Problema: La condensación de la humedad y la lluvia tropical causa una alta presión diferencial y el arrastre de cualquier partícula capturada a través de los filtros hacia la turbina provocan pérdidas de eficiencia del compresor del 3-5% y pérdidas de potencia del 15-20%.
Solución: Filtros herméticos estancos Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 de Donaldson
Resultados:
- La vida útil del filtro se triplicó de 18 a 48 meses en comparación con los 12 meses con hasta un 10% de pérdida de eficiencia.
- Sin necesidad de derivar la condensación durante periodos de alta humedad o lluvia tropical
- Sin pérdidas en la eficiencia del compresor axial ni en la producción de energía
- Reducción de los lavados con agua solo fuera de línea
Una planta de gas natural licuado (GNL) en un clima tropical ha tenido cuatro años de éxito con la filtración de aire hermética estanca de Sistemas de turbinas a gas de Donaldson. Este estudio de caso es aplicable a otras refinerías de petróleo y plantas de energía en zonas húmedas, tropicales y costeras que luchan con la humedad y los contaminantes del aire.
La planta de gas natural licuado presentada en este estudio de caso está conectada a través de un gasoducto submarino a instalaciones de exportación en alta mar en el mar de Timor. Propiedad de una importante compañía mundial de petróleo y gas, utiliza seis motores GE LM2500 G4 con dos turbinas para refrigeración de propano, dos para refrigeración de etileno y dos para refrigeración de metano.
Los seis motores de turbina de la instalación requieren un total de 720 pares de elementos de filtro para filtrar los contaminantes transportados por el aire y proporcionar aire de admisión limpio. El clima tropical de esta ubicación costera ha planteado serios desafíos de filtración. En los meses de verano, hay un 80% de humedad relativa, lluvia tropical y aire cargado de sal. En la estación seca de invierno, el humo denso y las cenizas de los incendios de malezas también contaminan el aire. El arrastre de condensación tiende a traer partículas que pueden causar ensuciamiento de la paleta y desgaste prematuro del equipo.
En 2014, la planta de gas natural licuado utilizaba filtros sintéticos de primera calidad F9 MERV 15. Esta tecnología de filtración de aire era de vanguardia en la industria de las turbinas en ese momento. Si bien los elementos funcionaban de manera más eficaz que los filtros F9 MERV 15 mezclados anteriores, en lo que respecta a la presión diferencial (dP) y la vida útil del filtro, las turbinas aún presentaban problemas de rendimiento.
“Los filtros se estaban cargando con partículas de hollín”, afirmó el Ingeniero de equipos rotativos principal de la instalación. "Muchos de esos contaminantes pasaban por el filtro y se pegaban a las paletas de nuestro compresor axial, porque tienen un tamaño submicrónico".
Un aumento de la presión diferencial y una reducción en la eficiencia del compresor axial indicaron que aún penetraba una cantidad significativa de humedad en los filtros y, con ella, contaminantes como hollín, humo y sal. Esto provocó un ensuciamiento de la paleta, un desequilibrio mecánico que provocó una pérdida de eficiencia en el compresor axial. Las pérdidas de eficiencia en la instalación oscilaron entre el 3% y el 5% durante 12 meses, lo que se tradujo en una pérdida de energía medible.
“El mayor problema en torno a la humedad fue el hecho de que perdimos energía debido a la alta temperatura del bulbo húmedo”, explicó el ingeniero. “El rendimiento de nuestra planta ya se vio afectado entre un 15% y un 20% en clima húmedo, lo que significó un deterioro adicional debido a la presión diferencial del filtro que se sumó al problema.
Llegamos a un punto en el que quitamos la carcasa superior de las turbinas y limpiamos las paletas a mano o las desmontamos para repararlas ".
Para superar la pérdida de energía durante las temporadas de verano húmedo, la planta completó los lavados con agua, una práctica que conllevaba costos adicionales de mantenimiento y mano de obra: Los lavados fuera de línea requieren un equipo de seis personas durante un día completo, y los lavados en línea requieren un equipo de dos personas que trabajen varios días.
