WO2010052434A2 - Systeme et procede de lavage et purge a l'eau du circuit combustible liquide d'une turbine - Google Patents

Systeme et procede de lavage et purge a l'eau du circuit combustible liquide d'une turbine Download PDF

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WO2010052434A2
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water
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liquid fuel
pipe assembly
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Maher Aboujaib
Daniel Deloge
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    • F23K2300/20—Supply line arrangements
    • F23K2300/203—Purging

Definitions

  • the present invention relates to the field of gas turbines and the supply of such gas turbines.
  • Industrial gas turbine combustion systems burn a mixture of oxidant, such as oxygen, and fuel, such as gas or liquid fuel oil.
  • oxidant such as oxygen
  • fuel such as gas or liquid fuel oil.
  • Gas turbines using two types of fuels generally do not burn both fuels at the same time.
  • the feed of the other fuel is stopped and vice versa.
  • the operation of changing the feed fuel of the turbine is conventionally referred to as a change. Following this change operation or for any other reason, the supply circuit of one of the fuels is stopped.
  • the liquid fuel stagnant at high temperature and in the presence of air may undergo coagulation or solidification.
  • the phenomenon is well known in the case of fuel oil and is referred to as "coking".
  • This solidification of the fuel oil is manifested by the deterioration of the sensitive elements of the machine, the sealing function of mechanical components (valves, check valves, etc.) and a decrease in the flow rate of the liquid fuel in the machine. or its supply (pipes).
  • it is known to perform an air purge following the stopping of a supply circuit in the case for example, of a change of supply of a turbine of a liquid fuel to a gaseous fuel. This air purge of the liquid fuel is intended to clean the supply circuit in the high-pressure areas.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of conventional machines and, in particular, to avoid the presence of a stagnant liquid fuel which, in the presence of air and at high temperature, creates a residue in the circuit. feeding of the machine, which tends to solidify, a phenomenon known as coking in the case of fuel oil.
  • the present invention thus relates to a liquid fuel turbine supply system comprising a liquid fuel inlet, a pipe assembly connecting said inlet to the turbine and purge means for purging at least part of the pipe assembly.
  • the purge means comprise water intake means and a controllable valve system adapted to inject the water in at least a portion of the pipe assembly.
  • the turbine comprising means for supplying water, the water inlet means are fed from said supply means.
  • the purge can by example be carried out with demineralised water already used for the reduction of Nox.
  • the system comprises a non-return valve is disposed between the liquid fuel inlet and the turbine, the valve system being connected upstream of said valve.
  • the system may also include a purge air pressure inlet disposed downstream of the check valve.
  • control means are for example adapted to control the valve system in a first phase of supplying the turbine with said fuel and a second phase of purging by water injection in at least a part of the pipe assembly.
  • the control means can be further adapted to control the inflow of purge air under pressure so that an air injection is made after the injection of water downstream of the check valve if necessary.
  • the valve system comprises a three-way valve connecting either a drain or the water inlet means to a multi-port valve connected to the pipe assembly.
  • the valve system includes a first multi-port valve connected between the pipe assembly and the water inlet means and a second valve disposed between the pipe assembly and a drain and a third valve disposed in the pipe assembly, downstream of the fuel inlet.
  • the system comprises a three-way valve arranged between the first valve and the water inlet means for connecting the first valve to either a drain or to said water inlet means.
  • connection of the first valve is located downstream of the connection of the second valve.
  • a flow regulator is arranged between the multi-way valve and the pipe assembly.
  • a first liquid fuel is fuel oil and a second is gas, the turbine operating with at least these two fuels.
  • the power system can be used in a turbine.
  • the invention also relates to a method of purging a turbine comprising the steps of:
  • the purge phase is implemented following a change of feed from a first fuel to a second fuel.
  • the first liquid fuel is liquid fuel oil and the second fuel is gas.
  • FIG. 1 shows a power system of a turbine according to the current state of the art
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a turbine supply system provided with purge means
  • FIG. 3 illustrates, according to a first embodiment, the purging of the liquid fuel downstream of the non-return valves
  • FIG. 4 illustrates, according to a first implementation mode, the purging of the liquid fuel upstream of the non-return valves;
  • - Figure 5 illustrates in a first embodiment of the liquid fuel purge during which the purge system is stopped;
  • FIG. 6 illustrates, according to a first embodiment, the purging of the water during filling with the liquid fuel
  • FIG. 7 illustrates, according to a first implementation mode, the supply system according to a second embodiment with the addition of means allowing the implementation of the purge;
  • FIG. 8 shows a second embodiment of the liquid fuel purge downstream of the check valves
  • FIG. 9 represents a second embodiment of the purging of the liquid fuel upstream of the non-return valves
  • FIG. 10 shows a second embodiment of the liquid fuel purge in which the purge system is stopped
  • FIG. 1 1 shows a second embodiment of the first step of purging the water when filling with liquid fuel
  • FIG. 12 shows a second embodiment of the second step of purging the water during filling with the liquid fuel.
  • FIG. 1 there is shown a liquid fuel supply system according to the state of the art.
  • the supply system of a conventional gas turbine comprises a turbine compartment 2 and an auxiliary compartment 1.
  • This figure shows the arrangement of the components in these two compartments.
  • the auxiliary compartment comprises a flow divider 18, a liquid fuel inlet 3, control means 17 and a part of a pipe assembly 4 which feeds each of the combustion chambers of the turbine compartment 2.
  • the turbine compartment comprises, in addition to the combustion chambers, the continuation of the piping assembly that allows the fuel to flow to the chambers, and the non-return valves 5 associated with each line. Downstream of each check valve 5, the gas turbine compartment comprises an atomizing air inlet 19 and an injector 20 to the combustion chamber of the gas turbine.
  • the control means 17 control the arrival of atomizing air 19 and the arrival of fuel 3.
  • the check valve 5 makes it possible to prevent the return of the gas from the chamber to the circuit and any contact between the fuel and the fuel. air at about 200 0 C.
