Verständnis der Auswirkungen einer schlechten Luftfiltration auf die Gasturbinenleistung

Hintergrund

Ablagerungen, Korrosion und Erosion von Gasturbinenkompressoren sind alle mit der Luftqualität assoziiert. Die Ablagerungen in Kompressoren können durch natürliche pflanzliche Stoffe oder feste Partikel in der Luft verursacht werden. Sie können auch durch vom Menschen verursachte Luftverschmutzungen wie Kohlenstoffrauch oder Kohlenwasserstoffdämpfe verursacht werden, die eine klebrige Substanz bilden, wenn sie sich auf den Turbinenschaufeln absetzen.

Die rotierenden Teile moderner Gasturbinen sind in Design und Struktur komplex und haben ein kritisches Profil für maximale Arbeitseffizienz. Die Hochdruckschaufeln/-düsen sind manchmal mit kleinen Luftlöchern versehen, um kühle Luft zuzuführen, wenn die Arbeitstemperaturen nahe an oder über der Grenze des Materials liegen. Die Schaufeln des Kompressors werden aus einer hochentwickelten Metalllegierung hergestellt, um die Festigkeit und Haltbarkeit sicherzustellen. Sie sind mit einer Schutzschicht überzogen, um die Haltbarkeit zu erhöhen. Dies macht eine effiziente Filtration für die langfristige Lebensdauer der Gasturbine zu einem Hauptfaktor.

Wie wichtig ist also die Filtration von Gasturbinen und welche Auswirkungen hat eine schlechte Filtration der Ansaugluft? In diesem Artikel untersuchen wir die Auswirkungen und erklären die Ursachen.

Erosion

Partikel, die über eine ausreichende Masse verfügen, um die internen rotierenden Komponenten irreversibel zu verschleißen, werden typischerweise mit einem Durchmesser von mehr als 10 µm identifiziert. Ihre Härte, Geschwindigkeit und Konzentration im Luftstrom können zeitabhängig Erosion verursachen. Solche Partikel lassen sich mit Trägheitsfiltern oder Vorfiltern mühelos entfernen. Ein Partikel mit einem Durchmesser von 10 µm gilt als sehr großes Partikel. Im Vergleich, das menschliche Auge kann nur Partikel mit einem Durchmesser von mehr als 40 µm sehen. Erosion führt zu irreversiblen Schäden an einer Gasturbine, kann aber durch eine angemessene Luftfilterung leicht vermieden werden.

Ablagerungen

Schadstoffe mit einem Durchmesser von weniger als 5 µm haben keine ausreichende Masse, um Verschleiß zu verursachen, aber sie können auf die Oberfläche der rotierenden und statischen Komponenten auftreffen und die Form des Schaufelprofils in kurzer Zeit verformen. Im Allgemeinen wird dies als Ablagerungen der Gasturbine bezeichnet und ist nach wie vor ein sehr häufiges Problem. Die Auswirkungen der Ablagerungen können jedoch von großer Bedeutung sein. Obwohl das Waschen des Motors mit Reinigungsmitteln und reichlich Frischwasser die Effizienz wiederherstellen kann, kommt es dennoch zu einer langsamen und stetigen Verschlechterung der Effizienz und der Leistung des Motors. Es sei auch darauf hingewiesen, dass dieselben kleinen Partikel, die zu Ablagerungen im Kompressors führen, auch die Kühlluftlöcher in den Schaufeln verstopfen können, was die Betriebstemperatur der Komponenten erhöht und die Lebensdauer des Motors verringert.

Korrosion

Die Korrosion der Niederdruck- (LP) und Heißdruckteile (HP) einer Gasturbine kann auftreten, wenn Salze aus der Luft das Filtersystem durchqueren. Es handelt sich um einen chemischen Prozess, der nicht von der Partikelgröße abhängt, sondern von der Präsenz von Feuchtigkeit und einer elektrolytischen Reaktion zwischen Salzen und unterschiedlichen Metallarten. Die Aufnahme von Salz und Wasser aus der Luft verursacht bei niedrigen Temperaturen Korrosion, während die Kombination von Salz (NaCl) mit Schwefel aus der Luft oder dem Kraftstoff bei hohen Temperaturen zu Sulfidierung/Oxidation in der Turbinensektion der Gasturbine führt.

