Curso Turbocompresores - TURBINA MS-5002C

CURSO

TURBO COMPRESORES

Cartagena, 13, 14 y 15 de septiembre del 2.000

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1. CONTENIDO

1.1 INTRODUCCION1.2 GENERALIDADES1.3 TURBINA DE GAS1.4 CICLO BRAYTON1.5 CARACTERISTICAS GENERALES TURBINA MS-5002-C1.5 PRINCIPIO DE OPERACION DE LA TURBINA DE GAS

2. SECCION DEL COMPRESOR AXIAL

2.1 GENERALIDADES2.2 SECCION COMPRESOR2.3 ROTOR DEL COMPRESOR2.4 ESTATOR DEL COMPRESOR2.5 CARCAZA DE ENTRADA2.6 CARCAZA DELANTERA DEL COMPRESOR2.7 CARCAZA DE DESCARGA

3. SECCION DE COMBUSTION

3.1 GENERAL3.2 CARCAZA EXTERNA DE COMBUSTION3.3 CAMARAS DE COMBUSTION3.3.1 BUJÍAS

3.3.2 DETECTORES DE LLAMA ULTRAVIOLETA

3.3.3 BOQUILLAS DE COMBUSTIBLE

3.4 PIEZAS DE TRANSICION

4. SECCION DE TURBINA

4.1 GENERALIDADES4.2 ESTATOR DE LA TURBINA4.3 NOZZLE Ó TOBERA DE PRIMERA ETAPA FIJA4.4 NOZZLE Ó TOBERA DE SEGUNDA ETAPA VARIABLE4.5 ENSAMBLAJE DEL DIAFRAGMA4.6 SECCION DE EXHOSTO

5. ENGRANAJES DE ACCESORIOS

5.1 ENSAMBLE DEL ENGRANAJE DE ACCESORIOS

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6. SISTEMA DE VENTILACION

6.1 GENERALIDADES

7. SISTEMA DE LUBRICACION

7.1 GENERALIDADES7.2 DESCRIPCION7.3 TANQUE Y TUBERIAS DE LUBRICANTES7.4 BOMBAS DE ACEITE LUBRICANTE7.5 BOMBA DE ACEITE LUBRICANTE PRINCIPAL7.6 BOMBA AUXILIAR DE LUBRICACION7.7 BOMBA DE ACEITE LUBRICANTE DE EMERGENCIA7.8 VALVULAS7.8.1 VÁLVULAS CHEQUES

7.8.2 VÁLVULA PARA PRUEBA DE ARRANQUE DE LA BOMBA AUXILIAR.7.8.3 VÁLVULA PARA PRUEBA DE ARRANQUE DE LA BOMBA DE EMERGENCIA.7.8.4 VÁLVULA REGULADORA VPR27.9 CONTROL DE TEMPERATURA DEL ACEITE7.9.1 CALENTADORES AUXILIARES

7.9.2 AIRE DE ENFRIAMIENTO DE ACEITE LUBRICANTE

7.9.3 VÁLVULA REGULADORA DE TEMPERATURA VTR17.10 FILTROS DE ACEITE7.10.1 FILTRO DE ACEITE PRINCIPAL

7.11 PROTECCIONES DE PRESION Y TEMPERATURA.7.11.1 GENERALIDADES

7.11.2 INDICADOR DE NIVEL DE ACEITE Y ALARMA

7.11.3 SWITCH DE TEMPERATURA NORMAL DE ACEITE EN EL TANQUE 26QN7.11.4 SWITCHES DE BAJA PRESIÓN DE ACEITE LUBRICANTE, 63QA-1 Y 27.11.5 ALARMA DE ALTA TEMPERATURA DE ACEITE Y SWITCH DE PARADA

7.12 SISTEMA DE SUMINISTRO HIDRAULICO7.12.1 GENERALIDADES

7.12.2 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA

7.13 SISTEMA DE ACEITE DE CONTROL Y DISPARO7.13.1 GENERALIDADES

7.13.2 DESCRIPCIÓN FUNCIONAL

7.13.3 ENSAMBLAJE DE CONTROL DE LA BOQUILLA DE SEGUNDA ETAPA

7.13.4 ENSAMBLAJE DE LOS ALABES DE GUÍA DE ENTRADA IGV

8. SISTEMA DE FUEL GAS

9. SISTEMA DE AIRE DE SELLO Y REFRIGERACION

9.1 AIRE DE LA DECIMA ETAPA DEL COMPRESOR AXIAL9.2 FUGA DE AIRE DE SELLOS DE ALTA PRESION DEL COMPRESOR AXIAL

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9.3 SISTEMA DE EXTRACCION DE AIRE PARA PROTECCION DE PULSACIONES DEL COMPRESOR AXIAL DURANTE LOS ARRANQUES Y LAS PARADAS.

