Die Notwendigkeit, Ihr Offshore-GT-Filtersystem neu zu beurteilen

Die Offshore-Öl- und -Gasindustrie konzentriert sich seit langem darauf, wie wichtig die Instandhaltung von Gasturbinentriebwerken ist. Einer der maßgebenden Punkte, der oft nicht beachtet wird, sind die Luftfiltersysteme. Diese Systeme, die an der Vorderseite der Gasturbine angebracht sind, können die Leistung und Verfügbarkeit der Gasturbine erhöhen und gleichzeitig die Sauberkeit des Kompressors und die langfristige Integrität des Bauteils verbessern.

Gasturbinen sind für die Öl- und Gasförderung grundlegend, da sie auf Offshore-Plattformen sowohl für den mechanischen Antrieb als auch für die Stromerzeugung eingesetzt werden. Allerdings sind sie immer wieder den widrigsten Witterungsbedingungen ausgesetzt.

Die raueste Umgebung

Die Luft in der Offshore-Umgebung enthält zahlreiche Partikel, die Gasturbinen (GTs) dauerhaft schädigen können. Dazu gehören Wassertröpfchen, Meersalz-Aerosole, Salzlösungen und Submikron-Partikel sowie industrielle Schwebstoffe aus verbrannten und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Bohrungsaktivitäten, der Schlammverbrennung und vom Sandstrahlen. Die Kompressorschaufeln, variable Leitschaufeln am Einlass und pneumatische Teile sind auf dem Meer in Bezug auf Verschmutzung und Korrosion besonders anfällig. Dies kann zu Schäden, einem Festfressen und schließlich zum Ausfall dieser maßgebenden Komponenten führen.

In der Turbinensektion der GT müssen die Kühlkanäle an den teuren Turbinenschaufeln frei von Verunreinigungen bleiben. Wenn sie nicht geschützt werden, kann eine Blockierung zu Überhitzung, Ermüdung und Rissbildung führen. Darüber hinaus sind die Komponenten in der Turbinensektion bei Betrieb mit saurem Brennstoff einer beschleunigten Korrosion am heißen Ende ausgesetzt. Dieser Prozess entsteht durch die Verbrennung von saurem Brenngas, das reich an Schwefelwasserstoff (H2S) ist und mit Salz (NaCl) aus der Ansaugluft reagiert. Dies führt letztendlich zu einer verkürzten Lebensdauer kritischer und teurer Teile.

Traditionelle Offshore-Filtration

In Europa werden die Produkte in Labors gemäß EN779 und EN1822 getestet und geklärt. Die EN-Filtereffizienzklassen reichen von G1 bis U17; je höher die Zahl, desto höher das Filtrationsniveau. Auf dem GT-Markt reicht die Filterung üblicherweise von G3 bis E12. Filter der Reihe G3-M5 werden im Allgemeinen als Vorfilter verwendet.

Moderne GT-Filtersysteme auf dem Festland haben üblicherweise eine Klassifizierung von mindestens F9, obwohl regelmäßig Systeme mit einem Filtrationsniveau von bis zu EPA E12 in Betrieb genommen werden. Im Offshore-Umfeld werden jedoch etwa 85 % der Offshore-GTs durch kleine Hochgeschwindigkeitsfiltrationssysteme geschützt, die in den Vorfiltrationsklassifizierungsbereich G3-M5 fallen. Diese Art von Filter schützt nur vor groben Partikeln und fängt offshore keine Partikel im Submikronbereich ab. Dies kann zu entgangenen Produktionseinnahmen, ungeplanten Gasturbinenabschaltungen, verkürzter Lebensdauer von Bauteilen und Motoren, vorzeitigen Motorausfällen, geringer Turbinenkompressionsleistung und hohen CO₂-Emissionen führen.

