L'evoluzione della filtrazione delle turbine

Di Tim Nicholas16 novembre 2022

Il costo di un danno o di un guasto a una turbina a gas può rapidamente raggiungere i milioni. La contaminazione può danneggiare una turbina e ridurne le prestazioni. Gli operatori riconoscono che i sistemi di filtraggio sono necessari per proteggere le turbine, che sono spesso installate in ambienti difficili. Tuttavia, con l'efficienza estremamente elevata e le turbine a gas progettate con precisione di oggi, la protezione delle macchine e delle loro prestazioni è più importante che mai. Pertanto, man mano che la tecnologia delle turbine a gas si è evoluta, anche i sistemi di filtraggio sono rimasti al passo.

La più recente tecnologia GT avanzata raggiunge elevati livelli di efficienza attraverso una migliore comprensione del trasferimento di calore, temperature di cottura più elevate e precisi design aerodinamici “super finitura”. Le caratteristiche di progettazione includono l'aerodinamica avanzata delle pale, un flusso di raffreddamento dell'aria migliorato, una progettazione migliorata dei componenti del percorso del gas caldo per ridurre i gradienti di temperatura e stress e rivestimenti di barriera termica migliorati. La messa a punto di queste macchine e delle superleghe che utilizzano richiede una protezione più rigorosa dai danni che le particelle più fini e i contaminanti nel flusso d'aria in ingresso possono causare.

I contaminanti possono includere sale, polvere, sabbia e umidità e un sistema di filtraggio per turbine a gas spesso deve gestirli alcuni o tutti. Le particelle di polvere o sabbia più grandi possono erodere le superleghe speciali, le finiture e i rivestimenti all'interno del compressore e della turbina e potrebbero eventualmente causare gravi danni alla macchina. Le particelle di polvere più fini possono attaccarsi alle pale delle turbine, influenzando l’aerodinamica operativa, riducendo l’efficienza delle turbine e aumentando i costi operativi.

Il sale è uno dei contaminanti più fastidiosi per gli operatori delle turbine a gas. Nel settore offshore e ovunque in prossimità di corpi d’acqua salata, i danni alle turbine possono essere rapidi e gravi se non vengono affrontati adeguatamente. Il sale è igroscopico, il che significa che può assorbire l'umidità dall'aria e può spostarsi rapidamente tra la forma secca, appiccicosa e liquida. Oltre ad aderire alle pale delle turbine e a comprometterne l’efficienza, il sale può combinarsi con il carburante nelle aree più calde della turbina per formare solfato di sodio che reagisce con il metallo della turbina provocando una corrosione accelerata.

Piccole goccioline di umidità nel flusso d'aria in ingresso alla turbina si combinano con la polvere per formare fango che può bloccare il filtro. La dimensione di queste goccioline fa sì che possano penetrare anche nella matrice del mezzo filtrante e rimanervi intrappolate. L'umidità provoca anche rapidi cambiamenti nello stato fisico delle particelle di sale igroscopiche dalla forma solida a quella liquida, rendendole più difficili da gestire per il sistema di filtrazione.

Uno degli elementi primari di un sistema di filtrazione è il mezzo di filtrazione. Con diversi contaminanti da gestire, le grandi turbine a gas avanzate in genere hanno più stadi di filtrazione con mezzi sempre più fini per raccogliere le particelle. Questo supporto è pieghettato in pannelli per massimizzare l'area di filtrazione e ottimizzare l'efficienza di filtrazione.

Tuttavia, la scelta del supporto giusto per un sito di installazione è solo una parte della storia. Se i filtri non sono progettati e costruiti per resistere agli elementi stessi, l'aria può bypassare il mezzo, rendendolo inutilizzabile. L'aria prenderà sempre il percorso di minor resistenza e se riesce ad aggirare i mezzi, porterà con sé i contaminanti e l'umidità che i filtri sono lì per impedire di raggiungere la turbina a gas. Il risultato sarà vaiolatura e corrosione che, nel tempo, danneggeranno gravemente le prestazioni della turbina e potrebbero eventualmente portare a guasti e interruzioni catastrofiche.

Per prevenire il bypass dell’aria, la progettazione dei filtri deve essere robusta. L'utilizzo della tecnologia di flusso in poliuretano (PU) nella costruzione del filtro garantirà il completo incapsulamento delle pieghe del supporto. In ambienti ad alto tasso di umidità, può anche essere sensato utilizzare la tecnologia di sigillatura dei bordi, che applica cordoni continui di hot melt sul bordo delle pieghe per agire come un sigillo di rinforzo secondario contro l'umidità.

Altre considerazioni riguardanti la costruzione del filtro includono il rischio di ruggine. Il rischio di ruggine è particolarmente elevato nelle aree in cui nell'atmosfera sono presenti particelle di sale, elevata umidità e idrogeno solforato proveniente dal gas naturale. Le emissioni di anidride solforosa provenienti dai fumi di scarico diesel nelle aree urbane, vulcani, sorgenti, alcali forti, intonaci e cemento provenienti da industrie vicine che contengono cloruri e solfati, acqua piovana acida e deriva delle torri di raffreddamento possono favorire la ruggine. Pertanto, è logico che le parti metalliche dell'alloggiamento del filtro siano verniciate a polvere per migliorare l'affidabilità e la resistenza ai fattori ambientali. I rivestimenti impermeabili che incorporano materiali reticolati aumenteranno ulteriormente la resistenza del filtro a fessurazioni, desquamazione, scheggiatura e abrasione.