Problema: A umidade proveniente da umidade e da chuva tropical causa um alto dP e o transporte de qualquer partícula capturada além dos filtros para dentro da turbina, resultando em perdas de eficiência do compressor de 3-5% e 15-20% de perdas de energia.
Solução: Donaldson Turbo-Tek Er5 | W5 | Filtros à prova d'água P1
Resultados:
- A vida útil do filtro triplicou de 18 para 48 meses em comparação com 12 meses, com até 10% de perda de eficiência
- Não há desvio de umidade durante a alta umidade ou chuva tropical
- Sem perdas na eficiência do compressor axial ou na produção de energia
- Reduziu a lavagem da água apenas para offline
Uma planta de gás natural líquido (liquid natural gas (LNG)) em clima tropical teve quatro anos de sucesso com a filtragem de ar estanque dos Sistemas de Turbinas a Gás Donaldson. Esse estudo de caso é aplicável a outras refinarias de petróleo úmidas, tropicais e costeiras e usinas elétricas que lutam contra a umidade e contaminantes transportados pelo ar.
A fábrica de GNL apresentada nesse estudo de caso está conectada via um oleoduto submarino às instalações de exportação offshore no Mar de Timor. Propriedade de uma grande empresa global de petróleo e gás, utiliza seis motores GE LM2500 G4 com duas turbinas para refrigeração de propano, duas para refrigeração de etileno e duas para refrigeração de metano.
Os seis motores de turbina da instalação requerem um total de 720 pares de elementos filtrantes para filtrar os contaminantes transportados pelo ar e para fornecer ar de admissão limpo. O clima tropical desse local costeiro tem colocado sérios desafios de filtragem. Nos meses de verão, há 80% de umidade relativa, chuva tropical e ar carregado de sal. Na estação seca do inverno, a fumaça pesada e as cinzas dos fogos de escova da área também contaminam o ar. O transporte de umidade tende a trazer partículas que podem causar entupimento das lâminas e desgaste prematuro do equipamento.
Em 2014, a fábrica de GNL estava utilizando filtros sintéticos F9 MERV 15 premium. Essa tecnologia de filtragem de ar era o que havia de mais moderno na indústria de turbinas naquela época. Embora os elementos estivessem funcionando mais eficazmente do que os filtros F9 MERV 15 misturados anteriormente, em relação à pressão diferencial (dP) e à vida útil do filtro, as turbinas ainda encontravam problemas de desempenho.
“Os filtros estavam carregando com partículas de fuligem”, disse o Engenheiro de Equipamento Rotativo Principal da instalação. “Muitos desses contaminantes estavam passando pelo filtro e aderindo às lâminas do nosso compressor axial, porque seu tamanho era inferior a um mícron.”
Um aumento da pressão diferencial e uma redução na eficiência do compressor axial indicaram que uma umidade significativa ainda penetrava nos filtros e com ela, contaminantes incluindo fuligem, fumaça e sal. Isto causou um desequilíbrio mecânico das lâminas - um desequilíbrio mecânico que desencadeou uma perda de eficiência no compressor axial. As perdas de eficiência nas instalações variaram de 3% a 5% em 12 meses, o que se traduziu em uma perda de energia mensurável.
“A maior questão em torno da umidade foi o fato de termos perdido energia devido à alta temperatura do bulbo úmido”, explicou o engenheiro. “Nossa produção da planta já estava comprometida de 15% a 20% em clima úmido, o que significava qualquer comprometimento adicional devido à pressão diferencial do filtro (dP) adicionada ao problema.
Chegamos a um ponto em que ou tirávamos a caixa superior das turbinas e limpávamos as lâminas à mão ou as retirávamos para reparos.”
Para superar a perda de energia durante as estações de verão úmidas, a fábrica completou a lavagem da água - uma prática que veio com custos adicionais de manutenção e mão-de-obra: lavagens off-line requerem uma tripulação de seis pessoas por um dia inteiro, e lavagens on-line requerem uma tripulação de dois pessoas trabalhando vários dias.