  • the arrival of liquid fuel 3 whose pressure can be set operates at a pressure sufficient to open the check valves.
  • Each of these two compartments 1 and 2 generally operate under different temperature conditions.
  • the average temperature in the auxiliary compartment 1 is about 65 ° C.
  • the temperature in the turbine compartment 2 is regulated at about 130 ° C. by forced ventilation whose means are not represented.
  • the temperature can reach approximately 250 ° C. due to thermal radiation.
  • This supply system also comprises a fuel inlet 3, a flow divider 18, a pipe assembly 4, a valve 5, an atomizing air inlet 19, an injector 20 and control means 17. elements have functions identical to those described with reference to Figure 1. As shown in Figure 2, the system is completed by means for purging at least a portion of the pipe assembly.
  • the purge system comprises a multichannel valve 6, a three-way valve 14, several single valves 40, 41, 43, 44, 45, two drains 16 and 15, a purge air inlet 39, a flow regulator 50, control means 27 and a water inlet (9).
  • the inlet water 9 upstream allows, for example by means a water pump which can be that of the water injection circuit, to provide the flow and the water pressure necessary for the purge system.
  • Valve 40 is located between the water inlet and the three-way valve. Between the valves 40 and 14 is the connection of the valve 41 which is connected to the drain 15. The three-way valve 14 connects the valve 6 to either the valve 40 or the drain 16. Downstream of the valve 1 is the valve 6, each of the lines is connected to a liquid fuel line of the pipe assembly 4 via the flow regulator 50.
  • valve 43 Upstream of the liquid fuel circuit flow divider were arranged three simple valves 43, 44, 45.
  • the valve 43 being directly connected to the flow divider, the valve 45 is just upstream of the valve 43.
  • the valve 44 is connected to the drain 46.
  • the single valves 40, 41, 43, 44, 45 serve to isolate the liquid fuel circuit from the water and the liquid fuel water circuit. Thus during the purge with water, the water does not go up until the arrival of liquid fuel 3. And during the purge with liquid fuel or filling of the lines the liquid fuel does not go up to the arrival of water. This even in the case of a false maneuver.
  • the flow regulator 50 regulates the flow of water on each line and prevents too much liquid fuel being pushed by the water, which could disrupt the operation of the turbine by power jumps and triggering untimely alarm circuit breaker.
  • valve system 6, 14, the flow regulator 50, the water inlet 9, the fuel inlet 3 and the atomizing air inlet 19, the purge air 39, the single valves 40, 41, 43, 44, 45, are controlled by the control means 27 to allow the introduction into the feed system of several configurations corresponding to a liquid fuel supply of the turbine or purges of the fuel system. 'food.
  • the liquid fuel flow rate is constant, the multi-port valve 6 is closed and connected by the three-way valve 14 to the drain 16.
  • the simple valves (45, 43) are controlled to pass the liquid fuel and block the water.
  • the valve 44 is closed to the drain and the valve 41 is open.
  • This stop may be a simple stop in the case of a common turbine or a shutdown due to a change in the case of a turbine using two different fuels.
  • the purge system as described in Figure 2 is used when shutdown in the presence of air. This shutdown is not necessarily the consequence of a fuel change. Thus, the purge system as described in Figure 2 can be used during a complete shutdown of the fuel turbine.
  • connection area of the first multi-channel valve 6 is located upstream of the check valve 5. This connection makes it possible to reach with water both the zone downstream and upstream of the connection that is explained below.
  • the two fuels used with the turbine may be fuel oil for liquid fuel and gas for the other fuel.
  • connection of the first valve 6 is close to the non-return valve 5.
  • the turbine supply systems using water injection means, not shown here, the water inlet 9 can be taken on this water injection system.
  • FIG. 3 shows the purge of the liquid fuel downstream of the check valves or first purge step.
  • the three-way valve 14 connects the valve 6 to the valve 40.
  • the valves 40, 44 and 6 are open, while the valves 41, 43,
  • the second step begins with the opening of the valve 43.
  • the pipe assembly 4 upstream of the check valve 5 is at atmospheric pressure.
  • the water whose pressure is lower than the cracking pressure no longer opens the check valve and goes to the drain 46. All this part of the pipe assembly upstream of the check valve to the drain
  • FIG. 5 represents the third and last step of purging the liquid fuel, which corresponds to stopping the supply system.
  • the valves 40, 43, and 6 are closed while the valves 41 and 44 are open.
  • the residual water thus remains in a portion of the pipe assembly upstream of the check valve 5. Downstream of the check valve 5, the air injection by the purge air inlet 39 continues, the part of the pipe assembly and the injectors 20 are cleaned.
  • the liquid fuel supply circuit can remain stationary in this configuration without risk of damage.
  • valves 6, 43 and 45 are open, the valve 44 is closed and the valve 14 connects the multiway valve 6 to the drain 16.
  • the supply circuit is filled with liquid fuel.
  • the water, pushed by the liquid fuel is thus purged.
  • the liquid fuel inlet 3 operates at low pressure so that the check valves are not open.
  • the purge air inlet 39 continues downstream of the non-return valves.
  • Figure 7 shows purge means according to another embodiment.
  • the purge system comprises three multichannel valves, namely a first valve 6, a second valve 7, and a third valve 8, a purge air inlet 39, a water inlet 9, three drains 55 , 15 and 16, a flow regulator 50 and control means 27.
  • the third valve 8 is installed in the auxiliary compartment while the first and second valves
  • the first water inlet valve 6 is disposed between the water inlet 9 and the pipe assembly.
  • the second valve 7 is disposed between the pipe assembly and the drain 55.
  • the third valve 8 is interposed in the pipe assembly, downstream of the fuel inlet 3.
  • connection of the first valve 6 is close to the non-return valve 5.
  • connections of the first valve 6 and the second valve 7 on the pipe assembly are such that the purge with water is done in areas close to the turbine which are high temperature areas.
  • the water inlet 9 upstream of the first valve 6 allows, for example by means of a water pump which can be that of the water injection circuit, to provide the required flow and water pressure. for the purge system.