10. SISTEMA DE PROTECCION CONTRA INCENDIO ( CO2 )

10.1 GENERALIDADES:

11. PRECAUCIONES DE OPERACION GENERAL.

11.1 LIMITES DE TEMPERATURA11.2 LIMITES DE PRESION11.3 LIMITES DE VIBRACION

12. PROTECCIONES DE LA TURBINA MS-5002-C

12.1 SOBRE VELOCIDAD EJES HP Y LP12.2 VIBRACIÓN EJES HP Y LP12.3 PROTECCIÓN DE SOBRE TEMPERATURA12.4 DETECCIÓN DE LLAMA12.5 MONITOR DE COMBUSTIÓN Y DISPERSIÓN DE TEMPERATURA

13. SECUENCIA DE ARRANQUE DEL TURBO COMPRESOR

13.1 REQUISITOS DEL PROCESO13.2 REQUISITOS DE LA TURBINA13.3 SECUENCIA DE ARRANQUE13.4 RELES DE VELOCIDAD

14. SISTEMA DE CONTROL

14.1 HARDWARE DEL SISTEMA SPEEDTRONIC14.2 MARK V14.3 ESTRATEGIA DEL CONTROL DE VELOCIDAD14.4 DEFINICION DE TERMINOS14.5 CONTROL DE VELOCIDAD

15. COMPRESORES

15.1 COMPRESORES CENTRIFUGOS15.2 TIPOS15.3 DESCRIPCION15.4 PARTES INTERNAS15.4.1 DIAFRAGMAS

15.4.2 ROTOR

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15.4.3 TAMBOR DE BALANCE

15.4.4 COJINETE DE CARGA

15.4.5 COJINETE DE EMPUJE

15.4.6 SELLOS DE ACEITE

16. SISTEMA DE CONTROL C.C.C.

16.1 LIMITES DEL COMPRESOR

16.2 DEFINICIONES

16.3 CÁLCULO DE DISTANCIA DE SURGE

16.3 CONTROL DE CARGA

17. BIBLIOGRAFIA

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1. CONTENIDO

1.1 INTRODUCCION

Las turbinas a gas, son otras de las máquinas de manejo de calor, por excelencia para convertir energía Química de algún combustible, en potencia mecánica. Estas son máquinas similares de muchas formas a las de combustión interna de 4 tiempos, salvo que las turbinas son máquinas de trabajo continuo.

Las turbinas Modelo 5002C de dos ejes, mueven un compresor centrifugo de inyección de gas.

1.2 GENERALIDADES

En la parte delantera de la turbina se encuentra el compartimento de entrada de aire que contiene un silenciador para atenuar el ruido de alta frecuencia y un sistema de filtros que remueve las partículas extrañas antes que el aire entre en la turbina.

Las turbinas a gas poseen un compresor de aire, el cual toma el aire de la atmósfera, previamente es pasado a través de un filtro, para remover los sólidos. El aire es comprimido por secciones de alabes fijos y alabes rotativos de varias etapas, la relación de presión varia entre 7:1 y 13.5:1 dependiendo del tamaño y modelo de la máquina.

El aire de alta presión es pasado a las cámaras de combustión donde se mezcla con el combustible inyectado. La combustión de esta mezcla de aire / combustible incrementa su temperatura en la zona de la llama entre 2500°F y 4000°F. Esta temperatura es inmediatamente reducida, gracias al aire de exceso que se presenta en las cámaras de combustión.

La temperatura a la entrada de la sección de turbina es del orden de 1650°F y 2300°F. La alta temperatura sumada a la alta presión de la mezcla es dirigida al sección de la turbina, donde se expande a través de las etapas de la turbina hasta llegar a presión muy cerca a la atmosférica. En el proceso de expansión, parte de la energía removida del gas, impulsa el compresor de la turbina, los auxiliares tales como las bombas de lubricación y aceite hidráulico montados en el Gear Box de accesorios, además de la carga suficiente para manejar un generador o un compresor de gas.

Los gases de exhosto son enviados a la atmósfera a través de túneles dispuestos para reducir la contaminación sonora. En varias plantas se dispone de este calor para aumentar la eficiencia en plantas de generación de ciclo combinado.

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1.3 TURBINA DE GAS

La turbina con una serie de mecanismos de control y protección, utiliza combustible y aire para producir la potencia de los ejes.

El rotor del compresor axial del aire de combustión dispone de 16 etapas.

La turbina tiene dos rotores independientes: Uno de primera etapa o de alta presión que mueva el rotor del compresor axial y los accesorios dependientes del eje.

En la segunda etapa o de baja presión, el rotor mueve el eje del compresor centrifugo de inyección de gas; tres turbinas producen la potencia para los compresores de media presión y tres turbinas más para los de alta presión.

El propósito de que los dos rotores de la turbina no estén acoplados mecánicamente es permitir que los dos eje operen a diferentes velocidades para satisfacer los requerimientos de variación de carga del compresor centrífugo de Gas.

La turbina de gas tiene cuatro cojinetes lubricados de tipo elíptico de zapatas. Los cojinetes # 1 y 2 soportan el rotor del compresor axial y la primera rueda. Los cojinetes # 3 y 4 soportan el eje de carga y la rueda de segunda etapa. El diseño de cuatro cojinetes asegura que las velocidades críticas de las partes rotantes sean más altas que las velocidades del rango de operación. Esto también permite arranques, cargas y paradas rápidas.

Adicionalmente, esto permite que los alabes del compresor axial mantengan las tolerancias para obtener la eficiencia de los componentes y una alta potencia disponible.

La velocidad crítica es el punto en que el eje, presenta vibración, desplazamiento sobre el plano vertical en el momento del arranque de la turbina, si el soporte no es adecuado para la longitud de eje.