No entanto, as lavagens com água foram apenas uma solução temporária para a degradação da energia. Cada lavagem restaurou a potência parcial, mas houve retornos decrescentes a cada ciclo de lavagem. Consequentemente, aos 18 meses, os 720 pares de filtros não poderiam mais suportar a produção adequada de energia e as substituições necessárias.
Para enfrentar esses desafios, em 2015 a fábrica de GNL decidiu testar a nova Donaldson Watertight (H)EPAgrade Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 media. O cliente instalou os filtros Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 em quatro das seis turbinas LNG, e manteve a tecnologia F9 existente nas outras duas para sua própria comparação de desempenho lado a lado.
Após nove meses, a mudança produziu uma melhoria significativa na proteção da turbina, indicada pelos dados de eficiência da dP e do compressor para as turbinas que operam os filtros estanques. dP permaneceu estável durante os meses de verão e ao longo da vida útil do filtro, quase sem perda da eficiência do compressor axial.
Com base no teste, a usina de GNL decidiu converter as seis turbinas para os filtros (H)EPA Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 - e desde então fez a mudança em suas outras instalações de GNL.
No final de 2019, quatro anos depois, após o julgamento, todos os filtros Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 na fábrica de GNL mantiveram seu desempenho original. Os motores sofreram quase 0% de perdas na eficiência do compressor axial, e a fábrica eliminou as lavagens de água on-line.
Notavelmente, em dezembro de 2019, a fábrica ainda estava usando seus filtros originais TurboTek Er5 | W5 | P1, instalados em 2015, com apenas uma mudança de embalagem de pré-filtro aos 36 meses para reduzir um pequeno aumento no dP. A fábrica ampliou sua vida útil de 18 meses para 48 meses, resultando em economias substanciais nos custos de filtragem e manutenção.
“A mudança dos filtros F9 Spider-Web XP para o E12 Turbo-Tek Er5 | W5 | Filtros à prova d'água P1 fez uma diferença extraordinária em nossa operação, pois não estamos perdendo eficiência em nosso compressor agora, e não precisamos descer para lavar”, disse o engenheiro. “Quanto mais limpos pudermos manter nossas turbinas durante a estação chuvosa, melhor poderemos sustentar nossa produção. Os filtros estão mantendo o compressor axial muito limpo e um bônus é que os filtros estão realmente durando muito tempo, o que é bastante extraordinário. Por isso, estamos satisfeitos com os resultados. O retorno de nosso investimento no Turbo-Tek Er5 | W5 | Filtros à prova d'água P1 definitivamente faz sentido.”
A seleção de soluções de filtragem baseadas em uma variedade de condições pode ajudar a apoiar operações eficazes e eficientes. Para ajudar os proprietários de plantas na seleção de filtros, em 2018, a Donaldson introduziu o sistema de classificação Er | W | P para sua linha de filtros Turbo-Tek para turbinas a gás. Usando os primeiros testes de laboratório da indústria para a estanqueidade e pulsabilidade, a Donaldson agora classifica cada tipo de filtro em uma escala de 0 a 5 pontos para três características:
- Eficiência (Er0 a Er5) - Que proporção de contaminantes transportados pelo ar ele captura?
- Estanqueidade (W0 a W5) - Como lidar com alta umidade e umidade?
- Pulsabilidade (P0 a P5) - Diz respeito aos sistemas de autolimpeza. Com que rapidez os filtros recuperam o pico de desempenho depois de pulsados com ar comprimido?
O filtro discutido nesse estudo de caso tem uma classificação de Er5 | W5 | P1. Isto significa que eles têm a maior eficiência de captura (Er5), a maior estanqueidade (W5) e, como são filtros de carga em profundidade, têm baixa pulsabilidade (P1) na linha Turbo-Tek da Donaldson de filtros para turbinas a gás.