  • the purge system further comprises a fourth three-way valve 14.
  • the valve 14 for connecting the valve 6 is the drain 16 or the water inlet 9. Downstream of the valve 14 and the valve 6 each of the lines is connected to a liquid fuel line of the pipe assembly 4 via the flow regulator 50.
  • valve 40 is disposed between the water inlet and the valve 14 while between the valves
  • valve 40 and 14 is the connection of a valve 41 which is connected to the drain 15.
  • These simple valves 40, 41 have the same role of isolation of the liquid fuel circuit of the water and the liquid fuel water circuit than in the preceding embodiment. They are not therefore necessary at the level of the arrival of fuel, the water does not go up in this mode until the divider of flow.
  • valve system 40, 41, 6, 7, 8, 14, the water inlet 9, the fuel inlet 3, the purge air inlet 39, the atomizing air inlet 19 and the flow controller 50 are controllable by the control means 27 to set up a liquid fuel supply configuration of the turbine or purge configurations of the system.
  • the liquid fuel flow rate is constant, the third valve 8 is open, the first and second valves 6 and 7 remaining closed.
  • the fourth valve 14 connects the first valve 6 to the drain 16, the valve 41 is open to the drain and the valve 40 is closed.
  • connection zone of the valve 6 is located upstream of the non-return valve 5 but downstream of the connection zone of the second valve 7.
  • the two fuels used with the turbine may be fuel oil for this purpose. which is liquid fuel and gas for the other fuel.
  • the water inlet 9 can be taken on the water injection system. Referring to Figure 8, this describes in detail the first step of purging the liquid fuel.
  • the first purge step begins with the closure of the second valve 7, the third valve 8 and the atomizing air inlet 19.
  • the three-way valve 14 connects the multi-port valve 6 to the water inlet 9.
  • the valve 41 is closed while the valve 40 is open.
  • the water circuit is blocked by the liquid fuel and goes to the check valve 5.
  • the pressure of the water inlet 3, which is greater than the cracking pressure, then allows the opening of the non-return valve 5 and the purge of the residual fuel in the portion of the pipe assembly from the connection of the first valve 6 to the portion of the pipe assembly after the check valve.
  • This water injection acts by its flow, its temperature and its composition on the traces of fuel and allows their washing.
  • This second step begins with the opening of the second valve 7.
  • the portion of the pipe assembly upstream of the check valve 5, the connection of the first valve to the drain 55 through the second valve 7, is at atmospheric pressure.
  • This part is then purged of the liquid fuel by the injection of water. While the flaps have closed the purge of the water by the purge air inlet 39 begins.
  • This operation allows purging of the remaining water of the first purge step throughout the portion of the pipe assembly downstream of the check valves 5 including in the injectors 20.
  • this describes the third step of purging the liquid fuel during which the purge system is stopped.
  • the valves 6, 7 are closed.
  • the residual water thus remains in a portion of the pipe assembly upstream of the check valve 5.
  • the valve 41 is open and the valve 40 is closed. Downstream of the valve purge bleeding air purge continuing, the injectors 20 and the part of the pipe assembly downstream of the check valve are cleaned.
  • the liquid fuel supply circuit can therefore remain at rest in this configuration without risk of damage.
  • it describes the first step of purging the water when filling with liquid fuel.
  • the valves 7 and 8 are open, the first valve 6 being closed.
  • the valve 41 is open while the valve 40 is closed.
  • the water is thus purged and replaced by the liquid fuel from the valve 8 to the drain 55 via the valve 7, the fuel inlet being operated at low pressure. Downstream of the check valve 5, the purge air injection 39 continues.
  • this describes the second step of purging the water when filling with liquid fuel.
  • the first valve 6 is open, the second valve 7 is closed and the fourth valve 14 connects the first valve 6 to the drain 16.
  • the valve 40 is closed while the valve 41 is open.
  • the arrival of liquid fuel still operating at low pressure allows the thrust of water without the opening of the check valves.
  • the water is replaced and purged by the liquid fuel in the portion of the piping assembly from the valve 7 to the drain 16 through the valves 6 and 14.
  • the purge air injection 39 continues.
  • the valves 6 and 7 are closed, the liquid fuel supply circuit is isolated from the water the fuel supply is restarted, the supply system is then in the same configuration as in FIG. is to say ready to use.
  • the purge time is not critical in the process. On the other hand, the purge must begin immediately after the shutdown of the supply circuit due, if necessary, to the change of the first fuel towards the second fuel.
  • the filling time of the liquid fuel circuit is minimized so as not to impact the changeover time, particularly in the case of unplanned restarting of the liquid fuel circuit.
  • the invention which has just been described makes it possible both to purge the stagnant liquid fuel and clean the fuel system in the high temperature zone.
  • the sequence of operation of the purge system respects the operation of the machine during the fuel change and ensures a rapid recovery of the supply line following this operation.
  • This invention integrates with all possible modes of combustion of the different machines.

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Abstract

Ce système d'alimentation d'une turbine en combustible liquide comprend une arrivée de combustible liquide (3), un ensemble de tuyauterie (4) reliant l'arrivée à la turbine et des moyens de purge pour purger une partie au moins dudit ensemble de tuyauterie. Les moyens de purge comprennent des moyens d'arrivée d'eau (9) et un système de vannes pilotables adapté pour injecter de l'eau dans au moins une desdites parties de l'ensemble de tuyauterie.

Description

Système et procédé de lavage et purge à l'eau du circuit combustible liquide d'une turbine
La présente invention concerne le domaine des turbines à gaz et l' alimentation de telles turbines à gaz.
Elle s'applique en particulier aux systèmes de turbines à gaz utilisant deux types de combustibles comme le gaz et le fioul. Elle s'applique aussi à toute machine alimentée à partir d'un combustible liquide et pour laquelle, à l'arrêt, le combustible est susceptible de stagner, à haute température, et en présence d'air.
