NO345755B1 - Metode for vasking av turbokompressor roterende skovler - Google Patents

Description

Benevnelse

Metode for vasking av aksialkompressor roterende skovler.

Metodens anvendelsesområde.

Løsningen angår metode for vasking av roterende skovler i en gassturbin aksial kompressor, og også roterende skovler i en drevet aksial turbokompressor.

En gassturbin aksial kompressor og en drevet aksial turbokompressor er begge utsatt for at det dannes et belegg på skovlene, som følge av urenheter, hydrokarboner og våt-salt i mediet som komprimeres.

I det følgende benyttes metoden for en gassturbin kompressor som eksempel. Belegg på skovler, også benevnt som fouling, endrer skovlens geometri og aerodynamiske strømningsbildet, hvilket reduserer kompressorens virkningsgrad.

Videre vil belegg på skovlene utgjøre en ru overflate hvilket øker friksjonen mellom luft og skovvel overflate, hvilket resulterer i øket friksjonsvarme mellom mediet og kompressor skovle, hvilket reduserer kompressorens effekt og ytelse.

Belegg på skovlene vil videre utgjøre en termisk isolasjon på skovlene, slik at temperaturen i kompressoren øker, som igjen reduserer kompressorens virkningsgrad.

Kompressorens effektforbruk utgjør ca.60% av energien produsert av turbinen.

Når kompressorens virkningsgrad reduseres på grunn av belegg på skovlene, synker turbinens termiske virkningsgrad og akseleffekt.

For å opprettholde kompressorens ytelse og virkningsgrad må skovlene regelmessig vaskes, ved å sprøyte vann og vaskemiddel inn i kompressorens innløp.

Løsningen angår en metode for vasking av turbinens roterende skovler, slik at det oppnås at alle turbinens skovvelrader vaskes, og at begge sider av skovlene vaskes.

Teknikkens stand.

Kjente løsninger er Offline vasking og Online vasking, som begge baseres på å sprøyte vann og vaskemiddel inn i kompressorens innløp.

Metoden med å sprøyte vann og vaskemiddel inn i kompressorens innløp medfører at kun de fremste skovvelradene vaskes, samt at det kun oppnås vasking av skovlens fremside.

Løsninger angitt i de mot-holdte publikasjonene D1 og D2 er:

D1:

JPS59503 (A) CORROSION PREVENTION OF TURBINE BLADE Inventor : SUGAYA MASAYOSHI

Applicant : TOKYO SHIBAURA ELECTRIC CO

D1 omhandler injeksjon av vann i en dampturbin, for å begrense korrosjon på turbinblad.

D1 omhandler dermed ikke vasking av begge sider av kompressor rotor blader, i alle kompressorens trinn.

D2:

EP1138955 (A2) - Method and apparatus for increasing the efficiency of a multi-stage compressor

Inventor : INGISTOV STEVE [US]

Applicant : WATSON COGENERATION COMPANY [US]

D2 omhandler injeksjon av kjølevannvann gjennom dyser under drift av kompressoren.

Hensikten er å redusere den komprimerte gassens temperatur, for å bedre kompressorens effekt.

Injeksjon av vann under drift vil gi en kjøle-effekt. Vannet vill imidlertid fordampe etter et antall trinn i kompressoren, og har derfor ingen vaskeeffekt i nedstrøms kompressor trinn.

D2 omhandler dermed ikke vasking av begge sider av kompressor rotor blader, i alle kompressorens trinn.

For å utføre vaskeprosessen Offline vasking må gassturbinen stenges ned og avkjøles og roteres med gassturbinens startmotor, typisk med 1000-1200 omdreininger pr. minutt, og vaskes ved at det spyles vaskemiddel og vann inn i kompressorens innløp.

Metoden med nedstenging av turbinen for vasking under rotasjon av turbinens rotor benevnes som Krank Wash, eller Soak Wash, eller Offline vasking.