Diese Systeme wurden Ende der 1970er Jahre weitgehend übernommen. Die Auswahl basierte auf Untersuchungen des National Gas Turbine Establishments auf einem hochseetüchtigen Schiff. Dabei wurden Luftproben knapp über dem Meeresspiegel vor der Küste genommen, die als Indikator für die Luftqualität genutzt wurden. Bei den damaligen Tests wurde davon ausgegangen, dass 95 % der Offshore-Partikel größer als 5 Mikrometer sind und dass sie Filterbeutel wirksam auffangen würden. Jüngste Untersuchungen haben ergeben, dass 98 % der Partikel auf Offshore-Plattformen 1 Mikrometer oder kleiner sind (Tabelle 2).

Die traditionell weniger effizienten Filterbeutel in diesen kleinen Gehäusen bieten eine minimale Filtration und Partikelabscheidung für Partikel unter 1 Mikron. Sie sind so konzipiert, dass Wasser, Feuchtigkeit oder Nebel beim Durchgang durch die Filterbeutel koaleszieren. Dadurch entstehen größere Tröpfchen, die von einer nachgeschalteten Schaufel aufgefangen werden. Wasser und Salz als Lösung passieren jedoch die Filterbeutel und können sich auf dem Boden nach den Beuteln und vor den Endschaufeln ansammeln. Das Wasser verdunstet dann im Laufe der Zeit, was dazu führt, dass sich das Salz kristallisiert. Die Salze werden vom Luftstrom aufgenommen und in die GT geleitet.

Tabelle 1:Ein Vergleich zwischen den Aerosolen aus der Messung des National Gas Turbine Establishments (NGTE) und der AAF-Plattform, der den Unterschied in den Partikelgrößen auf Plattformniveau hervorhebt.

Tabelle 2: Luftreinheit bei 0,3 Mikron. Die N-hance EPA E12-Filtertechnologie von AAF ist 1.900-mal sauberer als die herkömmliche Hochgeschwindigkeits-Technologie.  Beachten Sie, dass die verwendete Luftprobe auf einer Plattform in der Nordsee entnommen wurde.

EPA E12-Filterung

Luftfilter mit der EPA E12-Klassifizierung fangen 99,95 % der Partikel in der Größe der am stärksten eindringenden Partikel ab – die am schwierigsten abzufangende Partikelgröße bei einem vordefinierten Luftstrom. Dies steht in krassem Gegensatz zu den traditionell weniger effizienten Filterbeuteln, die nur 5 % dieser Partikel auffangen. Dies ist der Grund, warum die Betreiber so häufig eine Wasserreinigung durchführen müssen und mit ungeplanten Abschaltungen und einer verkürzten Lebensdauer des Motors im Ausland zu kämpfen haben.

Als die EPA E12-Technologie zum ersten Mal für Offshore-Zonen verfügbar war, setzte sie einen große Ausrüstungshülle voraus. Heute ist diese Aktualisierung als Nachrüstung innerhalb eines bestehenden Hochgeschwindigkeitsfiltersystems erhältlich, ohne dass das kleinere Gehäuse durch eine größere Filterbehausung ersetzt werden muss. Dieses einzigartige System ist als N-hance Performance Filtration bekannt. Weitere Einzelheiten zu dieser Lösung finden Sie auf der Website von AAF. Die Nachrüstung ist darauf ausgelegt, große Mengen an Feuchtigkeit und Salz zu bewältigen. Diese Art der Filtration macht häufiges Waschen mit Wasser überflüssig, erhöht die Produktionseffizienz und senkt die CO₂-Emissionen, während sie gleichzeitig die Lebensdauer der Gasturbine verlängert.

Eine Gasturbine, die offshore gut funktioniert, bietet in Bezug auf Gesamteffizienz, Rentabilität und Nachhaltigkeit bessere Aussichten. Abgesehen von der Verbesserung der Finanzlage eines Unternehmens ist letztere immer mehr erforderlich, da zunehmend erkannt wird, dass ein Widerstand gegen den Weg zur Entkarbonisierung nicht nur sinnlos, sondern auch schlecht für das Geschäft ist. N-hance könnte eine neue Grenze darstellen, wenn es um allgemeine Effizienzsteigerungen im Offshore-Bereich geht.