Les systèmes de combustion de turbines à gaz industrielles brûlent un mélange de comburant, tel que de l'oxygène, et de combustible, tels que du gaz ou du fioul liquide. Les turbines à gaz utilisant deux types de combustibles ne brûlent généralement pas les deux combustibles en même temps. Lorsque la turbine brûle un combustible, l'alimentation de l'autre combustible est à l' arrêt et vice- versa. L'opération, qui consiste à changer le combustible d'alimentation de la turbine est classiquement désignée par le terme de changement. Suite à cette opération de changement ou pour toute autre raison, le circuit d'alimentation de l'un des combustibles est arrêté.
Pour ce type de machine, le combustible liquide stagnant à température élevée et en présence d'air peut subir une coagulation ou solidification. Le phénomène est bien connu dans le cas du fioul et est désigné par le terme "cokéfaction" . Cette solidification du fioul se manifeste par la détérioration des éléments sensibles de la machine, de la fonction d' étanchéité de composants mécaniques (vannes, clapets anti retour..) et par une diminution de la vitesse d' écoulement du combustible liquide dans la machine ou son alimentation (tuyauteries). Dans l'état de la technique, il est connu de réaliser une purge à air suite à l'arrêt d'un circuit d'alimentation, dans le cas par exemple, d'un changement d'alimentation d'une turbine d'un combustible liquide à un combustible gazeux. Cette purge à air du combustible liquide est destinée à nettoyer le circuit d' alimentation dans les zones à haute température, proches de la turbine. Ceci permet d' éviter que le combustible liquide stagnant ne se trouve en présence de hautes températures. Il a été constaté que les solutions à air existantes ont une efficacité limitée. En effet, quand l'air purge le combustible liquide, l'air étant compressible, des variations du débit de combustible liquide purgé vers la chambre de combustion sont possibles ce qui implique des sauts de puissance. Cette purge à air provoque l'accumulation d'air (tuyauteries, clapet, vannes) dans le circuit d'alimentation ce qui implique là encore des sauts de puissance. Ces sauts de puissance sont d'autant plus problématiques qu'ils peuvent déclencher une sécurité de type coupe circuit. D'une manière plus générale, l'air participant à la dégradation du combustible liquide, il est souhaitable de l'éviter.
Un exemple de système de purge à air est décrit dans le document EP 1 184 623.
Au vu de ce qui précède, l'invention a pour but de pallier les inconvénients des machines conventionnelles et d'éviter en particulier la présence d'un combustible liquide stagnant qui en présence d'air et à température élevée crée un résidu dans le circuit d'alimentation de la machine, qui a tendance à se solidifier, phénomène connu comme cokéfaction dans le cas du fioul.
La présente invention a ainsi pour objet un système d'alimentation d'une turbine en combustible liquide comprenant une arrivée de combustible liquide, un ensemble de tuyauterie reliant ladite arrivée à la turbine et des moyens de purge pour purger une partie au moins de l'ensemble de tuyauterie.
Selon une caractéristique de ce système, les moyens de purge comprennent des moyens d'arrivée d'eau et un système de vannes pilotables adapté pour injecter l'eau dans au moins une partie de l'ensemble de tuyauterie.
Selon une autre caractéristique, la turbine comprenant des moyens d'alimentation en eau, les moyens d'arrivée d'eau sont alimentés à partir desdits moyens d'alimentation. Cela permet de ne pas mettre en place de circuit d'eau supplémentaire. La purge peut par exemple être réalisée avec de l'eau déminéralisée déjà utilisée pour la réduction de Nox.
Selon une caractéristique supplémentaire le système comprend un clapet antiretour est disposé entre l'arrivée de combustible liquide et la turbine, le système de vanne étant branché en amont dudit clapet.
Le système peut encore comporter une arrivée d'air de purge sous pression disposée en aval du clapet antiretour.
Dans les modes de réalisation envisagés, les moyens de commande sont par exemple adaptés pour piloter le système de vanne selon une première phase d'alimentation de la turbine avec ledit combustible et une deuxième phase de purge par injection d'eau dans au moins une partie de l'ensemble de tuyauterie.
Les moyens de commande peuvent encore être adaptés pour piloter l'arrivée d'air de purge sous pression de telle sorte qu'une injection d'air soit faîte postérieurement à l'injection d'eau en aval du clapet antiretour le cas échéant.
Selon le premier mode de réalisation, le système de vannes comprend une vanne trois voies reliant soit un drain soit les moyens d'arrivée d'eau à une vanne multivoie branchée sur l'ensemble de tuyauterie.
Selon un autre mode de réalisation, le système de vannes comprend une première vanne multivoie branchée entre l'ensemble de tuyauterie et les moyens d'arrivée d'eau et une deuxième vanne disposée entre l'ensemble de tuyauterie et un drain ainsi qu'une troisième vanne disposée dans l'ensemble de tuyauterie, en aval de l'arrivée de combustible.
Par exemple le système comprend une vanne trois voies disposée entre la première vanne et les moyens d'arrivée d'eau pour raccorder la première vanne soit à un drain, soit auxdits moyens d'arrivée d'eau.
Selon encore une caractéristique supplémentaire de ce mode de réalisation le branchement de la première vanne est situé en aval du branchement de la deuxième vanne. Dans les modes de réalisation envisagés, un régulateur de débit est disposé entre la vanne multivoie et l'ensemble de tuyauterie.
Selon une caractéristique supplémentaire des modes de réalisation envisagés de ce système, pour l'alimentation d'une turbine en au moins deux combustibles, un premier combustible liquide est du fioul et un deuxième est du gaz, la turbine fonctionnant avec au moins ces deux combustibles.
Dans une application, le système d'alimentation peut être utilisé dans une turbine. L'invention a également pour objet un procédé de purge d'une turbine comprenant les étapes de:
- purge de combustible par injection d'eau dans une partie au moins d'un ensemble de tuyauterie d'un système d'alimentation de la turbine; -et purge de l'eau par injection d'air dans une partie de l'ensemble de tuyauterie située en aval du clapet antiretour ou par injection du combustible dans une partie de l'ensemble de tuyauterie située en amont du clapet antiretour.