Metoden Offline vasking medfører redusert driftstid for turbinen, hvilket medfører redusert produksjon, for eksempel slik som for en gassturbin kompressor-driver som for eksempel inngår i produksjonsprosessen på en offshore oljeplattform eller produksjonsplattform.

Metoden Online vasking utføres ved at det spyles vaskemiddel og vann inn i kompressorens innløp mens turbinen er i drift med last, typisk med kompressor turtall 8000-9000 omdreininger pr. minutt.

Metoden Online Wash mens turbinen går med last må utføres hver andre til tredje dag, og har begrenset vaske-effekt innover i kompressoren, da vannet fordamper og har ingen effekt etter trinn 4-5.

Typiske turbiner har 12-16 kompressortrinn.

Begge metodene har begrenset vaskeeffekt ved at kun de fremste skovvelradene vaskes, i det vesentlige på skovlenes fremside.

Erfaringen er at når turbinen vaskes med beskrevne metoder, transporteres belegg som vaskes av fra de fremre skovlradene med kompressorens luftstrøm videre innover i kompressoren, og bygges opp som belegg på nedstrøms skovletrinn.

Erfaringen er videre at partikler og partikkelflak som bygger seg opp på skovlenes overflate under vasking, løsner under drift kan skade nedstrøms skovler.

Begge metodene baseres på at det monteres dyser i kompressorens innløp, og at og vaskemiddel og varmt vann under høyt trykk spyles aksielt inn i kompressorens innløp.

Vaskedysene, som typisk er fastmontert i kompressorens innløp, tilføres vann og vaskemiddel under høyt trykk fra en vann-vaskeenhet med en tank for vann, varme-elementer for oppvarming av vaskevann, tank for vaskemiddel, en høytrykkspumpe og relatert instrumentering og pumpemotor.

Dysene er typisk utført som forstøvningsdyser, som danner svært små vanndråper som skal fukte skovvel overflater og løse opp belegg på skovvel overflater.

Svært små vanndråper har imidlertid en begrenset mekanisk vaske-effekt. Teorien er at små vanndråper ikke vil slynges ut som følge av kompressorens rotasjon, men sveve i luften og legge seg på skovlene.

Erfaringen er imidlertid at sentrifugalkraften slynger selv svært små dråper ut når de treffer de roterende skovlene.

Dette medfører at skovlenes tupp overflate vaskes best, mens vaskeeffekten på overflater i skovle-roten er begrenset.

Fordi det ved metodene Offline vasking og Online vasking oppnås vasking av kun de fremste skovvelradene, og det kun oppnås vasking av skovlenes fremside, må Offline vasking typisk utføres ca. hver to tusende time, mens Online vasking bør utføres hver tredje dag.

Ved at kun de fremre skovle-radene blir vasket, og kun på fremsiden, synker turbinens termiske virkningsgrad og akseleffekt gradvis, selv om turbinen vaskes ofte.

Dette medfører at kompressor ytelse og virkningsgrad over tid gradvis reduseres og ikke kan gjenvinnes ved gjentatte vaskesykler, slik at kompressoren til slutt må overhales med utskifting av skovler, eller at kompressoren må demonteres for manuell vasking av skovlene.

Dette må utføres i et spesialverksted, typisk etter 25000 timers drift.

Beskrivelse av løsningen.

Ref. Fig. 1, 2, 3, 4, 5 og 6.

Løsningen baseres på at alle skovvel-radene (10) samtidig spyles med spylestrålen (9), både på skovvel (3) fremside (2) og skovvel (3) bakside (4), mens kompressor rotor roteres motsatt vei (11) av kompressor rotasjonsretningen under drift.

De fleste moderne gassturbiner er utført med boroskop-porter (7) mellom ledeskovlene (20), for inspeksjon av skovlene (3).

Under drift av turbinen er boreskop-portene (7) plugget.

