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Améliorer la fiabilité des turbines à gaz

améliorer la fiabilité de la turbine à gaz

Révision, réparation et amélioration de la fiabilité des turbines 501F

Les turbines à gaz sont utilisées dans le monde entier pour fournir de l'énergie. En tant qu'équipements vitaux, ils nécessitent une maintenance régulière pour assurer une fiabilité et une performance constantes, ce qui nécessite une gestion et une livraison efficaces. Sulzer a développé son expertise et ses installations spécialisées pendant de nombreuses années pour offrir un service indépendant pour le 501F.

Développée en tant que joint-venture entre Westinghouse et Mitsubishi Heavy Industries et introduite pour la première fois dans les premiers 1990, la turbine à gaz 501F est devenue une option extrêmement populaire pour les applications de production d'énergie dans le monde entier. Alors que la plupart des utilisateurs de la turbine se tournent vers leur équipementier pour la révision et la maintenance au début de la vie d'une unité, un nombre croissant se tourne vers des prestataires indépendants spécialisés pour fournir ces services, surtout à mesure que leurs actifs vieillissent.

Au fil des années, Sulzer a acquis une expérience considérable en travaillant avec le 501F dans toutes ses variantes. Cette expérience a permis de comprendre en profondeur les problèmes pouvant affecter la turbine en service et a conduit au développement d'un certain nombre de solutions et de capacités sur mesure pour résoudre ces problèmes, améliorant ainsi la fiabilité globale de l'unité.

La taille et le poids d'une grande turbine comme la 501F imposent des exigences particulières à tout prestataire de maintenance. Les opérations de démontage, d'inspection, de réparation, d'équilibrage et de réassemblage nécessitent toutes un équipement important et hautement spécialisé. Pour répondre à ces exigences, Sulzer a investi dans deux installations de révision de grande turbine 25,000 ft2 dédiées. Équipés d'une grue de capacité 100-ton avec 50 pi d'espace sous le crochet, ces installations utilisent également une plate-forme verticale et ciseaux pour les opérations d'empilage et de dépilage du rotor, ainsi qu'une machine d'équilibrage de charge et un tour horizontal avec un 180,000 lb capacité.

La portée de travail de révision sur une machine aussi grande et complexe que le 501F est déterminée par les exigences du client et l'historique d'exploitation de l'équipement. Généralement, un service commence par le démontage et l'inspection de l'ensemble du rotor suivi d'un nettoyage, d'essais non destructifs (END) et d'une évaluation du cycle de vie.

Lorsque des problèmes sont identifiés lors du fonctionnement de la turbine ou du processus d'inspection, des travaux d'ingénierie importants sont souvent nécessaires pour identifier et mettre en œuvre une solution robuste et rentable. Par exemple, une machine a été arrêtée et amenée à un centre de service Sulzer après avoir subi des vibrations importantes. L'inspection a révélé une rupture radiale élevée allant jusqu'à 0.18 pouces. Lors du démontage, il a été constaté que le registre ajusté sur le talon avant s'était complètement rompu.

Pour éviter de remplacer la roue, Sulzer a conçu une stratégie de réparation à l'aide d'une douille spécialement usinée. Après l'analyse technique pour déterminer l'approche qui permettrait de minimiser les contraintes globales, la meule a été usinée pour accepter la nouvelle bague avec un ajustement serré. Une fois en place, la douille a été usinée à la bonne taille finale pour s'accoupler avec la roue adjacente.

Un autre problème commun dans le 501F est l'usure ou la défaillance des pattes anti-rotation qui retiennent les déflecteurs d'air en place. Les défaillances font que les déflecteurs se froncent, s'usent ou même se détachent complètement, entraînant de graves dommages à la turbine. Pour éviter la répétition de ce problème, Sulzer fabrique des déflecteurs d'air avec des caractéristiques anti-rotation plus grandes et plus robustes, et peut modifier les fentes anti-rotation sur la turbine pour les adapter. Ce travail peut être effectué avec le rotor démonté, ou avec une conception de chicane différente, qui peut être installé sur le terrain.

