DE102014109711A1 - Systeme und Verfahren zum Waschen eines Gasturbinenkompressors - Google Patents

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Waschen eines Kompressors in einer Gasturbine geschaffen. Das Verfahren beinhaltet ein Einrichten eines Kompressorfouling-Grenzwertes und ein Erfassen eines Fouling-Grads in dem Kompressor mit einem Sensor. Der Fouling-Grad wird an ein Steuerteilsystem übermittelt, das einen Wäscheinitiierungsbefehl auf der Basis des Fouling-Grads und des Kompressorfouling-Grenzwerts bestimmt. Der Wäscheinitiierungsbefehl wird durch Initiieren einer Wäsche mit einem Fluid ausgeführt. Es ist auch ein System offenbart, das einen Kompressor, ein Online-Waschsystem, das mit dem Kompressor verbunden ist, und einen Kompressorfouling-Sensor, der einen Kompressorfouling-Grad erfasst, aufweist. Es werden eine Quelle für Waschfluid und ein Steuerteilsystem bereitgestellt, das eine Wäsche mit einem Waschfluid aus der Waschfluidquelle auf der Basis eines Kompressorfouling-Grades initiiert.

Description

• GEBIET DER TECHNIK
• Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft allgemein das Waschen von Gasturbinenkompressoren und insbesondere Systeme und Verfahren zum Auslösen einer Gasturbinenkompressor-Wäsche.
• HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
• Turbinensysteme, einschließlich Gasturbinen, weisen im Allgemeinen einen Kompressorabschnitt, einen oder mehrere Brenner und einen Turbinenabschnitt auf. In der Regel verdichtet der Kompressorabschnitt Ansaugluft, die dann in Richtung der Brenner umgelenkt oder zurückgeführt wird, wo sie verwendet wird, um den Brenner zu kühlen und außerdem Luft für den Verbrennungsprozess zu liefern. Bei einer Turbine mit mehreren Brennern sind die Brenner im Allgemeinen in einer ringförmigen Gruppierung um die Turbine herum angeordnet, und ein Übergangskanal verbindet das Auslassende jedes Brenners mit dem Einlassende des Turbinenabschnitts, um die heißen Produkte des Verbrennungsprozesses zu der Turbine zu liefern.
• Komponenten von Turbinensystemen unterliegen einem Leistungsverlust und Beschädigungen aufgrund von Fouling während des Betriebs. Fouling ist eine Ansammlung von Material an Komponenten des Kompressors und wird durch das Anhaften von Partikeln, Ölen und organischen Dämpfen an den Oberflächen von Schaufelblättern und Kränzen bewirkt. Partikel, die ein Fouling bewirken, sind in der Regel kleiner als 2 bis 10 µm. Fouling kann zu einem geänderten aerodynamischen Profil führen, was den Wirkungsgrad des Kompressors herabsetzt. Fouling kann auch die Leistung und die Aufheizrate des Turbinensystems erheblich beeinflussen.
• Um einen effizienten Betrieb des Kompressors aufrechtzuerhalten, führen die Betreiber industrieller Turbinensysteme verschiedene Wartungsmaßnahmen durch, die in der Regel betriebsbegleitende bzw. Online-Wasserwäschen, außerhalb der Betriebszeiten stattfindende bzw. Offline-Inspektionen, Offline-Wasserwäschen und Filterwartung beinhalten. Fouling kann durch Offline-Inspektionen und Offline-Wasserwäsche beseitigt und durch eine Online-Wasserwäsche verlangsamt werden. Online-Wasserwäsche hat den Vorteil, dass der Kompressor gereinigt wird, ohne dass das Turbinensystem abgeschaltet werden muss. Die Online-Waschmethode bewirkt eine Erholung des Wirkungsgrads des Turbinensystems, wenn der Betriebsplan keinen Stillstand erlaubt, um eine effizientere Offline-Wäsche durchzuführen. Wasserdüsen des Systems können an Positionen stromaufwärts oder direkt am Einlass des Einlauftrompetengehäuses des Kompressors angeordnet sein. Diese Düsen erzeugen einen Sprühnebel aus Wassertröpfchen, und im Betrieb wird der Sprühnebel durch den Unterdruck, der von dem rotierenden Kompressor erzeugt wird, durch die Einlauftrompete hindurch und in den Kompressoreinlass hinein gesaugt.
• Verständlicherweise existieren Nachteile, wenn diese Aufgaben zu häufig oder zu selten durchgeführt werden. Zum Beispiel kann ein übermäßiges Online-Waschen eine Erosion begünstigen, während ein ungenügendes Online-Waschen dazu führt, dass sich Fouling-Stoffe an den Kompressorschaufeln ansammeln. Unweigerlich müssen Offline-Inspektionen durchgeführt werden, was eine Abschaltung und Demontage der Turbine erforderlich macht, was Stillstandzeiten nach sich zieht. Obwohl Offline-Inspektionen sehr kostspielige Ereignisse sind, kann ein Versäumnis, diese Inspektionen rechtzeitig durchzuführen, zu einer Beschädigung an der Turbine, beispielsweise wegen Ablösung einer Kompressorschaufel wegen Lochfraß, führen. Infolgedessen sind die Betreiber von Turbinensystemen auf sorgfältig geplante Offline-Inspektionen angewiesen, um die Kompressorleistung zu überwachen und Reparaturen durchzuführen, um zerstörerische Ereignisse zu vermeiden.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Die Systeme und Verfahren der Offenbarung verbessern die Effizienz der Online-Wäsche des Gasturbinenkompressors, wodurch die zeitabhängige Leistungsverschlechterungsrate verringert wird und die Notwendigkeit für häufige Offline-Wasserwäsche des Kompressors verringert wird.