En los cambios de carga, se puede presentar vibración o muy alta vibración en el conjunto de la caja de multiplicación - compresor centrifugo. Algunas, presentan este evento entre 89 y 91 % de la velocidad nominal ( Eje de alta 5100 RPM y compresor centrifugo 8900 RPM ) del eje del compresor centrifugo. Para prevenir esta situación se debe pasar este estado lo más rápido posible.

Ambas ruedas o turbinas tienen alabes largos y de aleación especial, montados en guías ranuradas. Durante mantenimientos totales de la turbina al desmontar los alabes, estos deben numerarse en el orden de posición, lo mismo que el sitio del rotor donde va montado. Esto con el fin de evitar errores en el montaje lo cual ocasionaría graves vibraciones en el eje.

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Las ruedas de la turbina son refrigeradas con aire que se extrae de la décima etapa del compresor axial y del sello de aire de alta presión del compresor axial. La temperatura entre ruedas es monitoreada por termocuplas.

Las carcazas de la turbina son divididas para conveniencia del desmontaje. La descarga del compresor axial está contenida en una carcaza fabricada y separada de la carcaza del compresor axial, que se puede desarmar en sección radial.

La turbina MS-5002 de dos ejes está diseñada para operar solo con gas combustible. Existen turbinas con sistemas de combustibles duales (diesel y gas), y en algunos casos se puede presentar problemas en las boquillas inyectoras con diesel el cual puede producir taponamiento por coquización presentando problemas al pasar nuevamente a gas combustible.

1.4 CICLO BRAYTON

El ciclo de termodinámica que describe la operación de todas las turbinas de gas es el ciclo Brayton.

Las distintas etapas que se presentan en el ciclo son:Compresión. 1 al 2, El aire tomado de la atmósfera es comprimido a través de las diferentes etapas del compresor axial.Calentamiento. 2 al 3, El aire comprimido es mezclado con gas para ser calentado y los gases calientes forman la energía térmica, disponible.

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Expansión. 3 a 4, los gases son liberados y son llevados a las ruedas de turbina, para desarrollar la fuerza mecánica.Enfriamiento. Los gases luego de pasar por las ruedas, pierden temperatura y presión Estos enviados a la atmósfera a través del exhosto, terminando así el ciclo. Existen otros tipos de ciclo llamados combinados, donde se aprovecha el calor de los gases del exhosto para incrementar la temperatura del aire antes de entrar a las cámaras de combustión.

1.5 CARACTERISTICAS GENERALES TURBINA MS-5002-C

Potencia 38000 HP/ 28380 KW

Ciclo Simple

Motor de Arranque Eléctrico 4160 voltios, 400Kw, 3600rpm

Velocidad de los 2 Ejes Alta presión 5100 r.p.m.Baja presión 4670 r.p.m.

Sistema de Control Mark V Speedtronic G.E.

Protecciones: Overspeed, Temperatura, Vibración y Detección de Llama.

1.5 PRINCIPIO DE OPERACION DE LA TURBINA DE GAS

El rotor de la turbina (compresor axial, turbina de alta presión) es inicialmente llevado al 20% de la velocidad por el sistema de arranque ( combinación de motor eléctrico y convertidor de torque). El aire a presión atmosférica es aspirado por el compresor axial y conducido a las cámaras de combustión donde se le adiciona gas combustible a presión. Una bujía de alto voltaje enciende la mezcla de aire/combustible. (Una vez encendido, la combustión se mantendrá constante entre las cámaras). Los gases calientes incrementan la velocidad del rotor (compresor axial, turbina de alta presión). Esto a su vez hace que se incremente la presión de descarga del compresor axial. Cuando la presión se comienza a incrementar, el rotor de la turbina de baja presión comienza a girar y ambos ejes de la turbina se aceleran hasta la velocidad de operación (5100 RPM para el eje de alta y 4670 RPM para el eje de baja).

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Los productos de la combustión ( gases a altas presiones y temperaturas) se expanden primero a través de la turbina de alta presión y luego a través de la turbina de baja presión y son exhostados a la atmósfera por la chimenea.

Cuando los gases de expansión pasan a través de la turbina de alta presión y golpea los alabes de la turbina se produce el giro de la turbina; así, de este modo rotando el compresor axial y aplicando un torque para mover los accesorios.

Los gases también hacen girar el eje de baja presión antes de ser exhostados, produciéndose el giro del incrementador y el compresor centrifugo.

El rotor gira en dirección contraria a las manecillas del reloj cuando se mira desde la entrada de aire hacia el compresor axial.

2. SECCION DEL COMPRESOR AXIAL

2.1 GENERALIDADES

La sección del compresor axial consiste del rotor del compresor y el casing, el cual incluye las 16 etapas de compresión y alabes de guía de entrada variable IGV.

En las turbinas de gas, el compresor de flujo axial es siempre usado debido a las características de manejo de grandes volúmenes de aire a unas eficiencias aceptables. El compresor de flujo axial consiste de múltiples etapas y cada etapa incrementa la presión en una pequeña cantidad. El número de etapas va de 15 a 18 dispuestas por filas de alabes con figura aerodinámica fijas y filas de alabes en movimiento.

