Эволюция турбинной фильтрации

Тим Николас, 16 ноября 2022 г.

Стоимость повреждения или выхода из строя газовой турбины может быстро вырасти до миллионов. Загрязнение может как повредить турбину, так и снизить ее производительность. Операторы признают, что системы фильтрации необходимы для защиты турбин, которые часто устанавливаются в суровых условиях. Однако, учитывая сегодняшнюю чрезвычайно высокую эффективность и точно спроектированные газовые турбины, защита машин и их производительности становится более важной, чем когда-либо. По мере развития технологии газовых турбин системы фильтрации также не отставали.

Новейшая передовая технология GT обеспечивает высокий уровень эффективности за счет лучшего понимания теплопередачи, более высоких температур обжига и точной аэродинамической конструкции «суперфиниш». Конструктивные особенности включают улучшенную аэродинамику лопаток, улучшенный поток воздушного охлаждения, улучшенную конструкцию компонентов тракта горячего газа для уменьшения градиентов температуры и напряжений, а также модернизированные термобарьерные покрытия. Точная настройка этих машин и суперсплавов, которые они используют, требует более строгой защиты от повреждений, которые могут вызвать более мелкие частицы и загрязнения во впускном потоке воздуха.

Загрязнения могут включать соль, пыль, песок и влагу, и система фильтрации газовой турбины часто должна справляться с некоторыми или всеми из них. Более крупные частицы пыли или песка могут разрушить специальные суперсплавы, отделку и покрытия внутри компрессора и турбины и в конечном итоге привести к серьезному повреждению машины. Более мелкие частицы пыли могут прилипать к лопаткам турбины, влияя на рабочую аэродинамику, снижая эффективность турбины и увеличивая эксплуатационные расходы.

Соль является одним из наиболее неприятных загрязнителей для операторов газовых турбин. В морской отрасли и где-либо вблизи водоемов с соленой водой повреждение турбин может быть быстрым и серьезным, если с этим не справиться должным образом. Соль гигроскопична, то есть может поглощать влагу из воздуха и быстро переходить из сухой, липкой и жидкой форм. Помимо прилипания к лопаткам турбины и снижения эффективности, соль может соединяться с топливом в более горячих областях турбины с образованием сульфата натрия, который вступает в реакцию с металлом турбины, вызывая ускоренную коррозию.

Маленькие капли влаги во входном воздушном потоке турбины объединяются с пылью, образуя грязь, которая может засорить фильтр. Размер этих капель означает, что они также могут проникнуть в матрицу фильтрующего материала и застрять. Влага также вызывает быстрые изменения физического состояния гигроскопичных частиц соли из твердой формы в жидкую, что усложняет обработку их системой фильтрации.

Одним из основных элементов системы фильтрации является фильтрующий материал. Большие современные газовые турбины, требующие обработки различных загрязнений, обычно имеют несколько ступеней фильтрации со все более мелкой средой для улавливания частиц. Этот материал сложен в панели, чтобы максимизировать площадь фильтрации и оптимизировать эффективность фильтрации.

Однако выбор подходящего носителя для места установки — это только часть дела. Если фильтры не спроектированы и не сконструированы так, чтобы противостоять самим элементам, воздух может обходить фильтрующую среду, делая ее бесполезной. Воздух всегда будет идти по пути наименьшего сопротивления, и если он сможет обойти среду, он унесет с собой загрязнения и влагу, которые фильтры не позволяют достичь газовой турбины. Результатом станет точечная коррозия и коррозия, которые со временем серьезно повлияют на производительность турбины и могут в конечном итоге привести к катастрофическим отказам и простоям.

Чтобы предотвратить перепуск воздуха, конструкция фильтров должна быть прочной. Использование технологии потока полиуретана (ПУ) в конструкции фильтра обеспечит полную герметизацию складок среды. В средах с высокой влажностью также может иметь смысл использовать технологию краевого уплотнения, при которой на границе складок наносятся непрерывные шарики термоплавкого расплава, которые действуют как вторичное армирующее уплотнение от влаги.

Другие соображения, касающиеся конструкции фильтра, включают риск ржавчины. Риск появления ржавчины особенно высок в районах, где в атмосфере присутствуют частицы соли, высокая влажность и сероводород из природного газа. Выбросы диоксида серы из выхлопных газов дизельных двигателей в городских районах, вулканы, источники, сильные щелочи, штукатурка и цемент близлежащих предприятий, которые содержат хлориды и сульфаты, кислая дождевая вода и снос градирен – все это может способствовать образованию ржавчины. Таким образом, имеет смысл нанести порошковое покрытие на металлические части корпуса фильтра, чтобы повысить надежность и устойчивость к факторам окружающей среды. Водонепроницаемые покрытия, включающие сшитые материалы, еще больше повысят устойчивость фильтра к растрескиванию, отслаиванию, сколам и истиранию.