• Gemäß einem nicht-beschränkenden Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Waschen eines Kompressors in einer Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet das Einrichten eines Kompressorfouling-Grenzwerts und das Erfassen eines Fouling-Grads in dem Kompressor mit einem Sensor. Der Fouling-Grad wird an ein Steuerteilsystem übermittelt, wo auf Basis des Fouling-Grads und des Kompressorfouling-Grenzwertes ein Wäscheinitiierungsbefehl bestimmt wird. Das Verfahren beinhaltet das Initiieren einer Wäsche mit einem Fluid, sobald der Wäscheinitiierungsbefehl bestimmt worden ist.
• In dem vorstehend genannten Verfahren kann das Erfassen eines Fouling-Grads das Erfassen eines Fouling-Grads mit einem Leitfähigkeits-/Widerstandssensor umfassen.
• Das Verfahren jeder der oben genannten Arten kann ferner umfassen: Feststellen einer Zeit, die seit der letzten Wäsche vergangen ist; und Feststellen einer Dauer der letzten Wäsche; und wobei das Bestimmen eines Wäscheinitiierungsbefehls ein Bestimmen eines Wäscheinitiierungsbefehls auf der Basis des Fouling-Grads, des Kompressorfouling-Grenzwertes, der Zeit, die seit der letzten Wäsche vergangen ist, und der Dauer der letzten Wäsche umfassen kann.
• In dem Verfahren jeder der oben genannten Arten kann das Initiieren einer Wäsche ein Initiieren einer Wäsche mit einer Mischung aus Wasser und einem Lösungsmittel in einem vorbestimmten Mischungsverhältnis umfassen.
• Das Verfahren der vorstehend genannten Art kann ferner ein Berechnen einer Wäschedauer und eines Wäschemischungsverhältnisses auf der Basis einer Dauer einer letzten Wäsche und des vorbestimmten Mischungsverhältnisses der letzten Wäsche umfassen.
• Ferner kann in dem Verfahren der vorstehend genannten Art das Lösungsmittel ein Alkohol sein.
• Außerdem kann das Verfahren der vorstehend genannten Art ferner ein Unterbrechen der Wäsche umfassen, wenn das vorbestimmte Mischungsverhältnis oberhalb einer Explosionsuntergrenze liegt.
• Das Verfahren jeder der oben genannten Arten kann ferner ein Unterbrechen der Wäsche umfassen, wenn eine Kompressortemperaturabgabe unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
• In einer weiteren Ausführungsform ist ein System geschaffen, das einen Kompressor und ein mit dem Kompressor gekoppeltes Online-Wäschesystem aufweist. Das System beinhaltet einen Kompressorfouling-Sensor, der einen Kompressorfouling-Grad erfasst, und eine Waschfluidquelle. Das System beinhaltet außerdem ein Steuerteilsystem, das eine Wäsche mit einem Waschfluid aus der Waschfluidquelle auf der Basis eines Kompressorfouling-Grads initiiert.
• In dem cgenannten System kann die Waschfluidquelle umfassen: eine Wasserquelle, eine Lösungsmittelquelle und ein Mischteilsystem, das dafür ausgelegt ist, Wasser aus der Wasserquelle mit einem Lösungsmittel aus der Lösungsmittelquelle zu vermischen.
• In dem vorstehend genannten System kann das Mischteilsystem dafür ausgelegt sei, das Wasser und das Lösungsmittel in einem Verhältnis zu vermischen, das auf dem Kompressorfouling-Grad basiert.
• Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Mischteilsystem dafür ausgelegt sein, das Wasser und das Lösungsmittel in einem Verhältnis zu vermischen, das auf einer Dauer einer letzten Wäsche basiert.
• Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Mischteilsystem dafür ausgelegt sein, das Wasser und das Lösungsmittel in einem Verhältnis zu vermischen, das auf einer Zeit basiert, die seit einer letzten Wäsche vergangen ist.
• In dem System der vorstehend genannten Art kann das Mischteilsystem umfassen: eine Pumpe für das Lösungsmittel, ein Modulationsventil und einen Durchflusssensor.
• Das System jeder der oben genannten Arten kann ferner ein Verbrennungssystem und eine Turbine umfassen.
• Das vorstehend genannte System kann ferner einen Verbraucher, der mit der Turbine gekoppelt ist, ein Luftansaugsystem, das mit dem Kompressor gekoppelt ist, und ein verteiltes Steuersystem umfassen.
• In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur Instandhaltung einer Gasturbine, die einen Kompressor aufweist, geschaffen. Das Verfahren beinhaltet ein Einrichten eines Grenzwerts für einen Fouling-Grad, Erfassen eines Fouling-Grads in dem Kompressor mit einem Fouling-Sensor und Waschen des Kompressors, wenn der Fouling-Grad den Grenzwert für den Fouling-Grad überschreitet.
• Das vorstehend genannte Instandhaltungsverfahren kann ferner umfassen: Feststellen einer Zeit, die seit einer letzten Wäsche vergangen ist, Feststellen einer Dauer der letzten Wäsche und Bestimmen einer Dauer einer Wäsche auf der Basis der Zeit, die seit der letzten Wäsche vergangen ist, und der Dauer der letzten Wäsche.
• In dem Instandhaltungsverfahren jeder der oben genannten Arten kann das Waschen des Kompressors ein Waschen des Kompressors mit einer Mischung aus Wasser und einem Lösungsmittel umfassen.
• Das vorstehend genannte Instandhaltungsverfahren kann ferner umfassen: Feststellen eines Mischungsverhältnisses von Wasser und Lösungsmittel, das für eine letzte Wäsche verwendet wurde, und wobei das Waschen des Kompressors mit einer Mischung aus Wasser und Lösungsmittel ein Waschen des Kompressors mit einer Mischung aus Wasser und Lösungsmittel bei einem Mischungsverhältnis von Wasser und Lösungsmittel auf Basis des Mischungsverhältnisses von Wasser und Lösungsmittel, das für die letzte Wäsche verwendet wurde, umfasst.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen anhand von Beispielen die Prinzipien bestimmter Aspekte der Erfindung dargestellt sind.