Sin embargo, los lavados con agua fueron solo una solución temporal para la degradación de la energía. Cada lavado restauró la potencia parcial, pero hubo rendimientos decrecientes con cada ciclo de lavado. En consecuencia, a los 18 meses, los 720 pares de filtros ya no podían soportar la producción de energía adecuada y requerían reemplazos.
Para hacer frente a estos desafíos, en 2015 la planta decidió probar los nuevos medios herméticos estancos (H) EPAgrade Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 de Donaldson. El cliente instaló los filtros Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 en cuatro de las seis turbinas a gas natural licuado y mantuvo la tecnología F9 existente en las otras dos para su propia comparación de rendimiento en paralelo.
Después de nueve meses, el cambio produjo una mejora significativa en la protección de la turbina, indicada por los datos de presión diferencial y eficiencia del compresor para las turbinas que hacen funcionar los filtros herméticos. La presión diferencial se mantuvo estable durante los meses de verano y durante la vida útil del filtro, sin apenas pérdida de eficiencia del compresor axial.
Basándose en la prueba, la planta de gas natural licuado decidió convertir las seis turbinas al sistema de filtros herméticos (H) EPA Turbo-Tek Er5 | W5 | P1, y desde entonces realizó el cambio en sus otras instalaciones de gas natural licuado (GNL).
A finales de 2019, cuatro años después, después de la prueba, todos los filtros Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 de la planta de GNL mantuvieron su rendimiento original. Los motores han sufrido pérdidas de casi un 0% en la eficiencia del compresor axial y la planta ha eliminado los lavados con agua en línea.
Sorprendentemente, a partir de diciembre de 2019, la planta todavía estaba usando sus filtros TurboTek Er5 | W5 | P1 originales, instalados en 2015, con solo un cambio de envoltura de prefiltro a los 36 meses para reducir un aumento menor en presión diferencial. La planta ha extendido la vida útil de sus filtros de 18 a 48 meses, lo que se traduce en ahorros sustanciales en los costos de filtro y mantenimiento.
“El cambio de los filtros F9 Spider-Web XP a los filtros herméticos Turbo-Tek E12 Er5 | W5 | P1 han marcado una diferencia extraordinaria en nuestra operación, ya que ahora no estamos perdiendo eficiencia en nuestro compresor y no tenemos que bajar a lavar ”, comentó el ingeniero. “Cuanto más limpias podamos mantener nuestras turbinas durante la temporada de lluvias, mejor podremos mantener nuestra producción. Los filtros mantienen el compresor axial muy limpio y una ventaja es que los filtros en realidad duran mucho tiempo, lo cual es bastante extraordinario. Así que, en general, estamos satisfechos con los resultados. El retorno de nuestra inversión en los filtros herméticos estancos Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 definitivamente tiene sentido".
La selección de soluciones de filtración basadas en una variedad de condiciones puede ayudar a respaldar operaciones efectivas y eficientes. Para ayudar a los propietarios de plantas con la selección de filtros, en 2018 Donaldson presentó el sistema de clasificación Er | W | P para su línea de filtros de turbina a gas Turbo-Tek. Utilizando las primeras pruebas de laboratorio de la industria para la estanqueidad y la pulsabilidad, Donaldson ahora clasifica cada tipo de filtro en una escala de 0 a 5 puntos para tres características:
- Eficiencia (Er0 a Er5): ¿Qué proporción de contaminantes transportados por el aire captura?
- Estanqueidad (W0 a W5) - ¿Cómo maneja la humedad y condensación altas?
- Pulsabilidad (P0 a P5): pertenece a los sistemas de autolimpieza. ¿Con qué facilidad recuperan los filtros el máximo rendimiento después de pulsarse con aire comprimido?
El filtro mencionado en este estudio de caso tiene una clasificación de Er5 | W5 | P1. Esto significa que tienen la mayor eficiencia de captura (Er5), la clasificación de estanqueidad más alta (W5) y, dado que son filtros de carga en profundidad, tienen una baja pulsabilidad (P1) en la línea de filtros de turbina a gas Turbo-Tek de Donaldson.
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