En el compresor el aire es confinado entre los alabes del rotor y los alabes del estator donde es comprimido en etapas por una serie alternante de alabes rotantes y estáticos. Los alabes del rotor suministran la fuerza necesaria para comprimir el aire en cada etapa y los alabes del estator guían el aire para que este entre a la siguiente etapa con el ángulo apropiado.

El aire comprimido sale a través del casing de descarga a las cámaras de combustión. El aire del compresor también es extraído para refrigeración de la turbina, y para sello del lubricante de los cojinetes.

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2.2 SECCION COMPRESOR

El compresor Axial esta compuesto de 16 etapas, montadas sobre el rotor. Las primeras etapas son de alabes de un tamaño mayor y menor número de ellos, que las últimas que son de alabes pequeños y su cantidad aumenta. Las ruedas o etapas del compresor axial van aseguradas por pasadores de la primera a la última etapa.

La 10 etapa del compresor axial permite una rápida despresurización en caso de protección contra Surge del compresor, además suministra aire de refrigeración de manera constante cavidades del Nozzle, casing de la sección de la turbina, realiza sello de aire a los cojinetes y los mantiene a baja temperatura.En la entrada del compresor axial se localiza el IGV (Inlet Guide Vane) persiana o venas guías de entrada, que regulan la cantidad de aire de entrada y que para el caso de las turbinas de generación estas se mueven dependiendo de la carga que maneje la turbina. Para las turbinas de reinyección de gas este sistema sólo se cierra en la secuencia de arranque para poder rotar el eje de alta presión sin carga y luego abre totalmente para proveer refrigeración a las carcazas de la turbina.

El compresor axial tiene una capacidad 978000 Lb/Hora, de los cuales el 20% es empleado para combustión y el restante 80% para los diferentes circuitos de refrigeración.

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2.3 ROTOR DEL COMPRESOR

El rotor del compresor es un ensamble de 16 ruedas o turbinas, un eje fuerte de sujeción y alabes.

Cada rueda y porción de rueda de la parte frontal del eje tienen ranuras en su periferia. Los alabes son insertados en estas ranuras y mantenidos en posición axial por piezas espaciadoras las cuales son aseguradas al final de cada raunura. Estos alabes son aerodinámicos y fueron diseñados para comprimir el aire en forma eficiente a altas velocidades en el extremo del alabe. Las ruedas y los ejes son reensamblados uno a otro concéntricamente y son mantenidos juntos por los tornillos de sujeción. El posicionamiento de las ruedas se hace de tal manera que se minimice la corrección del balanceo. Después del ensamble, el rotor es balanceado dinámicamente. La parte frontal del eje es maquinado para proveer las caras para los cojinetes de empuje de cojinete # 1.

2.4 ESTATOR DEL COMPRESOR

El área de carcaza del estator del compresor axial está compuesta por 3 secciones:a. Carcaza de entrada.b. Carcaza delantera.c. Carcaza de descarga.

Estas secciones en conjunto con la carcaza de la turbina forman la estructura externa primaria de la turbina de gas. Ellos soportan el rotor en los puntos de los cojinetes y constituyen la pared externa de la trayectoria anular de los gases. El diámetro del casing es mantenido a tolerancias muy pequeñas con respecto a los alabes del rotor para obtener máxima eficiencia.

2.5 CARCAZA DE ENTRADA

La carcaza de entrada está localizada en el frente de la turbina. Su función principal es dirigir el aire uniformemente a la entrada del compresor. La carcaza también soporta el cojinete # 1. Alabes de posición variable ubicados a la entrada del compresor axial permiten una aceleración rápida y suave de la turbina sin que ocurra el efecto de surge en el compresor. Se utiliza aceite hidráulico para accionar los alabes de entrada de posición variable IGV por medio de un anillo con cremallera y varios piñones pequeños.

Durante el arranque los alabes de posición variable son colocados a 44 grados la cuál es la posición de cerrado.

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2.6 CARCAZA DELANTERA DEL COMPRESOR

La carcaza de la parte delantera del compresor contiene las 10 primeras etapas del compresor (Numeradas de 0 a 9). Los alabes del estator son ensamblados en anillos semicirculares, los cuales son luego instalados en ranuras maquinadas en la parte interna de la carcaza.

2.7 CARCAZA DE DESCARGA

La carcaza de descarga del compresor es la sección trasera del compresor. Es la carcaza larga y sencilla ubicada en el punto medio entre los soportes de la turbina. Las funciones de la carcaza de descarga son mantener el balance de los surges del compresor, formar la pared interna y externa del difusor del compresor, unir los estatores del compresor y la turbina. Esta también provee soporte a la tobera de la turbina de primera etapa.

La carcaza de descarga del compresor consiste de dos cilindros, uno siendo una continuación de la carcaza del compresor y el otro siendo un cilindro interno que rodea el rotor del compresor. La estructura de soporte para el cojinete # 2 está contenido entre el cilindro interior. Un difusor es formado por el cilindro exterior y el interior y una disminución de área a través de ellos. El difusor convierte una parte de la velocidad en presión adicional.

La carcaza de descarga del compresor contiene las seis etapas restantes del compresor (numeradas de 10 a 15). En la carcaza de descarga, los alabes del estator, los cuales son ensamblados directamente sobre las ranuras del estator son mantenidos en su sitio y bloqueados para que no giren por medio de un pin de bloqueo. Este pin de bloqueo también sirve para prevenir que los alabes del estator se salgan de las ranuras cuando la mitad superior de la carcaza de descarga sea invertido para su ensamble.