• 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Fouling-Sensors.
• 2 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Fouling-Sensors.
• 3 ist ein Ersatzschaltplan des Fouling-Sensors.
• 4 ist eine alternative Ausführungsform eines Fouling-Sensors.
• 5 ist eine detaillierte Ansicht des Bereichs, der in 4 mit 5 bezeichnet ist.
• 6 ist ein Querschnitt der alternativen Ausführungsform eines Fouling-Sensors entlang der Linie A-A in 5.
• 7 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Fouling-Messsystems.
• 8 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kompressorwaschsystems.
• 9 ist ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Waschen eines Kompressors.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• In den 1 und 2 ist eine Ausführungsform eines Fouling-Messsystems 120 dargestellt. Das Fouling-Messsystem 120 beinhaltet einen Leitfähigkeits-/Widerstandssensor 121, der an dem Kompressorgehäuse 125 befestigt ist. Der Leitfähigkeits-/Widerstandssensor 121 ist kostengünstig und von einer Art, die in vielen herkömmlichen Systemen verwendet wird. Der Leitfähigkeits-/Widerstandssensor 121 weist eine Befestigungskomponente 130 auf, die für eine Verbindung mit dem Kompressorgehäuse 125 eingerichtet ist. Die Befestigungskomponente 130 trägt außerdem ein flaches nicht-leitendes Substrat 135 mit einer ersten Elektrode 140 und einer zweiten Elektrode 145. Wie in 1 dargestellt ist, sind die erste Elektrode 140 und die zweite Elektrode 145 voneinander beabstandet und nur durch das flache nicht-leitende Substrat 135 miteinander verbunden. Die erste Elektrode 140 und die zweite Elektrode 145 sind mit Signaldrähten 150 verbunden, die ihrerseits mit einer Ausleseeinrichtung 155 und einer Wechselstromquelle 160 verbunden sind.
• In 3 ist die Mess-Ersatzschaltung 167 für den Leitfähigkeits-/Widerstandssensor 121 dargestellt. Die Mess-Ersatzschaltung 167 weist eine Leistungsquelle 170 und einen Detektor 175 auf. Die Schaltung weist einen Signalverdrahtungswiderstand 180 (R₁), einen Substratwiderstand 185 (R_2a) und einen Oberflächenwiderstand 190 (R_2b) auf. Der Oberflächenwiderstand 190 nimmt mit zunehmendem Fouling ab. Der Gesamtwiderstand 195 (R_T) kann wie folgt berechnet werden: R_T = R₁ + R₂, wobei R₂ = R_2aR_2b/(R_2a + R_2b) Das Fouling-Messsystem 120 kann in dem Luftdurchflussstrom an der Kompressoreinlassöffnung 127 der Kompressorbaugruppe 102 und/oder zwischen Kompressorstufen angeordnet sein. Im Lauf der Zeit werden Partikel, die ein Fouling verursachen, an dem flachen nicht-leitenden Substrat 135 abgelagert, wodurch der Oberflächenwiderstand 190 (R2b) verringert wird. Die Änderung des Gesamtwiderstands 195 (R_T) ist daher eine Funktion des Grades an Fouling in der Kompressorbaugruppe 102. Die elektrische Leitfähigkeit des flachen nicht-leitenden Substrats 135 und der Partikel, die auf dem flachen nicht-leitenden Substrat 135 abgelagert worden sind, wird durch Messen des Spannungsabfalls gemessen, der über dem flachen nicht-leitenden Substrat 135 erzeugt wird. Der Spannungsabfall wird zwischen der ersten Elektrode 140 und der zweiten Elektrode 145 gemessen, indem ein elektrischer Strom von dem Schaltungsabschnitt durch das flache nicht-leitende Substrat 135 und die Partikel, die auf dem flachen nicht-leitenden Substrat 135 abgelagert worden sind, geleitet wird.
• In den 4, 5 und 6 ist ein zylindrischer Sensor 200 dargestellt, der an dem Kompressorgehäuse 125 befestigt werden kann. 4 ist eine perspektivische Ansicht des zylindrischen Sensors 200 mit zum Teil weggeschnittenem Kompressorgehäuse 125. 6 ist ein Querschnitt des zylindrischen Sensors 200, geschnitten entlang der Linie A-A in 4. Der zylindrische Sensor 200 ist in der Kompressoreinlassöffnung 127 angeordnet. Der zylindrische Sensor 200 weist eine Befestigungskomponente 215, eine untere Abdeckung 220, einen hochohmigen Oberflächenleiter 225 und eine Endabdeckung 230 auf. Im Innern des zylindrischen Sensors 200 sind eine erste Elektrode 235 und eine zweite Elektrode 240 angeordnet. Die Grenzstelle zwischen der Endabdeckung 230 und dem hochohmigen Oberflächenleiter 225 kann eine erweiterte Grenzfläche 245 sein, um die Empfindlichkeit gegenüber einem Oberflächen-Fouling zu verbessern (wie in 5 dargestellt). Diese erhöhte Empfindlichkeit wird durch Vergrößern der gegenseitigen Flächen zwischen der ersten Elektrode 235 und der zweiten Elektrode 240, die einem Aufwachsen von Fouling unterliegen, auf dem hochohmigen Oberflächenleiter 225 erreicht. Die erste Elektrode 235 und die zweite Elektrode 240 sind mit Signaldrähten 250 verbunden. Die Ersatzschaltung des zylindrischen Sensors 200 ist der Ersatzschaltung des Leitfähigkeits-/Widerstandssensors 121 gleich, und der Fouling-Grad kann mit einer Verringerung des Widerstands korreliert werden, der über dem hochohmigen Oberflächenleiter 225 gemessen wird.