Selon une caractéristique de ce procédé, la phase de purge est mise en œuvre suite à un changement d'alimentation d'un premier combustible vers un deuxième combustible. Par exemple, le premier combustible liquide est du fioul liquide et le deuxième combustible est du gaz.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente un système d'alimentation d'une turbine suivant l'état actuel de la technique;
- la figure 2 représente un premier mode de mise en oeuvre d'un système d'alimentation d'une turbine pourvu de moyens de purge;
- la figure 3 illustre selon un premier mode de mise en œuvre la purge du combustible liquide en aval des clapets antiretour;
- la figure 4 illustre selon un premier mode de mise en œuvre la purge du combustible liquide en amont des clapets antiretour; - la figure 5 illustre selon un premier mode de mise en œuvre la purge du combustible liquide au cours de laquelle le système de purge est arrêté;
- la figure 6 illustre selon un premier mode de mise en œuvre la purge de l'eau lors du remplissage par le combustible liquide;
- la figure 7 illustre selon un premier mode de mise en œuvre le système d'alimentation suivant un deuxième mode de réalisation avec l'ajout des moyens permettant la mise en œuvre de la purge;
- la figure 8 représente un deuxième mode de mise en œuvre de la purge du combustible liquide en aval des clapets antiretour;
- la figure 9 représente un deuxième mode de mise en oeuvre de la purge du combustible liquide en amont des clapets antiretour;
- la figure 10 représente un deuxième mode de mise en oeuvre de la purge du combustible liquide au cours de laquelle le système de purge est arrêté;
- la figure 1 1 représente un deuxième mode de mise en oeuvre de la première étape de la purge de l'eau lors du remplissage par le combustible liquide; et
- la figure 12 représente un deuxième mode de mise en oeuvre de la deuxième étape de la purge de l'eau lors du remplissage par le combustible liquide.
Considérant la figure 1 , il y est présenté un système d' alimentation en combustible liquide suivant l'état de la technique.
Comme on le voit, le système d'alimentation d'une turbine à gaz conventionnelle comporte un compartiment turbine 2 et un compartiment auxiliaire 1. Cette figure montre la disposition des composants dans ces deux compartiments.
Le compartiment auxiliaire comprend un diviseur de débit 18 , une arrivée de combustible liquide 3 , des moyens de commande 17 et une partie d'un ensemble de tuyauterie 4 qui alimente chacune des chambres de combustion du compartiment turbine 2. Le compartiment turbine comprend, outre les chambres de combustion, la suite de l'ensemble de tuyauterie qui permet l' acheminement du combustible vers les chambres et des clapets antiretour 5 de combustible associés à chaque ligne. En aval de chaque clapet antiretour 5 , le compartiment turbine à gaz comprend une arrivée d'air d'atomisation 19 et un injecteur 20 vers la chambre de combustion de la turbine à gaz. Les moyens de commande 17 pilotent l'arrivée d'air d'atomisation 19 et l'arrivée de combustible 3. Le clapet antiretour 5 permet d'éviter le retour du gaz de la chambre vers le circuit et tout contact entre le combustible et l' air à environ 2000C . L'arrivée de combustible liquide 3 dont la pression peut être réglée fonctionne à une pression suffisante pour ouvrir les clapets antiretour. Chacun de ces deux compartiments 1 et 2 fonctionne généralement sous des conditions de température différentes. Ainsi la température moyenne dans le compartiment auxiliaire 1 est d' environ 65°C, tandis que dans le compartiment turbine 2 la température est régulée à environ 1300C par une ventilation forcée dont les moyens ne sont pas représentés. Cependant à proximité de la turbine la température peut atteindre environ 2500C dû au rayonnement thermique.
Comme indiqué précédemment, à l'arrêt, la présence de combustible stagnant à haute température et en présence d'air en particulier dans le compartiment turbine 2 est susceptible de présenter un certain nombre d'inconvénients majeurs.
On a représenté sur la figure 2 un système d'alimentation permettant de palier ces inconvénients.
Ce système d'alimentation comprend également une arrivée de combustible 3 , un diviseur de débit 18, un ensemble de tuyauterie 4, un clapet 5 , une arrivée d'air d'atomisation 19, un injecteur 20 et des moyens de commande 17. Ces éléments ont des fonctions identiques à ceux décrits en référence à la figure 1. Comme représenté sur la figure 2, le système est complété par des moyens pour purger une partie au moins de l'ensemble de tuyauterie. Le système de purge comprend une vanne multivoies 6, une vanne trois voies 14, plusieurs vannes simples 40, 41 , 43 , 44, 45 , deux drains 16 et 15 , une arrivée d'air de purge 39, un régulateur de débit 50, des moyens de commandes 27 et une arrivée d'eau (9). L'arrivée d'eau 9 en amont permet, par exemple au moyen d'une pompe à eau qui peut être celle du circuit d'injection d' eau, de fournir le débit et la pression d' eau nécessaires pour le système de purge.
La vanne 40 se situe entre l'arrivée d'eau et la vanne trois voies. Entre les vannes 40 et 14 se situe le branchement de la vanne 41 qui est reliée au drain 15. La vanne trois voies 14 raccorde la vanne 6 soit à la vanne 40 soit au drain 16. En aval de la vanne 1 se situe la vanne multivoie 6, chacune des lignes est raccordée à une ligne de combustible liquide de l'ensemble de tuyauterie 4 via le régulateur de débit 50.
En amont du diviseur de débit du circuit du combustible liquide ont été disposées trois vannes simples 43 , 44, 45. La vanne 43 étant directement reliée au diviseur de débit, la vanne 45 est juste en amont de la vanne 43. Entre les vannes 43 et 45 se situe le branchement de la vanne 44 qui est reliée au drain 46.
