد.

نکته : سنسور دما و رطوبت هر توربین باید دقیقا در محل ورود هوا به همان توربین نصب شود.

3- اینرشیال فیلتر (inertial filter)

بعد عبور هوا از دیفیوزر آنتی آیسینگ، هوا وارد محوطه اینرشال فیلتر یا شبکه محافظت از شن می‌شوید. این شبکه وظیفه جلوگیری از نفوذ شن به سیستم هوای ورودی را به عهده دارد. اینرشیال فیلتر یک لور ساده بوده و هیچ کلاس فیلتراسیونی برای آن در نظر نمیگیریم.

عمکرد اینرشیال فیلتر هوای ورودی توربین به چه صورت است؟

اینرشیال فیلتر از پره های عمودی شکلی تشکیل شده است. این پره ها در جهت مخالف همدیگر قرار میگیرند هوا در اثر عبور از لورهای (self cleaning louvered vanes) اینرشیال فیلتر (inertial filter) تغییر جهت داده و در این فرایند، ذرات سنگین وزن مانند قطرات باران و آلودگی های درشت نیمتوانند با هوا تغییر جهت بدهند و در انتهای لور شکار میشوند.

حذف ذرات در اینرشیال فیلتر براساس تغییر اینرسی (inertia) انجام میشود.

سرعت متوسط هوا در این ناحیه 3.2m/s می‌باشد. راندمان جداسازی ذرات در اثر افزایش سرعت هوا کاهش میابد. در سرعت حدود 3m/s راندمان وزن برای ذارت با میانگین ابعادی 750 میکرون حدود 50% است.

ذرات شن پس از جدا شدن پایین ریخته شده  و در پایان ذرات جمع شده در انتهای لورها، از طریق فن محوری مرسوم به inertial filters fan، از سیستم تصفیه هوا به خارج منتقل میشود. جنس کلیه فلزات به کار رفته در این مجموعه فولاد ضد زنگ AISI316 می‌باشد.

کاهش فاصله هوایی لورهای اینرشیال فیلتر به دلیل ایجاد رسوبات و یا مشکلات ساخت در توان تولیدی توربین تاثیر گذار است. همانطور که در شکل زیر مشاهده میکنید در دو توربین گازی کاملا مشابه به لحاظ محل نصب و ساعت کارکرد معادل (EOH)، توان تولیدی واحد دو به دلیل گرفتگی شدیدتر لورهای اینرشال فیلتر کمتر از واحد یک است.

4- فیلترهای کارتریجی (Cartridge Filter)

همانطوری که مشاهده میکنید، بعد از اینرشیال فیلتر، فیلترهای کارتریجی نصب شده است. فیلتر کارتریجی مساحتی در حدود 19m² دارد و با استاندارد EN779 در Class F8 طبقه بندی میشود. استانداردASHRE ، کد MERV 14 را برای دسته بنده بندی این نوع فیلتر اختصاص داده است.

راندمان فیلترهای کارتریجی برای ذرات

بزرگتر از 0.5 میکرون،  ۹۹% است. در جهت آشنایی با استاندارد استاندارد EN779 مقاله رایگان تست فیلتر هوای ورودی توربین گازی V94.2 براساس استاندارد EN 779 را به شما معرفی میکنم. بدون شک مطالعه آن به شما خیلی کمک خواهد کرد.

تست فیلتر هوای ورودی توربین گازی V94.2 براساس استاندارد EN 779

در توربین گازی V94.2  فیلتر های کارتریجی استوانه ای به صورت دوبل یا دوتایی نصب میشوند. در زمان نصب کارتریج فیلترها دقت نمایید، گسکت (Gasket) فیلتر حتما به طور کامل روی بدنه فلزی Air Intake قرار گرفته باشد، تا آب بندی لازم بین بدنه فلزی و فیلتر کارتیجی برقرار باشد.

این مقاله در روش تولید فیلترهای کارتریجی توربین گازی V94.2 است. اگر می‌خواهید که با نحوه ساخت این فیلترهای به همراه فیلم کاملی از مسیر تولید این فیلتر آشنا شوید؛ پیشنهاد می‌کنم مقاله زیر را مطالعه کنید.

روش تولید فیلترهای کارتریجی توربین گازی V94.2

عمر فیلتر کارتریجی حدود 2 سال است و معمولا پس از اولین سال استفاده از فیلتر، از هر طبقه تعدادی فیلتر به صورت تصادفی انتخاب شده و وزن میشود. در صورتی که اختلاف وزن فیلتر های نصب شده در طبقات از محدوده معرفی شده توسط سازنده فیلتر بیشتر باشد، نسبت به جا به جا کردن فیلتر ها اقدام می شود.