• Im Betrieb können der zylindrische Sensor 200 und der Leitfähigkeits-/Widerstandssensor 121 in der Kompressoreinlassöffnung 127 oder irgendwelchen nachfolgenden Stufen angeordnet werden. Im Falle des Leitfähigkeits-/Widerstandssensors 121 wird ein Strom über dem flachen nicht-leitenden Substrat 135 zwischen der ersten Elektrode 140 und der zweiten Elektrode 145 bereitgestellt. Der Widerstand wird von der Ausleseeinrichtung 165 gemessen. Der Widerstand oder die Leitfähigkeit kann durch Bestimmen des Wertes des Stromes gemessen werden, der durch den zylindrischen Sensor 200 und den Leitfähigkeits-/Widerstandssensor 121 fließen muss, um einen vorgegebenen Wert eines Spannungsabfalls durch den Sensor aufrechtzuerhalten. Im Laufe der Zeit lagern sich Partikel auf dem flachen nicht-leitenden Substrat 135 ab, was zu einer Abnahme des Widerstands zwischen der ersten Elektrode 140 und der zweiten Elektrode 145 führt. Die Abnahme des Widerstands ist mit einem Fouling-Grad korreliert. Im Falle des zylindrischen Sensors 200 wird ein Strom über dem hochohmigen Oberflächenleiter 225 zwischen der ersten Elektrode 235 und der zweiten Elektrode 240 bereitgestellt. Wenn Partikel an dem hochohmigen Oberflächenleiter 225 anhaften, ist der Gesamtwiderstand der Schaltung herabgesetzt.
• 7 ist ein schematisches Diagramm eines Fouling-Messsystems 251. Das Fouling-Messsystem 251 beinhaltet einen oder mehrere Leitfähigkeitssensoren 255. Der mindestens eine Leitfähigkeitssensor 255 gibt ein Signal an ein Messwiderstandsmodul 265 aus und wandelt das Signal in eine Ausgabe um, die von einem Verarbeitungsmodul 270 verarbeitet werden kann. Das Verarbeitungsmodul 270 nutzt modellbasierte Steuerungen und Kalman-Filter, um einen gemessenen Widerstand zu verarbeiten und eine Eingabe an ein Charakterisierungsmodul 275 auszugeben. Die modellbasierten Steuerungen werden von einem Modell eines Fouling-Messsystems 251 abgeleitet. Ein Ansatz für die Modellierung ist die Anwendung eines numerischen Verfahrens, das als Systemidentifizierung bezeichnet wird. Eine Systemidentifizierung beinhaltet eine Akquisition von Daten aus einem System und dann eine numerische Analyse von Reiz- und Reaktionsdaten, um die Parameter des Systems zu schätzen. Das Verarbeitungsmodul 270 kann Parameteridentifikationsverfahren wie Kalman-Filterung, Tracking-Filterung, Regressions-Mapping, neuronales Mapping, inverse Modellierungsverfahren oder eine Kombination davon verwenden, um Verschiebungen in den Daten zu erkennen. Die Filterung kann durch ein modifiziertes Kalman-Filter, ein erweitertes Kalman-Filter oder einen anderen Filterungsalgorithmus durchgeführt werden, oder alternativ dazu kann die Filterung durch andere Formen von quadratischen (n-Eingänge, n-Ausgänge) oder nicht-quadratischen (n-Eingänge, m-Ausgänge) Reglern durchgeführt werden. Das Charakterisierungsmodul 275 charakterisiert ein Fouling in Abhängigkeit von gemessenen Veränderungen der Leitfähigkeit oder des Widerstands. Das Charakterisierungsmodul 275 kann eine Kalibrierungseingabe 280 empfangen, die den Widerstand mit dem Fouling-Grad korreliert. Die Kalibrierung kann in einer Produktionsanlage oder im Feld durchgeführt werden. Das Charakterisierungsmodul 275 kann als Eingabe auch die Zeit seit der letzten Offline-Wasserwäsche 285 empfangen. Die Ausgabe des Charakterisierungsmoduls 275 kann an ein Anzeigemodul 295, beispielsweise eine grafische Benutzeroberfläche, ausgegeben werden. Eine Ausgabe 300 des Anzeigemoduls 295 kann eine Empfehlung oder Auslösung einer Kompressorwäsche sein.
• Das Fouling-Messsystem 251 kann in ein größeres Steuersystem, beispielsweise ein herkömmliches Speedtronic^TM Mark VI^TM Turbinensystem-Steuersystem von General Electric, integriert sein. Die SpeedTronic^TM-Steuerung überwacht verschiedene Sensoren und andere Instrumente, die einem Turbinensystem in zugeordnet sind. Zusätzlich zur Steuerung bestimmter Turbinenfunktionen, beispielsweise eines Brennstoffdurchsatzes, erzeugt die SpeedTronic^TM-Steuerung Daten aus ihren Turbinensensoren und legt diese Daten dem Turbinenbetreiber zur Darstellung vor. Die Daten können dann unter Verwendung einer Software, die Datendiagramme und andere Datendarstellungen erzeugt, beispielsweise dem Cimplicity^TM HMI-Softwareprodukt von General Electric, angezeigt werden.
• Das Speedtronic^TM-Steuersystem ist ein Computersystem, das Mikroprozessoren beinhaltet, die Programme ausführen, um den Betrieb des Turbinensystems unter Verwendung von Sensoreingaben und Befehlen von Bedienpersonen zu steuern. Das Steuersystem beinhaltet logische Einheiten, wie Abtasthalte-, Summen- und Differenzeinheiten, die in Software oder durch festverdrahtete Logikschaltungen implementiert sein können. Die Befehle, die von den Steuersystemprozessoren erzeugt werden, bewirken, dass die Stellantriebe des Turbinensystems beispielsweise das Brennstoffsteuersystem, das Brennstoff zu der Brennkammer liefert, anpassen, die Einlassleitschaufeln zum Kompressor einstellen und andere Steuereinstellungen an dem Turbinensystem anpassen.