3. SECCION DE COMBUSTION

3.1 GENERAL

La sección de combustión de la turbina de gas esta compuesta por 12 cámaras de combustión externas, 12 tapas y camisas, 12 piezas de transición, 2 bujías, 2 transformadores de ignición, 4 detectores de llama, 12 tubos cruza llama. La carcaza externa de combustión es fabricada con partes unidas con soldadura, las cuales rodean la sección anterior a la carcaza de descarga del compresor axial.

El combustible es alimentado a cada una de las camisas de las cámaras de combustión a través de una boquilla montada en la tapa de cada cámara de

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combustión y se extiende dentro de la camisa. La combustión de la mezcla de gas combustible y aire es encendida por las bujías. Cuando se da la ignición en una de las dos cámaras, los gases de combustión calientes fluyen a través de los tubos cruza llama y encienden la mezcla de combustible y aire en las demás cámaras.

3.2 CARCAZA EXTERNA DE COMBUSTION

La carcaza externa de combustión soporta las doce cámaras de combustión y encierra las doce piezas de transición. Esta es una cubierta soldada que recibe aire de la descarga del compresor axial y los transfiere a las cámaras de combustión.

La turbina tiene 12 Cámaras de combustión, distribuidas concéntricamente alrededor del compresor axial, conectadas entre sí por los tubos cruza llama. En su interior se encuentra la camisa o quemador que por su diseño mantiene la llama centrada y aporta toda la energía calórica a través de las piezas de transición a la sección de turbina. Sobre las cámaras 1 y 11 se montan Bujías retráctiles, las cuales salen por acción de la presión desarrollada dentro de las cámaras, para evitar que su electrodo se queme.También se dispone de 4 detectores de llama ubicados en las cámaras 2, 3, 9 y 10, los cuales dan información de existencia de llama en el interior de estas cámaras.

3.3 CAMARAS DE COMBUSTION

Todas las doce cámaras de combustión se encuentran montadas en la parte frontal de la carcaza externa de combustión, cada cámara se encuentra interconectada por tubos cruza llama. Las boquillas se encuentran montadas sobre la tapa de la cámara de combustión, extendiéndose dentro de las cámaras para proveer combustible para la combustión.

Las cámaras de combustión son numeradas de uno a doce y pueden ser identificadas mirando en el sentido del flujo de aire de la turbina y contando en sentido contrario a las manecillas del reloj desde las doce en punto.

Durante la operación, aire del compresor fluye dentro de la carcaza externa de combustión y dentro del espacio anular entre la camisa y la carcaza de la cámara de combustión. Este aire a alta presión (100 psig) fluye dentro de la camisa, se mezcla con combustible y se enciende.

Los gases caliente resultantes fluyen dentro de la camisa hacia las piezas de transición, las cuales van hasta el conjunto de toberas de primera etapa. Los detectores de llama instalados en cuatro de las cámaras de combustión envían señales al sistema de control indicando que la ignición ha ocurrido.

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3.3.1 Bujías

La combustión de la mezcla de aire / gas combustible se inicia por medio de las bujías con electrodos retráctiles. Dos bujías son instaladas en dos cámaras de combustión, las cámaras restantes que no tiene bujías son encendidas con la llama que proviene de las cámaras encendidas a través de los tubos cruza llama.

3.3.2 Detectores de llama ultravioleta

Durante la secuencia de arranque, es esencial que la indicación de presencia o ausencia de llama sea transmitida al sistema de control. Por esta razón, un sistema de monitoreo de llama es usado, y consiste de cuatro sensores y un amplificador electrónico ubicado en el panel de control Mark V.

El sensor de llama ultravioleta contiene un detector lleno de gas, este gas es sensible a la presencia de radiación ultravioleta que es emitida por una llama de hidrocarburo. Un voltaje DC es suministrado por un amplificador a los terminales del detector, si hay presencia de llama, la ionización del gas permite la conductividad del circuito, lo cual activa la parte electrónica para dar una salida que dice si hay o no llama. Después que se confirma la presencia de llama, si una pérdida o falta de llama es detectada por el circuito, este envía una señal al panel de relevos del sistema de protección principal del sistema de control de la turbina y se da la parada de la turbina.

3.3.3 Boquillas de combustible

Cada cámara de combustión esta equipada con una boquilla de combustible que provee una cantidad controlada de combustible a la camisa de combustión por medio de agujeros de diámetro definido localizados en la punta de la boquilla. Cuando se usa combustible líquido, este es atomizado por aire a presión en la cámara de la boquilla.

3.4 PIEZAS DE TRANSICION

Las piezas de transición, llamadas cola de pescado por su forma, conducen el gas caliente de las cámaras de combustión a los nozzles de primera etapa. Las piezas de transición se encuentran aseguradas del lado de los Nozzle así mismo el ensamble de los Nozzles son sellados en ambos lados por la periferia para evitar fugas de gases calientes.

Antes de que el flujo de aire de la descarga del compresor axial entre a las cámaras de combustión, pasa por la parte externa de las piezas de transición, realizando un

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intercambio de calor, de esta forma el aire refrigera las piezas de transición y es precalentado para la combustión.