5- سایلنر باکس (Silencer Box)

پس از فیلتر هوای توربین در فیلتر های کارتریجی، هوا به ناحیه ای تمیز clean area و به اصطلاح ما نیروگاهی ها سایلنر باکس وارد میشود. نامگذاری سایلنر باکس به دلیل نصب دیواره های سایلنسر در این محوطه می باشد. جنس دیواره های سایلنسر پانل های میرا کنندا صدا استیل AISI 316 می باشد و تعداد آنها 32 عدد می باشد. این دیوارها با جهت دهی و تبدیل جریان متلاطم هوا به جریان آرام، علاوه بر کاهش سروصدا، ورود پروفیل سرعت یکنواختی به کمپرسور را نیز باعث میشود. سرعت هوا در انتهای سایلنسر 7m/s می باشد. استاندارد SIO 10494 در مورد حد مجاز صدایی که از توربین های گازی منشر میشود، اظهار نظر کرده است.

عزیزانی که تجربه کارنیروگاهی دارند خوب میدانند که اگر از سایلنر باکس بخواهند دوستانشان در Lower Part را صدا بزنند، واقعا صدا منتقل نمیشود و این کار شدنی نیست.

همانطوری که در این تصویر مشاهده میکنید، هوای خروجی 1200 فیلتر کارتریجی وارد سایلنسر باکس میشود. چون هوا از فیلتر کارتریجی عبور کرده بنابریان آلودگی های این ناحیه نباید با چشم دیده و در صورتی که در حین بازدید این ناحیه، آلودگی و گرد غبار مشاهده شود، باید حساس شده و سریعا منشا آلودگی را پیدا کنید.

ما این تجربه را داشتیم که بعضی مواقع که فیلتر های کارتریجی به دلیل وزن آلودگی، دچار خمش شدید شده و ناحیه آب بندی بین گسکت فیلتر و بدنه فلزی Air Intake از بین رفته و از همین ناحیه گرد وغبار وارد سایلنر باکس گردیده است.

6- سیستم پالس جت (Self-Cleaning Pulse Jet)

افت فشار هوا در فیلتر کارتریجی تمیز حدود 2mbar بوده و با گذشت زمان و کثیف شدن فیلتر، مقدار افت بیشتر می‌شود. برای اینکه از فیلترکارتریجی در مدت زمان بیشتری بهره برداری و استفاده کنیم، از سیستم پالس جت (Pulse Jet) برای تمیزکاری این فیلترها کمک میگیریم. در این عملیات فیلترها به صورت counter – flux توسط جت هوای فشرده تمیز می‌شوند.

هدرهای پالس جت از داخل سایلنر باکس

هوای خروجی از آخرین مرحله کمپرسور توربین گازی V94.2 با فشار 10bar و دمای 330ºC برای عملیات پالس جت استفاده میشود. ابتدا دمای هوا در یک مدل حرارتی کاهش یافته و سپس به کمک رگولاتور ولو (Regulator valve) فشار آن نیز کاهش پیدا میکند. سپس این هوای خنک شده و کم فشار که دیگر به کارتریج فیلتر آسیب رسان نمی باشد به هدرهای پالس جت نصب شده در محوطه سایلنر باکس ارسال میشود. در پایان هوای فشرده به کمک نازل پالس جت در خلاف جهت حرکت هوا به داخل فیلتر تزریق شده و در کسری از ثانیه فیلتر کارتریجی ریکاوری و احیا میگردد.

همانطوری که در این تصویر مشاهده میکنید، پخش یکنواخت و موثری از هوای فشرده در نازل پالس جت، از پارگی فیلتر کارتریجی جلوگیری میکند.

در این تصویر از کامپیوتر اتاق فرمان نیروگاه، زمانی که افت فشار دو طرف یک فیلتر کارتریجی از  65mmH2o بیشتر شود، سیستم پالس جت فعال میشود. سپس وقتی مقدار 65mmH2o به 55mmH2o میرسد، سیستم پالس جت متوقف می‌شود. مصرف هوا در سیستم پالس جت در حدود 300kg/hr است.

راندمان عملیات پالس جت

همانطوری که در این تصویر مشاهده میکنید، در ابتدا عمل پالس جت راندمان فیلتر را افزایش میدهد. اما با گذشت زمان عملیات پالس جت نسبت به روزهای اول در کاهش افت فشار دو سر فیلتر کارتریجی نقش کمتری داشته است. به تجربه میدانیم که پیری فیلتر و رطوبت، اثر پالس جت را ضعیف میکند.

توصیه: در زمان فعال بودن سیستم آنتی آیسینگ چون احتمال دارد فیلترهای کارتریجی خیس باشد، به منظور جلوگیری از پاره شدن فیلترها و همچنین ممانعت از خروج هوای گرم توسط dust blower، سیستم پالس جت را غیرفعال نمایید. همچنین اگر از سیستم مدیای خنک کن هوای وروردی به کمپرسور استفاده میکنید، با بازدید از فیلتر هاوس از خیس نشدن فیلترهای کارتریجی اطمینان حاصل نمایید.