Les vannes simples 40, 41 , 43 , 44, 45 ont un rôle d'isolation du circuit combustible liquide de l'eau et du circuit eau du combustible liquide. Ainsi lors de la purge à l'eau, l'eau ne remonte pas jusqu'à l'arrivée de combustible liquide 3. Et lors de la purge au combustible liquide ou remplissage des lignes le combustible liquide ne remonte pas jusqu'à l'arrivée d'eau. Cela même dans le cas d'une fausse manœuvre. Le régulateur de débit 50 régule le débit de l'eau sur chaque ligne et permet d'éviter que trop de combustible liquide ne soit poussé par l'eau, ce qui pourrait perturber le fonctionnement de la turbine par des sauts de puissance et un déclenchement intempestif de l'alarme du coupe circuit.
Le système de vannes 6, 14, le régulateur de débit 50, l'arrivée d'eau 9, l'arrivée de combustible 3 et l'arrivée d'air d'atomisation 19, d'air de purge 39, les vannes simples 40, 41 , 43 , 44, 45 , sont contrôlés par les moyens de commande 27 pour permettre la mise en place dans le système d'alimentation de plusieurs configurations correspondants à une alimentation en combustible liquide de la turbine ou à des purges du système d'alimentation. Dans une première phase représentée aussi sur la figure 2 correspondant à une alimentation en combustible liquide de la turbine, le débit de combustible liquide est constant, la vanne multivoie 6 est fermée et raccordée par la vanne trois voies 14 au drain 16. Les vannes simples (45 , 43) sont pilotées pour laisser passer le combustible liquide et bloquer l'eau. La vanne 44 est fermée au drain et la vanne 41 est ouverte.
Puis, le circuit d'alimentation en combustible liquide est arrêté.
Progressivement, la pression et le débit dans le circuit d 'alimentation descendent. Cet arrêt peut être un arrêt simple dans le cas d'une turbine commune ou un arrêt dû à un changement dans le cas d'une turbine utilisant deux combustibles différents.
Le cas échéant, si un deuxième combustible est utilisé un volume équivalent doit en être fourni à la turbine pour ne pas perturber la combustion et le circuit d'alimentation du deuxième combustible non représenté. Le système de purge tel que décrit dans la figure 2 est utilisé lors d'une mise à l'arrêt en présence d'air. Cette mise à l'arrêt n'est pas forcément la conséquence d'un changement de combustible. Ainsi, le système de purge tel que décrit dans la figure 2 peut être utilisé lors d'une mise à l'arrêt complète de la turbine à combustible.
La zone de branchement de la première vanne multivoie 6 se situe en amont du clapet antiretour 5. Ce branchement permet d'atteindre avec l'eau à la fois la zone en aval et en amont du branchement cela est explicité ci après. Le cas échéant, les deux combustibles utilisés avec la turbine peuvent être du fioul pour ce qui est du combustible liquide et du gaz pour ce qui est de l'autre combustible.
De préférence, le branchement de la première vanne 6 est proche du clapet antiretour 5. Les systèmes d'alimentation de turbine utilisant des moyens d'inj ection d'eau, non représentés ici, l'arrivée d'eau 9 peut être prise sur ce système d'injection d'eau.
La figure 3 représente la purge du combustible liquide en aval des clapets antiretour ou première étape de purge. Comme représenté sur la figure 3 , la vanne trois voies 14 raccorde la vanne 6 à la vanne 40. Les vannes 40, 44 et 6 sont ouvertes, tandis que les vannes 41 , 43 ,
45 sont fermées. Dans cette configuration l'eau arrivant sur l'ensemble de tuyauterie est bloquée par le combustible liquide et se dirige vers le clapet antiretour. La pression de l'arrivée d'eau 9, supérieure à la pression de craquage du clapet antiretour 5. L'eau pousse donc le combustible liquide stagnant ainsi que ses traces vers la chambre de combustion. Le régulateur de débit permet un débit de combustible liquide poussé constant. La partie aval des clapets antiretour est ainsi purgée et ce sans saut de puissance.
Comme représenté sur la figure 4, la deuxième étape commence par l'ouverture de la vanne 43. Ainsi l'ensemble de tuyauterie 4 en amont du clapet antiretour 5 est à pression atmosphérique. L'eau dont la pression est inférieure à la pression de craquage n'ouvre plus le clapet antiretour et se dirige vers le drain 46. Toute cette partie de l'ensemble de tuyauterie en amont du clapet antiretour jusqu'au drain
46 est ainsi purgée. La purge de l' eau par l'arrivée d'air de purge 39 commence alors que les clapets antiretour se sont fermées et permet ainsi la purge de l'eau restante de la première étape de purge en aval des clapets antiretour 5 y compris dans les injecteurs 20.
La figure 5 représente la troisième et dernière étape de purge du combustible liquide celle-ci correspond à l'arrêt du système d'alimentation. Les vannes 40, 43 , et 6 sont fermées tandis que les vannes 41 et 44 sont ouvertes. L' eau résiduelle reste ainsi dans une portion de l'ensemble de tuyauterie en amont du clapet antiretour 5. En aval du clapet antiretour 5 , l'injection d'air par l'arrivée d'air de purge 39 se poursuit, la partie de l'ensemble de tuyauterie et les injecteurs 20 sont donc nettoyés. Le circuit d'alimentation en combustible liquide peut rester à l'arrêt dans cette configuration sans risque de dégradations.
Comme représenté sur la figure 6, les vannes 6, 43 et 45 sont ouvertes, la vanne 44 est fermée et la vanne 14 raccorde la vanne multivoie 6 au drain 16. Le circuit d'alimentation se remplit en combustible liquide. L'eau, poussée par le combustible liquide est ainsi purgée. L'arrivée de combustible liquide 3 fonctionne à basse pression de telle sorte que les clapets antiretour ne soient pas ouverts. L'arrivée d'air de purge 39 se poursuit en aval des clapets antiretour.
Puis, suite à cette purge de l'eau par le remplissage de combustible liquide, l'arrivée d'air de purge 39 est stoppée et l'arrivée d'air d'atomisationl 9 mise en route. La vanne 6 étant fermée, le système se retrouve dans la même configuration que dans la figure 2, prêt à fonctionner.