4. SECCION DE TURBINA

4.1 GENERALIDADES

La sección de turbina es donde los gases a alta temperatura provenientes de la sección de combustión son convertidos en potencia mecánica en el eje de alta presión o HP.

Esta es la sección donde la energía térmica es convertida en mecánica. Aproximadamente el 60% de la energía desarrollada en la turbina es requerida para manejar el gran volumen de aire en el compresor axial y otro 35% esta disponible para la carga. Las turbinas de gas G.E. tienen 2 a 3 ruedas de turbina, donde cada etapa consiste de una tobera estacionaria y otra de un conjunto de aspas móviles.

En turbinas de un eje todas las etapas de turbina son montadas en un sólo eje, éstas son empleadas para cargas de velocidad constante tales como generadores de energía eléctrica. Los 2 ejes tienen una etapa de turbina montada en el mismo eje del compresor (eje de alta presión) y la otra etapa montada en un eje separado para impulsar la carga. Este último tipo de turbina es para manejar cargas de velocidad variable, como un compresor de gas o una bomba de alta presión.

Esta sección esta compuesta por la carcaza de la turbina, la tobera de primera etapa, la turbina de primera etapa conocida como la turbina de alta presión, las toberas de posición variable de segunda etapa, y la turbina de segunda etapa conocida como la turbina de baja presión. Adicionalmente la sección incluye el conjunto del diafragma, el sello de aire y partes de la trayectoria de gases inter etapas. Todas las partes del estator son fabricadas de tal forma que se puedan abrir en mitades horizontales para facilitar el mantenimiento.

Las 2 Ruedas de Turbina, una en el eje de alta presión y la otra en el eje de baja presión, están separadas por la segunda etapa de Nozzle variables. La Primera Etapa de Nozzles Fija se localiza antes de la primera rueda de turbina, a la salida de las cámaras de combustión.

4.2 ESTATOR DE LA TURBINA

El carcaza de la turbina es el principal miembro estructural de la turbina de gas. Contenidos dentro de la carcaza de la turbina encontramos los siguientes conjuntos, los cuales establecen la trayectoria de los gases de combustión hasta las turbinas y el exhosto.

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El anillo de control, el cual acciona las toberas de ángulo variable de la segunda etapa, es soportado por rodamientos montados sobre la parte externa de la carcaza de la turbina.

La parte interna de la carcaza de la turbina es aislada de las partes de la trayectoria de gases calientes. El aire de descarga del compresor axial presenta fuga a través de los segmentos de las toberas de primera etapa, este aire pasa por el espacio entre las paredes aisladas de la carcaza de la turbina y la pared externa de la trayectoria de gases, este aire ayuda a remover calor de la pared externa de la trayectoria de gases calientes.

4.3 NOZZLE ó TOBERA DE PRIMERA ETAPA FIJA

Consiste de una serie de secciones en forma de aletas, divididos en segmentos los cuales son fijados y sostenidos por un gran anillo.

El anillo del Nozzle y las secciones son refrigeradas por aire proveniente del compresor axial. Las secciones del Nozzle en su interior son huecos y tienen perforaciones de sangrado por donde circula el aire por las orillas para refrigeración.

4.4 NOZZLE ó TOBERA DE SEGUNDA ETAPA VARIABLE

Esta sección esta ubicada entre la primera el eje de alta presión y el eje de baja presión. Su operación consiste en re aprovechar la energía que se empleo para mover el eje de alta presión, para así impulsar el eje de baja.

Este ensamble esta compuesto por un mecanismo complejo que realiza un anillo dentado en contacto con una rueda que actúa sobre uno de los extremos del eje de apoyo de las paletas permitiendo hacer un movimiento simultáneo de todo el conjunto del Nozzle.

El anillo es movido por acción de un sistema hidráulico de control proporcional, que dependiendo del requerimiento del sistema de control de velocidad, ubica al Nozzle en determinado ángulo de ataque para direccionar los gases calientes a gran velocidad sobre la segunda rueda de turbina. Este sistema también posee refrigeración la cual es realizada por un anillo que tiene boquillas que distribuye aire alrededor de todo el Nozzle.

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4.5 ENSAMBLAJE DEL DIAFRAGMA

El diafragma está soportado entre la primera y segunda ruedas de la turbina por medio de seis pines de soporte perforados que se extienden radialmente a través de la carcaza de la turbina y en los huecos perforados en la pared del diafragma.

El ensamblaje del diafragma es como un barril el cual está dividido en mitades horizontales. Un sello de aire ensamblado en la ranura del ensamblaje del diafragma para separar las dos etapas de turbina y formar el espacio entre ruedas después de la turbina de primera etapa y la turbina de segunda etapa adelante del espacio entre ruedas. El aire de enfriamiento es alimentado dentro de los espacios entre ruedas para enfriar las ruedas de las turbinas y sellar el paso del gas. Las caras finales del ensamblaje del diafragma llevan los sellos de las ruedas lo cual previene los flujos de gases calientes dentro del espacio entre ruedas.

El ensamblaje del diafragma también soporta la pared interna del paso de gas entre etapas. Una ranura está maquinada circunferencialmente después de la sección trasera de la pared externa del diafragma para retener los hombros internos del ensamblaje de toberas de la segunda y minimiza el escape de gas alrededor de las toberas.