En cas de défaillance à l'extrémité avant du boulon traversant du compresseur sur le 501F, de graves dommages peuvent survenir à la machine en raison du passage de l'attache libérée. L'analyse des pièces défectueuses suggère que le problème résulte probablement du chargement sur le dernier filetage complet de l'attache, combiné à une surface de chargement insuffisante entre l'attache et le moyeu pour atténuer le mouvement. Cela permet à une fissure à l'extrémité du boulon de se propager pendant le fonctionnement.

Pour éviter la récurrence de ce problème, Sulzer a développé un écrou de compresseur avant amélioré qui est encastré dans un trou de dégagement rapproché de la roue. Le premier filetage complet se produit à l'intérieur de l'écrou redessiné, et la modification augmente considérablement la surface de contact entre l'écrou et la roue. La nouvelle solution a été largement testée et validée en utilisant l'analyse par éléments finis et Sulzer recommande maintenant que cette mise à niveau soit effectuée sur toutes les turbines qui sont en cours de révision.

Sulzer possède des capacités étendues dans la fabrication d'aubes de rechange et de pales pour les turbines à gaz et à vapeur de tous types. Il entreprend aussi régulièrement des analyses des causes profondes pour déterminer les causes sous-jacentes de la défaillance prématurée des composants en service. Dans le 501F, une cause fréquente de défaillance des aubes provient de problèmes d'écoulement de l'air de refroidissement. Cela peut entraîner la perte du barrage d'air nécessaire sur le bord d'attaque de la pale ou un débit insuffisant à travers les canaux du trou d'épingle menant au bord de fuite.

Pour les pales qui ont été endommagées de cette manière et d'autres, Sulzer a développé plusieurs processus de réparation avancés qui peuvent fournir des avantages économiques significatifs pour les utilisateurs. Plutôt que de remplacer l'ensemble de la palette, le processus de réparation «coupon» permet de découper la zone endommagée de la palette et de braser une nouvelle section en place. Après le broyage, l'essai et le traitement de surface, des trous de refroidissement sont découpés dans les pièces de rechange et la palette est remise en service.

Ailleurs, lorsque l'inspection révèle que les parties fortement profilées d'une palette sont devenues trop fines pour une utilisation continue, un processus de brasage affaissé peut être utilisé pour ajouter du matériau supplémentaire. Ce processus prolonge la durée de vie des aubes et offre une réparation rentable avec un temps d'arrêt minimal.

Pour des reconstructions plus complètes, Sulzer peut fabriquer de nouveaux ensembles de pales de rotor W501F, avec des étages 1-12 fabriqués à partir de pièces forgées et 13-16 fabriqués à partir de matériaux de qualité de pale de compresseur. Les clients peuvent spécifier des variations résistantes FD3 et FOD (dommages aux objets étrangers) selon les besoins.

Au-delà du processus de réparation, Sulzer propose un service de revêtement avancé qui fournit à la fois une protection contre la corrosion et des revêtements de barrière thermique pour les composants des turbines à gaz. Indispensables pour une durée de vie prolongée, les revêtements protecteurs doivent être soigneusement appliqués avec un équipement de pointe, par des opérateurs expérimentés. Ce service est soutenu par des années de recherche dans la technologie de revêtement qui a été menée par Sulzer.

En fin de compte, les exploitants de turbines à gaz et leurs assureurs sont préoccupés par l'espérance de vie de leurs rotors. Il est largement accepté par les groupes d'utilisateurs, les consultants indépendants et les équipementiers que la meilleure politique est d'inspecter minutieusement les composants, d'évaluer les risques et de mettre en œuvre des mesures d'atténuation. Sulzer offre une solution complète d'évaluation et de réparation, sous un même toit, qui peut prolonger la durée de vie du rotor et minimiser les temps d'arrêt.

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