• Die Steuerung kann Computerprozessoren und Datenspeicherung beinhalten, welche die Sensormesswerte unter Verwendung verschiedener Algorithmen, die von den Prozessoren ausgeführt werden, in Daten umwandeln. Die von den Algorithmen erzeugten Daten zeigen verschiedene Betriebsbedingungen des Turbinensystems an. Die Daten können auf Bedieneranzeigen dargestellt werden, beispielsweise an einem Computer-Arbeitsplatz, der elektronisch mit der Bedieneranzeige verbunden ist. Die Anzeige und/oder die Steuerung kann/können Datenanzeigen und Datenausdrucke unter Verwendung von Software, beispielsweise der Cimplicity^TM-Datenüberwachungs- und Steuerungssoftwareanwendung von General Electric, erzeugen.
• In 8 ist eine Ausführungsform eines Kompressorwaschsystems 510 zur Verwendung bei einer Gasturbine 515 dargestellt. Die Gasturbine 515 weist ein Luftansaugsystem 519, einen Kompressor 520, einen Brenner 525 und eine Turbine 530 auf. Die Gasturbine 515 kann verwendet werden, um einen elektrischen oder mechanischen Verbraucher, beispielsweise einen Generator 535, anzutreiben. Der Kompressor 520 kann mit einem Kompressorfouling-Sensor 540 versehen sein. Der Kompressorfouling-Sensor 540 kann ein Leitfähigkeits-/Widerstandssensor 121 (wie in 1 dargestellt) oder ein zylindrischer Sensor 200 (wie in 4 dargestellt) sein. Das Kompressorwaschsystem 510 kann einen Vorratstank 545 aufweisen, der ein Waschfluid enthält. Das Waschfluid kann ein Lösungsmittel, wie beispielsweise Alkohol, oder eine Mischung aus entionisiertem Wasser und Alkohol sein. Vorzugsweise ist der Alkohol Methanol oder Ethanol. In einer Ausführungsform ist die Mischung aus Alkohol und entionisiertem Wasser eine 50-50-Mischung aus entionisiertem Wasser und Alkohol. Der Vorratstank 545 kann mit einem Füllstandsensor 546 versehen sein und ist über eine Leitung 550 mit einem redundanten Paar von Förderpumpen 555 und 560 verbunden. Die Förderpumpen 555 und 560 sind über ein Waschfluid-Modulationsventil 565, das in der Waschfluidleitung 566 angeordnet ist, mit einem Online-Waschsystem 561 verbunden. Das Online-Waschsystem 561 beinhaltet mehrere Düsen 567, die Waschfluid zu dem Kompressor 520 lenken. Ein Drucksensor 570 und ein Durchflusssensor 575 können an der Waschfluidleitung 566 angeordnet sein, um die Daten bereitzustellen, die nötig sind, um den Strom des Waschfluids zu dem Online-Waschsystem 561 zu steuern. Das Kompressorwaschsystem 510 kann auch eine Quelle entionisierten Wassers 580 aufweisen, die mit einer Wasserleitung 581 verbunden ist, welche über ein Modulationsventil 585 für entionisiertes Wasser mit der Waschfluidleitung 566 verbunden sein kann. Ein Durchflusssensor 590 kann an der Wasserleitung 581 angeordnet sein.
• Das Kompressorwaschsystem 510 weist auch ein Steuerteilsystem 595 auf. Das Steuerteilsystem 595 empfängt Eingaben 600, beispielsweise die Zeit, die seit der letzten Wäsche vergangen ist, die Dauer der letzten Wäsche, den Fouling-Grad des Kompressors 520, den Füllstand des Vorratstanks 545, die Strömungsrate durch die Förderpumpen 555, den Status der Förderpumpen 555, die Strömungsrate des Lösungsmittels zum Kompressor 520 und die Strömungsrate des entionisierten Wassers und andere. Die Eingaben 600 für das Steuerteilsystem 595 können eine errechnete prozentuale Explosionsuntergrenze (lower explosive level, LEL) für die Lösungsmittelmischung in dem Kompressor 520 beinhalten. Dieser Wert kann als Zustimmungsgrenzwert verwendet werden, der die Wäsche verhindert, wenn die Zusammensetzung einer Lösungsmittelmischung LEL überschreitet. So kann ein Waschbefehl oder eine Wäsche unterbrochen werden, wenn die Zusammensetzung der Lösungsmittelmischung LEL überschreitet. Eine andere Eingabe für das Steuersystem kann eine Änderung der Kompressoraustrittstemperatur (CTD) sein, die auch als ein Zustimmungsgrenzwert für die Aktivierung der Wäsche dienen kann, wenn CTD einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Das Steuerteilsystem 595 gibt Ausgangssignale 605, wie beispielsweise Befehle, an das Waschfluid-Modulationsventil 565, das Modulationsventil 585 für entionisiertes Wasser, sowie Befehle an die Förderpumpen 555 und 560 und andere aus. Das Steuersystem kann ein eigenständiges Steuersystem sein oder kann in die oben erwähnte SpeedTronic^TM-Steuerung integriert sein.
• Das Kompressorwaschsystem 510 bietet die Möglichkeit, unnötige Online-Wäschen des Kompressors 520 durch Koppeln der Auslösung einer Online-Wäsche mit einem gemessenen Fouling-Grad des Kompressors 520 zu vermeiden. Ein vorbestimmter Fouling-Schwellenwert kann eingerichtet werden, und die Online-Wäsche kann ausgelöst werden, wenn der gemessene Grad an Fouling den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Zusätzlich dazu können andere Parameter, wie die Zeit, die seit der letzten Wäsche vergangen ist, die Dauer der letzten Wäsche und das Mischungsverhältnis von Wasser zu Lösungsmittel, bei der Festlegung der Dauer der Wäsche ebenso wie des Mischungsverhältnisses von Wasser zu Lösungsmittel, das für die Wäsche verwendet wird, berücksichtigt werden. Die Initiierung der Wäsche kann von Zustimmungsgrenzwerten abhängen, wie beispielsweise der LEL des Waschfluids und Änderungen der CTD.
• In 9 ist ein Verfahren 700 zum Waschen eines Kompressors 520 einer Gasturbine 515 dargestellt.
• In Schritt 705 richtet das System 700 einen vorbestimmten Kompressorfouling-Grenzwert ein.