Vaskingen forberedes ved å stanse og kjøle ned turbinen og skru ut boreskop-portenes (7) plugger, og ved å skru inn guide-plugg (13) inn i boreskop-port (3) og ved å montere en vaskelanse (6) inn i guide-plugg (13) i hver boreskop-port (7), hvor boreskop-porter (7) penetrerer kompressor ytter-vegg (23) og kompressor innvendig belegg for skovveltetning (24), og eventuelt avstivnings-ribber (25).

Vaskelansen (6) er utføres som et rør med dobbelt sett dyser (8) i enden, hvor den ene dysens (8) spylestråle (9) spyler aksielt forover mot skovvel (3) bakside (4), og den andre dysen (8) aksielt bakover mot skovvel (3) forside (2).

Dysene (8) utføres og dimensjoneres spesielt for hvert enkelt skovveltrinn (10) med en geometri slik at spylestrålen (9) dekker hele skovvel (3) fremside (2) og hele skovvel (3) bakside (4).

Dyser (8) utføres slik at spylestråle (9) er en hard stråle med store dråper, for å oppnå best mulig mekanisk vaskeeffekt av skovvel overflater (2) og (4). Spylestrålen (9) treffer skovlens (3) tupp (32) og spyler innover mot skovlens rot (33), slik at hele skovlens overflate og skovlens rot (33) vaskes.

Vaskelansen (6) med dyser (8) maskineres som én komponent ut fra et smidd emne i for eksempel høy-fast Nikkel-legering, for å hindre at vaskelansens (6) deler kan løsne og falle inn i kompressoren.

Vaskelansen (6) er videre utført med en ansats (12), som styrer hvor langt aksialt inn i guide-plugg (13) vaskelansen (6) stikker.

Vaskelanse (6) er utført med en utvendig diameter (22) tilsvarende boring i guide-plugg (13), slik at når vaskelansen (6) monteres inn i guide-plugg (13) styres dyse (8) til korrekt konsentrisk posisjon mellom skovle-radene (10). En kappemutter (26) med en ansats (12) monteres til guide-plugg (13), slik at kappemutter (26) ikke presser vaskelansen (6) hardt mot innervegg og skovvel tetningsbelegg (24).

En fjær (30) lokaliseres mellom ansats (12) og kappe-mutter (26) slik at enden av vaskelanse (6) fjærer, og ikke presses mot kompressor innervegg og skovvel tetningsbelegg / innervegg (24) med en kraft større enn fjær (30) kompresjonskraft.

Vaskeprosessen utføres ved å først tilføre vaskemiddel fra vaske-enhet (14) via slanger (21) mens rotor (1) roteres i motsatt rotasjonsretning (11) av rotasjonsretning under turbinens drift.

Rotasjon av rotor (1) oppnås ved å reversere rotorens (1) rotasjonsmotor (17) som benyttes for å rotere kompressor rotor (1) under boreskop-inspeksjon av skovler (3).

Etter en periode, når vaskemiddelet har løst opp belegget på skovlene (3), spyles (9) deretter skovlenes fremside (2) og skovlenes bakside (4) med varmt vann under høyt trykk fra vaske-enhet (14) via slanger (21) mens turbinens rotor (1) roteres (11) med rotasjonsretning (11) motsatt av rotasjonsretningen under turbinens drift.

Fordi kompressorens geometri (18) er konisk, med størst diameter i innløpet (15), og fordi kompressor rotor (1) roterer motsatt vei av rotasjon under drift (11), vil vann og urenheter (16) føres ut og renne ut gjennom nedre del av kompressorens innløp (19), og ut i gassturbin innløpsplenum og dreneres ut i innløpsplenum dren.

Detter medfører at vann og urenheter ikke føres videre innover i kompressoren.

Etter avsluttet spyleprosess gjentas prosessen inntil ønsket renhet på skovlenes (3) fremside (2) og skovlenes (3) bakside (4) er oppnådd.