Heißgas-Korrosion

Heißgas-Korrosion ist vor allem an Küsten- und Offshore-Standorten von besonderem Interesse, wo NaCl sowohl als trockenes Teilchen als auch in Lösung im Wasser vorkommt. Wenn es mit saurem (schwefelhaltigem) Brennstoff gemischt wird, führt dies zu einer beschleunigten Zersetzung der wichtigsten Komponenten des heißen Sektion der Gasturbine. Dies ist eine häufige Ursache für Motorausfälle in Offshore-Gebieten, oft weit vor der geplanten Lebensdauer einer Gasturbine.

Zusammenwirken von Erosion und Niedertemperaturkorrosion

Eine Kombination dieser Effekte kann zum Ausfall der Schaufel führen. Schlechte Filtrationserosion kann zur Entfernung der Schaufelschutzschicht führen, wodurch die Schaufel durch eine Kombination aus Salz und Wasser für Niedrigtemperaturkorrosion anfällig wird. Sollte sich in der Nähe des Schaufelansatzes Lochfraß entwickeln, könnte dies aufgrund der übermäßigen Belastungen an dem geschwächten Schaufelansatz schließlich zu einem katastrophalen Versagen durch Ablösung der Schaufel führen.

Schlussfolgerung

Die Auswirkungen einer schlechten Luftfilterung auf die Leistung einer Gasturbine hängen ganz von der Luftqualität und damit vom jeweiligen Standort der Gasturbinenanlage ab. Es ist die Umgebung, die den Schweregrad der Luftqualitätsherausforderung und die möglichen Auswirkungen einer schlechten Filterung bestimmt.

Die Betreiber können sich nicht einfach darauf verlassen, dass die vom Erstausrüster gelieferten Gasturbinenfilter die passenden sind. Um die rotierenden Maschinen vor den Auswirkungen von Ablagerungen, Erosion, Korrosion und Heißgaskorrosion zu schützen, müssen die Hersteller von Gasturbinen (OEMs) den Anbietern von Filtrationssystemen verbindliche Anforderungen in Bezug auf die Luftqualität stellen. Im Allgemeinen sind diese Anforderungen nicht besonders streng, aber es wird auch berücksichtigt, dass die Gasturbine regelmäßig einer Wasserreinigung und Instandhaltung unterzogen werden muss. Für die Lieferung von Originalausrüstungen ermöglicht es den Erstausrüstern, in einem wettbewerbsintensiven Markt wirtschaftlich zu überleben und gleichzeitig ein Gleichgewicht zwischen Leistung, Gesundheit und Lebensdauer der Turbomaschinen aufrechtzuerhalten.

Ein Betreiber muss die wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile einer verbesserten Filtration berücksichtigen, insbesondere den Wert einer Nachrüstung auf EPA-Filtration. AAF kann mit Ihnen zusammenarbeiten, um diese Vorteile zu quantifizieren und Details zu den Gesamtbetriebskosten zu liefern, damit Sie einen eventuellen Anstieg der Filterpreise in Bezug auf die erzielten wirtschaftlichen Vorteile aufrechnen können. In diesem Szenario ist das größte Dilemma, dass die Partikel, die den größten Schaden anrichten, selbst bei der schlechtesten Luftqualität für das bloße Auge unsichtbar bleiben, so dass es leicht verständlich ist, dass die Ernsthaftigkeit des Problems nicht klar ersichtlich ist. Eine optimierte Luftfiltration kann jede Gasturbine unabhängig vom Standort und der Umgebung schützen. AAF wird mit Ihnen zusammenarbeiten, um die richtige Lösung für eine individuelle Gasturbine zu finden. Mit einer Reihe spezieller Lösungen kann AAF Sie mit marktführenden Produkten unterstützen, die das Risiko von Schäden an Gasturbinen eliminieren und die Effizienz und Leistung der Gasturbine aufrechterhalten.