• In Schritt 710 überwacht das Verfahren 700 periodisch den Fouling-Grad in dem Kompressor 520 unter Verwendung eines Kompressorfouling-Sensors 540.
• In Schritt 715 werden Werte, die den Fouling-Grad kennzeichnen, periodisch an das Steuerteilsystem 595 geliefert.
• In Schritt 720 liefert das Steuerteilsystem 595 einen Wäscheinitiierungsbefehl, wenn der Fouling-Grenzwert erreicht ist.
• In Schritt 725 initiiert das Verfahren 700 eine Wäsche mit einem Fluid. Das Fluid kann ein Lösungsmittel wie Methyl- oder Ethylalkohol sein, das in einem vorbestimmten Verhältnis mit entionisiertem Wasser vermischt sein kann.
• Obwohl die Überwachung des Fouling-Grads in Schritt 710 hierin als periodisch beschrieben ist, kommt auch in Betracht, dass die Überwachung kontinuierlich erfolgen kann. Ebenso können Werte, die den Fouling-Grad kennzeichnen, kontinuierlich an das Steuerteilsystem 595 ausgegeben werden. Außerdem kann die Wäscheinitiierung automatisch erfolgen.
• In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren 700 einen Schritt 730 beinhalten, in dem die Zeit festgestellt wird, die seit der letzten Wäsche vergangen ist.
• Das Verfahren 700 kann auch einen Schritt 735 beinhalten, in dem die Dauer der letzten Wäsche festgestellt wird.
• In Schritt 740 kann das Verfahren 700 einen Wäscheinitiierungsbefehl auf der Basis des Fouling-Grads, des Fouling-Grenzwerts, der Zeit, die seit der letzten Wäsche vergangen ist, und der Dauer der letzten Wäsche bestimmen.
• In Schritt 745 kann das Verfahren 700 eine Wäsche mit einem Fluid initiieren. Das Fluid kann eine Mischung aus entionisiertem Wasser und einem Lösungsmittel in einem vorbestimmten Mischungsverhältnis sein. Die Wäsche kann von einem Zustimmungsgrenzwert auf Basis der LEL des Waschfluids abhängen. Zum Beispiel kann die Wäsche unterbrochen werden (die Wäscheinitiierung wird verhindert oder eine gerade stattfindende Wäsche wird angehalten), wenn die Waschfluidzusammensetzung die LEL überschreitet. Außerdem kann die Wäscheinitiierung von einem Zustimmungsgrenzwert abhängen, der auf der Änderung der CTD basiert, beispielsweise wenn die CTD unter einem Schwellenwert liegt. Zum Beispiel kann die Wäsche unterbrochen werden (die Wäscheinitiierung wird verhindert oder eine aktuelle Wäsche wird angehalten), wenn die CTD unter einem Schwellenwert liegt.
• In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Verfahren 700 die Dauer der letzten Wäsche und das Mischungsverhältnis von Wasser zu Lösungsmittel der letzten Wäsche feststellen. Das Verfahren 700 kann dann die Dauer und das Mischungsverhältnis der Wäsche bestimmen und eine Wäsche auf Basis der Dauer der letzten Wäsche und des Mischungsverhältnisses der letzten Wäsche initiieren.
• Wenn die Definition der Begriffe von der herkömmlichen Verwendung des Begriffes abweicht, möchte der Anmelder die nachstehend angegebenen Definitionen verwenden, solange nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
• Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wo die Definition der Begriffe von der herkömmlichen Verwendung des Begriffes abweicht, möchte der Anmelder die hierin angegebenen Definitionen verwenden, solange nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Die Singularformen "einer, eine, eines" und "der, die, das" sollen auch die Pluralformen einschließen, wenn der Kontext nicht ausdrücklich etwas anderes angibt. Es wird verstanden, dass die Begriffe erste, zweite, usw. verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, dass diese Elemente aber durch diese Begriffe nicht beschränkt werden sollen. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Der Begriff "und/oder" beinhaltet ausnahmslos jede Kombination aus einer oder mehreren der zugehörigen gelisteten Gegenstände. Die Ausdrücke "gekoppelt mit" und "verbunden mit" umfassen eine direkte oder eine indirekte Verbindung.
• Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu auch die Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen und Systemen und die Ausführung darin enthaltener Verfahren gehören. Der schutzwürdige Umfang der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele einschließen, die für den Fachmann naheliegend sein mögen. Diese anderen Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente aufweisen.
• Es ist ein Verfahren zum Waschen eines Kompressors in einer Gasturbine geschaffen. Das Verfahren beinhaltet ein Einrichten eines Kompressorfouling-Grenzwertes und ein Erfassen eines Fouling-Grads in dem Kompressor mit einem Sensor. Der Fouling-Grad wird an ein Steuerteilsystem übermittelt, das einen Wäscheinitiierungsbefehl auf der Basis des Fouling-Grads und des Kompressorfouling-Grenzwerts bestimmt. Der Wäscheinitiierungsbefehl wird durch Initiieren einer Wäsche mit einem Fluid ausgeführt. Es ist auch ein System offenbart, das einen Kompressor, ein Online-Waschsystem, das mit dem Kompressor verbunden ist, und einen Kompressorfouling-Sensor, der einen Kompressorfouling-Grad erfasst, aufweist. Es werden eine Quelle für Waschfluid und ein Steuerteilsystem bereitgestellt, das eine Wäsche mit einem Waschfluid aus der Waschfluidquelle auf der Basis eines Kompressorfouling-Grades initiiert.
• Bezugszeichenliste