La figure 7 représente des moyens de purge selon un autre mode de réalisation. Dans ce mode, le système de purge comprend trois vannes multivoies, à savoir une première vanne 6, une deuxième vanne 7, et une troisième vanne 8, une arrivée d'air de purge 39, une arrivée d'eau 9, trois drains 55 , 15 et 16, un régulateur de débit 50 et des moyens de commande 27. La troisième vanne 8 est installée dans le compartiment auxiliaire tandis que les première et deuxième vannes
6 et 7 sont installées dans le compartiment turbine 2.
La première vanne 6 d'arrivée d'eau est disposée entre l'arrivée d'eau 9 et l'ensemble de tuyauterie.
La deuxième vanne 7 est disposée entre l'ensemble de tuyauterie et le drain 55. La troisième vanne 8 est interposée dans l'ensemble de tuyauterie, en aval de l'arrivée de combustible 3.
De préférence, le branchement de la première vanne 6 est proche du clapet antiretour 5. De même, les branchements de la première vanne 6 et de la deuxième vanne 7 sur l'ensemble de tuyauterie sont tels que la purge à l'eau se fasse dans des zones proches de la turbine qui sont des zones à haute température.
L'arrivée d'eau 9 en amont de la première vanne 6 permet, par exemple au moyen d'une pompe à eau qui peut être celle du circuit d'injection d' eau, de fournir le débit et la pression d' eau nécessaires pour le système de purge.
Comme on le voit sur la figure 7, le système de purge comporte encore une quatrième vanne trois voies 14. La vanne 14 permettant de raccorder la vanne 6 soit au drain 16 soit à l'arrivée d'eau 9. En aval de la vanne 14 et de la vanne 6 chacune des lignes est raccordée à une ligne de combustible liquide de l'ensemble de tuyauterie 4 via le régulateur de débit 50.
Comme dans le mode de réalisation précédent, des vannes simples supplémentaires sont installées. Ainsi une vanne 40 est disposée entre l'arrivée d'eau et la vanne 14 tandis qu'entre les vannes
40 et 14 se situe le branchement d'une vanne 41 qui est reliée au drain 15. Ces vannes simples 40, 41 , ont le même rôle d'isolation du circuit combustible liquide de l'eau et du circuit eau du combustible liquide que dans le mode de réalisation précèdent. Elles ne sont pas donc nécessaires au niveau de l'arrivée de fioul, l'eau ne remontant pas dans ce mode jusqu'au diviseur de débit.
Le système de vannes 40, 41 , 6, 7, 8, 14, l'arrivée d'eau 9, l'arrivée de combustible 3 , l'arrivée d'air de purge 39, l'arrivée d'air d'atomisation 19 et le régulateur de débit 50 sont pilotables par les moyens de commande 27 pour mettre en place une configuration d'alimentation en combustible liquide de la turbine ou des configurations de purge du système.
Dans une configuration correspondant à une alimentation en combustible liquide de la turbine, le débit de combustible liquide est constant, la troisième vanne 8 est ouverte, les première et deuxième vannes 6 et 7 restant fermées. La quatrième vanne 14 raccorde la première vanne 6 au drain 16, la vanne 41 est ouverte au drain et la vanne 40 est fermée.
La zone de branchement de la vanne 6 se situe en amont du clapet antiretour 5 mais en aval de la zone de branchement de la deuxième vanne 7. Là encore, le cas échéant, les deux combustibles utilisés avec la turbine peuvent être du fioul pour ce qui est du combustible liquide et du gaz pour ce qui est de l'autre combustible. L'arrivée d'eau 9 peut être prise sur le système d'injection d'eau. Considérant la figure 8, celle-ci décrit en détail la première étape de la purge du combustible liquide.
Suite à l'arrêt du circuit d'alimentation et de l'arrivée du combustible liquide, par exemple dans le cas d'un changement de combustible, la première étape de purge commence par la fermeture de la deuxième vanne 7, de la troisième vanne 8 et de l'arrivée d'air d'atomisation 19. La vanne trois voies 14 raccorde la vanne multivoie 6 à l'arrivée d'eau 9. La vanne 41 est fermée tandis que la vanne 40 est ouverte. Le circuit d'eau est bloqué par le combustible liquide et se dirige vers le clapet antiretour 5. La pression de l'arrivée d'eau 3 , supérieure à la pression de craquage permet alors l'ouverture du clapet antiretour 5 et la purge du combustible résiduel dans la partie de l'ensemble de tuyauterie depuis le branchement de la première vanne 6 jusque dans la partie de l'ensemble de tuyauterie après le clapet antiretour. Cette injection d'eau agit par son débit, sa température et sa composition sur les traces de combustible et permet leur lavage.
Considérant maintenant la figure 9, celle-ci décrit la deuxième étape de la purge du combustible liquide. Cette deuxième étape commence par l'ouverture de la deuxième vanne 7. Ainsi la partie de l'ensemble de tuyauterie en amont du clapet antiretour 5 , du branchement de la première vanne jusqu'au drain 55 en passant par la deuxième vanne 7, est à pression atmosphérique. Cette partie est alors purgée du combustible liquide par l'injection de l'eau. Alors que les clapets se sont fermés la purge de l' eau par l'arrivée d'air de purge 39 commence. Cette opération permet une purge de l'eau restante de la première étape de purge dans toute la partie de l'ensemble de tuyauterie en aval des clapets antiretour 5 y compris dans les injecteurs 20.
Considérant la figure 10, celle-ci décrit la troisième étape de la purge du combustible liquide au cours de laquelle le système de purge est arrêté. Les vannes 6, 7 sont fermées. L ' eau résiduelle reste ainsi dans une portion de l'ensemble de tuyauterie en amont du clapet antiretour 5. La vanne 41 est ouverte et la vanne 40 est fermée. En aval du clapet la purge par injection d'air de purge se poursuivant, les injecteurs 20 et la partie de l'ensemble de tuyauterie en aval du clapet antiretour sont nettoyés. Le circuit d'alimentation en combustible liquide peut donc rester à l'arrêt dans cette configuration sans risque de dégradations. Considérant la figure 1 1 , celle-ci décrit la première étape de la purge de l'eau lors du remplissage par le combustible liquide. Au cours de cette étape, les vannes 7 et 8 sont ouvertes, la première vanne 6 étant fermée. La vanne 41 est ouverte tandis que la vanne 40 est fermée. L'eau est ainsi purgée et remplacée par le combustible liquide de la vanne 8 jusqu'au drain 55 en passant par la vanne 7, l'arrivée de combustible étant mise en marche à basse pression. En aval du clapet antiretour 5 , l'injection d'air de purge 39 se poursuit.