Aire de enfriamiento es traído al diafragma de la segunda etapa a través del espacio central de la rueda de la primera etapa. Los agujeros perforados en ángulo a través del diafragma después de la ranura del deflector de aire intersecta los agujeros de los pines del soporte y permiten que el aire de enfriamiento sea traído dentro de la segunda etapa adelante del espacio entre ruedas a través de los pines de soporte perforados.

Las termocuplas para la medición de temperatura en la parte trasera de la primera etapa y la parte delantera de la segunda etapa están soportadas en las caras finales del diafragma. Los conductores de las termocuplas se traen afuera de la turbina a través de uno de los pines de soporte perforados.

4.6 SECCION DE EXHOSTO

Los gases de combustión son descargados al Plenum de exhosto donde son propagados y liberados a través de una chimenea.

En el Plenum de exhosto se hallan unas láminas difusoras a la salida de los gases de combustión provenientes de la sección de turbina y generan turbulencias. Luego se conecta a el túnel silenciador por medio de juntas de expansión y en su interior se encuentran un conjunto de columnas que absorben el ruido.

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5. ENGRANAJES DE ACCESORIOS

5.1 ENSAMBLE DEL ENGRANAJE DE ACCESORIOS

El engranaje de accesorios es una caja de engranajes acoplada directamente al rotor de la turbina y es usada para manejar los dispositivos accesorios. Esta caja de engranajes contiene los trenes de engranajes necesarios para proveer reducciones para manejar los accesorios a velocidades requeridas.

Montado sobre el exterior de la carcaza de la caja de engranajes se encuentra el mecanismo de trip mecánico por sobre velocidad del eje de alta velocidad o alta presión, el cual puede mecánicamente drenar el aceite del circuito de trip, cerrando las válvulas de gas combustible.

Los accesorios manejados por la caja de engranajes son: Bomba principal hidráulica y bomba principal de lubricación.

Durante los arranques la caja de engranajes transmite torque del motor de arranque al eje de alta de la turbina. La caja de engranajes es lubricada por aceite que proviene del cabezal de aceite de lubricación de cojinetes y es drenado por gravedad al tanque de aceite.

El sistema de clutch para arranques está localizado en la parte delantera exterior de la caja de engranajes, este es usado para conectar el motor de arranque y el eje de la turbina. El clutch es desenganchado automáticamente cuando el motor de arranque se detiene y la turbina de gas ha llegado a una velocidad de sostenimiento.

6. SISTEMA DE VENTILACION

6.1 GENERALIDADES

Debido a las altas temperaturas dentro de los diferentes compartimientos que por radiación de la carcaza de la turbina, se hace necesario un sistema de ventilación en los compartimentos de accesorios, turbina y acople. El aire que se entra a los compartimientos, debe ser fresco y limpio, para ello se disponen de tomas para cada ventilador, aguas abajo de la casa de filtros.

El sistema de ventilación consiste de dos ventiladores separados con sus respectivos motores, uno proporciona aire durante la operación normal, otro opera como auxiliar y arranca por cualquier problema de ventilación a través del switch de temperatura 26BA (167 F), además otro instrumento 26BT (185 F) da trip por alta alta temperatura en el compartimento de turbina.

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El aire de ventilación sale de los compartimentos de accesorios, turbina y acople a través de ductos en los compartimentos. Es importante monitorear continuamente si hay presencia de humo, para ello hay dispuesto un detector de rayos infrarojos ubicado sobre la salida del ducto, que alarma al Mark V, de esta condición.

Existen dos tipos de dampers o compuertas dispuestas para dar seguridad de la ventilación:

a. Compuertas accionadas por gravedad instalados inmediatamente a la descarga del ventilador, para que selle en el caso de estar parado o que abran en caso de estar funcionando.

b. Compuertas en los ductos de entrada y salida del sistema de ventilación que cierran automáticamente por acción del sistema de protección contraincendio por medio de una línea descarga de CO2.

7. SISTEMA DE LUBRICACION

7.1 GENERALIDADES

La turbina se lubrica por un lazo cerrado sistema de alimentación de aceite forzada que incluye bombas, intercambiadores de calor, filtros, válvulas y otros dispositivos que controlan y protegen el sistema. El aceite lubricante circula a los cojinetes, accesorios y equipos de carga. Además se suminstra aceite para el sistema hidráulico, el sistema de control y el sistema de arranque.

El tipo de lubricante empleado para suministrar presión de lubricación, Hidráulica, control y racheo es de base de Petróleo Teresso 32.Todo el aceite reside en un tanque con una capacidad de 22000 Litros, donde es acondicionado a temperatura de trabajo 138°F.

El sistema de lubricación posee bombas y control de presión para suministrar aceite al cabezal de lubricación a una Presión de 25 - 30 PSI. Esta presión es la base para los sistemas de aceite hidráulico y de racheo (1.200 PSI)

7.2 DESCRIPCION

El sistema es de lazo cerrado y de alimentación forzada, el aceite succionado de los tanques por las bombas es forzado por la presión a través de los intercambiadores de calor, filtros de aceite y el manifold de aceite a los cojinetes. La presión regulada a 25 PSIG en el cabezal de presión para cojinetes es descargado por las bombas. El sistema de protección está incorporado con el fin de proteger el suministro de lubricación en caso de baja presión, bajo flujo y bajas temperaturas.