102

Kompressoranordnung (2)

120

Fouling-Messsystem (3)

121

Leitfähigkeits-/Widerstandssensor (9)

125

Kompressorgehäuse (4)

127

Kompressoreinlassöffnung (3)

130

Befestigungskomponente (2)

135

flaches nicht-leitendes Substrat (10)

140

erste Elektrode (6)

145

zweite Elektrode (6)

150

Signaldrähte

155

Ausleseeinrichtung

160

Wechselstromquelle

165

Ausleseeinrichtung

167

Mess-Ersatzschaltung (2)

170

Leistungsquelle

175

Detektor

180

Signalverdrahtungswiderstand

185

Substratwiderstand

190

Oberflächenwiderstand (3)

195

Gesamtwiderstand (2)

200

zylindrischer Sensor (11)

215

Befestigungskomponente

220

untere Abdeckung

225

hochohmiger Oberflächenleiter (6)

230

Endabdeckung (2)

235

erste Elektrode (4)

240

zweite Elektrode (4)

245

erweiterte Grenzfläche

250

Signaldrähte

251

Fouling-Messsystem (4)

265

Messwiderstandsmodul

270

Verarbeitungsmodul (3)

275

Charakterisierungsmodul (5)

280

Kalibrierungseingabe

285

letzte Offline-Wasserwäsche

295

Anzeigemodul (2)

300

Ausgabe

510

Kompressorwaschsystem (5)

515

Gasturbine (4)

519

Lufteinlasssystem

520

Kompressor (10)

525

Brenner

530

Turbine

535

Generator

540

Kompressorfouling-Sensor (3)

545

Vorratstank (3)

546

Füllstandsensor

550

Leitung

555

Förderpumpen (5)

560

Förderpumpen (3)

561

Online-Waschsystem (3)

565

Waschfluid-Modulationsventil (2)

566

Waschfluidleitung (3)

567

Düsen

570

Drucksensor

575

Durchflusssensor.