Considérant la figure 12, celle-ci décrit la deuxième étape de purge de l'eau lors du remplissage par le combustible liquide. La première vanne 6 est ouverte, la deuxième vanne 7 est fermée et la quatrième vanne 14 raccorde la première vanne 6 au drain 16. La vanne 40 est fermée tandis que la vanne 41 est ouverte. L'arrivée de combustible liquide fonctionnant toujours à basse pression cela permet la poussée de l'eau sans l'ouverture des clapets antiretour. Ainsi, l'eau est remplacée et purgée par le combustible liquide dans la partie de l'ensemble de tuyauterie du branchement de la vanne 7 jusqu'au drain 16 en passant par les vannes 6 et 14. En aval du clapet antiretour 5 , l'injection d'air de purge 39 se poursuit. Puis, l'injection d'air de purge s'arrête et commence l'injection d'air d'atomisation. Les vannes 6 et 7 sont fermées, le circuit d'alimentation en combustible liquide est isolé de l'eau l'arrivée de combustible est remise en route, le système d'alimentation est alors dans la même configuration qu'en figure 7, c'est à dire prêt à être utilisé.
Le temps de purge n' est pas une donnée critique dans le processus. Par contre, la purge doit commencer immédiatement après l'arrêt du circuit d'alimentation dû le cas échéant au changement du premier combustible vers le deuxième combustible. Le temps de remplissage du circuit en combustible liquide est minimisé afin de ne pas impacter le temps de changement notamment dans le cas d'une remise en route non planifiée du circuit combustible liquide. Comme on le constate, l'invention qui vient d'être décrite permet à la fois de purger le combustible liquide stagnant et de nettoyer le système d' alimentation, dans la zone de haute température.
La séquence de fonctionnement du système de purge respecte le fonctionnement de la machine lors du changement de combustible et assure une reprise rapide de la ligne d'alimentation suite à cette opération.
Cette invention s'intègre à tous les modes de combustion possibles des différentes machines.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'alimentation d'un système de turbine à gaz en combustible liquide comprenant une arrivée de combustible liquide (3), un ensemble de tuyauterie (4) reliant ladite arrivée à la turbine et des moyens de purge pour purger une partie au moins dudit ensemble de tuyauterie (4), caractérisé en ce que les moyens de purge comprennent des moyens d'arrivée d'eau (9) et un système de vannes pilotables adapté pour injecter de l'eau dans au moins une partie de l'ensemble de tuyauterie et en ce que ledit système comprend un clapet antiretour (5) disposé entre l'arrivée de combustible liquide (3) et la turbine, le système de vanne étant branché en amont dudit clapet.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le système de turbine à gaz comprenant des moyens d'alimentation en eau, les moyens d'arrivée d'eau sont alimentés à partir desdits moyens d'alimentation.
3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une arrivée d'air de purge sous pression (39) disposée en aval du clapet antiretour (5).
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (27) adaptés pour piloter le système de vanne selon une première phase d'alimentation de la turbine avec ledit combustible et une deuxième phase de purge par injection d'eau dans au moins une partie de l'ensemble de tuyauterie (4).
5. Système selon la revendications 4 dépendante de la revendication 3 , caractérisé en ce que les moyens de commande (27) sont en outre adaptés pour piloter ladite arrivée d'air de purge sous pression (39) de telle sorte qu'une injection d'air soit faite postérieurement à l'injection d'eau en aval du clapet antiretour (5) le cas échéant.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 , caractérisé en ce que le système de vannes comprend une vanne trois voies (14) reliant soit un drain ( 16) soit les moyens d'arrivée d'eau (9) à une vanne d'arrivée d'eau multivoie (6) branchée sur l'ensemble de tuyauterie.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 , caractérisé en ce que le système de vannes comprend une première vanne multivoie (6) branchée entre l'ensemble de tuyauterie et les moyens d'arrivée d'eau (9), une deuxième vanne (7) disposée entre l'ensemble de tuyauterie et un drain (55) et une troisième vanne (8) disposée dans l'ensemble de tuyauterie (4), en aval de l'arrivée de combustible (3).
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne trois voies ( 14) disposée entre la première vanne (6) et les moyens d'arrivée d'eau (9) pour raccorder la première vanne
(6) soit à un drain ( 16), soit auxdits moyens d'arrivée d'eau (9).
9. Système selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le branchement de la première vanne (6) est situé en aval du branchement de la deuxième vanne (7).
10. Système selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'un régulateur de débit (50) est disposé entre la vanne multivoie (6) et l'ensemble de tuyauterie (4).
1 1. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, pour l'alimentation d'un système de turbine à gaz en au moins deux combustibles, caractérisé en ce qu'un premier combustible liquide est du fioul et un deuxième est du gaz.
12. Turbine, caractérisée en ce qu'elle comprend un système d'alimentation selon l'une des revendications précédentes.
13. Procédé de purge d'un système de turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de :
-purge de combustible par injection d'eau dans une partie au moins d'un ensemble de tuyauterie (4) d'un système d'alimentation de la turbine; et -purge de l'eau par injection d'air dans une partie de l'ensemble de tuyauterie située en aval du clapet antiretour (5) et par injection du combustible dans une partie de l'ensemble de tuyauterie située en amont du clapet antiretour.
14. Procédé selon la revendication 13 , caractérisé en ce que la phase de purge est mise en œuvre suite à un changement d'alimentation d'un premier combustible vers un deuxième combustible, le premier combustible liquide étant du fioul liquide et le deuxième combustible étant du gaz.
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