Ved vasking av begge sider (2) og (4) av kompressorens skovler (3), og ved vasking av alle kompressorens skovveltrinn (10), opprettholdes kompressorens ytelse og virkningsgrad bedre enn ved tradisjonell vasking, hvor kompressorens ytelse og virkningsgrad gradvis reduseres fordi kun de fremste skovlene delvis vaskes.

Claims (7)

Patentkrav.

1. Metoden gjelder vasking av gassturbin aksial kompressor skovler (3), karakterisert ved at alle skovlene (3) i alle skov-trinn (10) vaskes på begge sider ved å montere vaskelanser (6) med guide-plugg (13) i alle boreskopporter (7), lokalisert mellom alle kompressorens trinn, og spyle med spyleretning (9) aksielt forover og bakover mot skovlens tupp (32) slik at hele skovlens (3) fremside (2) og hele skovlens (3) bakside (4), og spyles fra skovlens tupp (32) og inn mot skovlens rot (33), slik at

alle skovlenes (3) fremsider / sugesider (2) og alle skovlenes (3) baksider / trykksider (4) spyles med vaskemiddel og vann under høyt trykk, mens kompressorens rotor (1) roteres i motsatt rotasjonsretning av kompressor rotasjonsretning (11) under drift.

2. Metoden gjelder vasking av gassturbin aksial kompressor skovler (3) ifølge krav 1, karakterisert ved at hull i dyser (8) utføres med geometri slik at spylestrålen (9) med varmt vann under høyt trykk danner store dråper som under motsatt rotasjon (11) av rotor (1) treffer hele skovlens (3) fremside (2) og hele skovlens (3) bakside (4) slik at det oppnås best mulig mekanisk vaskeeffekt.

3. Metoden gjelder vasking av gassturbin aksial kompressor skovler (3) ifølge krav 1-2, karakterisert ved at vaske-enhet (14) med høytrykkspumpe og lanser (6) med dyser (8) utføres til å kunne vaske alle kompressorens skovle-trinn (10) samtidig under motsatt rotasjon (11) av rotor (1), slik at turbinens stans-periode for vasking av skovler (3) reduseres.

4. Metoden gjelder vasking av gassturbin aksial kompressor skovler (3) ifølge krav 1-2-3, karakterisert ved at en fjær (30) lokaliseres mellom guideplugg (13) ansats (12) og kappe-mutter (26) slik at enden av vaskelanse (6) fjærer, og ikke kan presses hardere mot kompressor innervegg / skovveltetning (24) enn kompresjonskraft fra fjær (30).

5. Metoden gjelder vasking av gassturbin aksial kompressor skovler (3) ifølge krav 1-2-3-4, karakterisert ved at vaskelansen (6) utføres med en styretapp (28) som går i inngrep med spor (29) i guide-plugg (13), slik at spylestrålene (9) sikres til å orienteres til å treffe skovvel (3) korrekt for å oppnå vasking av hele overflaten på skovvel (3) fremside (2) og skovvel (3) bakside (4).

6. Metoden gjelder vasking av gassturbin aksial kompressor skovler (3) ifølge krav 1-2-3-4-5, karakterisert ved at vaskelanse (6) med ansats (12) låses i korrekt i aksiell og radiell posisjon i guide-plugg (13) med utvendig gjenge (28) og innvendig ansats (31), ved at kappemutter (26) med innvendig gjenge (27) trekkes til og delvis komprimerer fjær (30) mot ansats (12) inntil guide-plugg (13) er i kontakt med kappemutter (26) innvendig ansats (31).

7. Metoden gjelder vasking av gassturbin aksial kompressor skovler ifølge krav 1-2-3-4-5-6, karakterisert ved at vaskelanse (6) med dyser (8) utføres med utvendig diameter (22) lik innvendig diameter i guide-plugg (13), slik at dyser (8) lokaliseres konsentrisk i boreskop-port (7) slik at spylestråle (9) dekker hele skovlenes (3) fremside (2) og hele skovlenes (3) bakside (4).