7- درهای ضد انفجار (Anti-Implosion Doors)

هوای تمیز پس از عبور از فیلترها به ناحیه مرسوم به transition room یا transition peace وارد می‌شود. جنس این قسمت کربن استیل رنگ شده بوده و سرعت عبور هوا از این ناحیه 7m/s است. در انتهای این ناحیه، چهار در ضد انفجار که به صورت پانل های لولا شده و از جنس کربن استیل رنگ شده، نصب شده است. وظیه آنها حفاضت Filter House و ساختمان فیلتر هوای توربین از مچاله شدن می باشد (Pressure Relief Protection). این درب ها با وزنه تعادل طوری تنظیم می شوند که چنانکه به هر دلیل فشار داخل محفظه فیلتر از یک حد خاص کمتر شود (حدود 18mbar) درب‌ها باز گردند. در نتیجه هوا میتواند مستقیما از طریق درها عبور کرده و احتمال پاره شدن فیلتر را در محفظه فيلتر ناشی از بالا رفتن اختلاف فشار از بین ببرد.

در صورت وقوع آن بلافاصله توربین در حالت auto shutdown قرار گرفته و از مدار خارج میگردد. این مسئله حائز اهمیت است که درهای انفجاری می باید تحت هر شرایط دمائی باز شوند. بدین لحاظ تعدادی هیتر برقی در نظر گرفته شده که می توانند از یخ زدگی در سیستم که باعث گیر کردن درها میشود، جلوگیری نمایند.

سه عدد سوئیچ حدی (Limit Switch) برای هر در، سیگنال Door opened را برای DCS فراهم مینمایند و سیستم کنترل نیز در صورت باز شدن هر کدام از درب ها با فانکشن ۲ از ۳ توربین گاز را تریپ می دهد.

در مناطق سردسیر و در ایام سرد سال، به منظور جلوگیری از یخ زدگی مش های اینسکت اسکرین، نسبت به برداشتن اینسکت اسکرین اقدام میشود. زیرا در صورت یخ زدگی و گرفتگی این بخش احتمال عمل کردن درهای ضد انفجار وجود دارد.

8- Lower Part

تا اینجا برد اسکرین (Bird Screen)، فیلتر هاوس (Filter House)، سایلنسر باکس (Silencer Box) را برای شما توضیح داده شد. در ادامه هوا وارد Bend duct میشود. Bend duct توسط یک اتصال Flexible به داکت عمودی وصل میشود. اتصال Flexible از سه لایه فيبر پلی اتیلن ساخته شده است و وظیفه جلوگیری از بار گذاری روی بخش پایین تر را داشته و خطاهای احتمالی ناشی از نصب نامناسب و اشتباه را جبران می کند.

در این ناحیه دمپری (Damper flat) نصب شده است و وظیفه آن جداسازی محوطه lower part از سایلنسر باکس (Silencer Box) است. با این کار اولاً، فضای فعالیت رطوبت گیر توربو کمپرسور که در زمان خارج بودن توربین وظیفه حذف رطوبت توربوکمپرسور را دارد کاهش یافته و ثانیاً، در زمان تعمیرات احتمالی در بخش های فوقانی air intake از ورود اجسام خارجی به ناحیه lower part و کمپرسور، جلوگیری مینماید. این دمپر دو ساعت بعد از خاموش شدن توربین گاز، بسته شده و در زمان استارت مجدد توربین، باز میشود.شایع ترین مشکل مکانیکی دمپر، خرابی بیرینگ های آن است.

در صورت عملکرد درهای ضد انفجاری، اگر واحد shut down شده باشد،
حتما باید محوطه bend duct و lower part به دقت به لحاظ تمیزکاری چک کردد.

بخش پایینی داکت به عنوان هادی هوا به داخل کمپرسور عمل میکند. از این ناحیه به بعد فرایند فیلتر هوای توربین گازی V94.2 به اتمام رسیده و ورود هوای فیلتر شده به قسمت Lower Part شروع میشود. یک مخروط داخلی به بدنه توربین وصل شده و در حد امکان از تشکیل توربلانس جریان جلوگیری می کند. داخل این مخروط یک شفت قرار دارد که توربین را به ژنراتور متصل می سازد. این فضا توسط یک پوشش عایق صوتی (جابجا شونده) قابل دسترسی است.اطراف مخروط، یک رینگ از جنس کربن استیل با تعدادی نازل پاشش آب قرار گرفته که در حین تعمیرات توربین گاز وظیفه تمیز کاری و شستسوی کمپرسور را بر عهده دارد. در پایان  هوای تمیز و فیلتر شده پس از عبور از پره های ردیف اول کمپرسور IGV (مخفف Inlet Guide Vane) وارد کمپرسور میشود.