580

entionisiertes Wasser

581

Wasserleitung (2)

585

Modulationsventil für entionisiertes Wasser (2)

590

Durchflusssensor.

595

Steuerteilsystem (7)

600

Eingaben (2)

605

Ausgaben

700

Verfahren (10)

705

Schritt

710

Schritt (2)

715

Schritt

720

Schritt

725

Schritt

730

Schritt

735

Schritt

740

Schritt

745

Schritt

Claims (10)

1. Verfahren zum Waschen eines Kompressors in einer Gasturbine, wobei das Verfahren aufweist: Einrichten eines Kompressorfouling-Grenzwerts, Erfassen eines Fouling-Grads in dem Kompressor mit einem Sensor; Übermitteln des Fouling-Grads an ein Steuerteilsystem; Bestimmen eines Wäscheinitiierungsbefehls auf der Basis des Fouling-Grads und des Kompressorfouling-Grenzwerts; und Initiieren einer Wäsche mit einem Fluid.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erfassen eines Fouling-Grads ein Erfassen eines Fouling-Grads mit einem Leitfähigkeits-/Widerstandssensor aufweist; und/oder wobei das Verfahren ferner aufweist: Feststellen einer Zeit, die seit einer letzten Wäsche vergangen ist; und Feststellen einer Dauer der letzten Wäsche; und wobei das Bestimmen eines Wäscheinitiierungsbefehls ein Bestimmen eines Wäscheinitiierungsbefehls auf der Basis des Fouling-Grads, des Kompressorfouling-Grenzwerts, der Zeit, die seit der letzten Wäsche vergangen ist, und der Dauer der letzten Wäsche aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Initiieren einer Wäsche ein Initiieren einer Wäsche mit einer Mischung aus Wasser und einem Lösungsmittel in einem vorbestimmen Mischungsverhältnis aufweist, wobei das Lösungsmittel vorzugsweise ein Alkohol ist, und/oder wobei das Verfahren ferner ein Berechnen einer Wäschedauer und eines Wäsche-Mischungsverhältnisses auf der Basis einer Dauer einer letzten Wäsche und des vorbestimmen Mischungsverhältnisses der letzten Wäsche aufweist; und/oder wobei das Verfahren ferner ein Unterbrechen der Wäsche aufweist, falls das vorbestimme Mischungsverhältnis oberhalb einer Explosionsuntergrenze liegt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner ein Unterbrechen der Wäsche aufweist, wenn eine Kompressoraustrittstemperatur unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
5. System, das aufweist: einen Kompressor; ein Online-Waschsystem, das mit dem Kompressor verbunden ist; einen Kompressorfouling-Sensor, der einen Kompressorfouling-Grad erfasst; eine Waschfluidquelle; und ein Steuerteilsystem, das eine Wäsche mit einem Waschfluid aus der Waschfluidquelle auf der Basis eines Kompressorfouling-Grades initiiert.
6. System nach Anspruch 5, wobei die Waschfluidquelle aufweist: eine Wasserquelle; eine Lösungsmittelquelle; und ein Mischteilsystem, das eingerichtet ist, um Wasser aus der Wasserquelle mit einem Lösungsmittel aus der Lösungsmittelquelle zu vermischen.
7. System nach Anspruch 6, wobei das Mischteilsystem eingerichtet ist, um das Wasser und das Lösungsmittel in einem Verhältnis zu vermischen, das auf dem Kompressorfouling-Grad basiert, und/oder wobei das Mischteilsystem eingerichtet ist, um das Wasser und das Lösungsmittel in einem Verhältnis zu vermischen, das auf einer Dauer einer letzten Wäsche basiert; und/oder wobei das Mischteilsystem eingerichtet ist, um das Wasser und das Lösungsmittel in einem Verhältnis zu vermischen, das auf einer Zeit basiert, die seit einer letzten Wäsche vergangen ist.
8. System nach Anspruch 6, wobei das Mischteilsystem aufweist: eine Pumpe für das Lösungsmittel; ein Modulationventil, und einen Durchflusssensor.
9. System nach einem der Ansprüche 5–8, das ferner ein Verbrennungssystem und eine Turbine aufweist, wobei das System vorzugsweise ferner einen Verbraucher, der mit der Turbine verbunden ist, ein Luftansaugsystem, das mit dem Kompressor verbunden ist, und ein verteiltes Steuersystem aufweist.
10. Verfahren zum Instandhalten einer Gasturbine mit einem Kompressor, wobei das Verfahren aufweist: Einrichten eines Fouling-Grenzwertes, Erfassen eines Fouling-Grads in dem Kompressor mit einem Fouling-Sensor; und Waschen des Kompressors, wenn der Fouling-Grad den Grenzwert für den Fouling-Grad überschreitet.

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