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7.3 TANQUE Y TUBERIAS DE LUBRICANTES

El tanque de lubricante es parte de la base de la turbina, en la sección de accesorios las bombas de lubricantes, intercambiadores de calor (enfriadores) y los varios dispositivos de protección de presión se encuentran debidamente instalados.

7.4 BOMBAS DE ACEITE LUBRICANTE

Tres bombas de aceite lubricante se utilizan en el sistema, la bomba principal, la bomba auxiliar manejada por corriente alterna y la bomba de emergencia accionada por motor de corriente directa.

7.5 BOMBA DE ACEITE LUBRICANTE PRINCIPAL

La bomba principal de aceite es de desplazamiento positivo, localizada en la base del engranaje de accesorios y accionada desde el eje del compresor. La salida de esta bomba esta limitada por una válvula de contra presión VPR1 (145 7.25 psig).

7.6 BOMBA AUXILIAR DE LUBRICACION

La bomba auxiliar de lubricación proporciona la presión durante el arranque y parada de la turbina y cuando la bomba principal no pueda abastecer la presión necesaria de operación la bomba auxiliar arrancará por el switch de baja presión 63QA-1 (120 psig bajando).

Durante la secuencia de arranque, la bomba arranca cuando recibe la señal el circuito de control a través de contacto normalmente cerrado del switch 63QA-1.

7.7 BOMBA DE ACEITE LUBRICANTE DE EMERGENCIA

La bomba de emergencia es de tipo centrifuga, abastece el suministro de aceite al cabezal de los cojinetes principales. En caso de que la bomba auxiliar se hubiera sacado de servicio o que sea incapaz de mantener la presión adecuada del aceite.

7.8 VALVULAS

Varios tipos de válvulas se utilizan en este sistema para controlar la presión y regular el flujo.

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7.8.1 Válvulas cheques

Las válvulas cheques están colocadas en la tubería de descarga de cada bomba para prevenir el envió del aceite al tanque de almacenamiento.

7.8.2 Válvula para prueba de arranque de la bomba auxiliar.

Es una válvula montada en la consola de manómetros, la cual proporciona los medios para chequear el arranque automático de la bomba auxiliar de aceite con señales que se generan por alarma de baja presión de aceite debido al switch de arranque 63QA-1 (120 psig bajando), durante operación normal de la turbina. Cuando la válvula es abierta, la presión de aceite lubricante en el switch cae hasta su setting de presión y la bomba auxiliar arrancará. La condición de “Arranque de la bomba auxiliar de lubricación” será mostrada en la pantalla del Mark V. Cuando la válvula de prueba es cerrada, la bomba continuará en línea hasta que sea apagada manualmente por el operador desde el sistema de control Mark V.

7.8.3 Válvula para prueba de arranque de la bomba de emergencia.

Es una válvula montada en la consola de manómetros, la cual proporciona los medios para chequear el arranque automático de la bomba de emergencia de aceite con señales que se generan por alarma de baja presión de aceite debido al switch de arranque 63QL (10.15 psig bajando) y parada automática de la bomba de emergencia de aceite con señales que se generan por el switch de parada 63QN (20.3 psig subiendo). Esto puede ser realizado mientras que la turbina está operando normalmente o cuando la turbina está parada y el sistema de lubricación este siendo abastecido por la bomba auxiliar de corriente alterna.

7.8.4 Válvula reguladora VPR2

La presión en el cabezal principal de lubricación se mantiene en 25 psig por medio de la válvula reguladora de presión VPR2. Esta válvula está instalada en la línea de descarga de los filtros aguas abajo del orificio de prueba. Un orificio de bypass es también instalado en la válvula VPR2 para permitir recorridos limitados y regulación de fluctuaciones. Además este asegura flujo al cabezal del lubricación de cojinetes en el evento de un mal funcionamiento o cierre de la VPR2.

7.9 CONTROL DE TEMPERATURA DEL ACEITE

7.9.1 Calentadores auxiliares

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Durante los periodos de parada el lubricante se mantiene en la viscosidad apropiada para el arranque de la turbina por los calentadores QT1 y QT2, instalados en el tanque principal. El switch de temperatura 26QL ( 77 F ) enciende los calentadores y el 26QM ( 90.5 F ) los saca de servicio.

7.9.2 Aire de enfriamiento de aceite lubricante

La unidad de enfriamiento de aceite lubricante es un conjunto fuera de la base que contiene un intercambiador de calor con tubos aleteados para enfriar el aceite con aire forzado por ventiladores. El aceite debe ser enviado al manifold de la turbina a una temperatura que garantice la adecuada viscosidad del aceite.

7.9.3 Válvula reguladora de temperatura VTR1

Esta válvula controla el flujo de aceite a través de la unidad de enfriamiento, está se encuentra instalada en la línea de alimentación al filtro, aguas abajo de la unidad de enfriamiento. La acción de la válvula es controlada por un indicador controlador de temperatura TIC-01, el cual mantiene la temperatura del aceite en un valor predeterminado. La válvula abre para permitir mayor paso de aceite al aeroenfriador y cierra cuando la temperatura del aceite es baja, restringiendo el paso al aeroenfriador.

7.10 FILTROS DE ACEITE

7.10.1 Filtro de aceite principal

La filtración de todo el aceite se efectúa por un filtro de 25 micrones de fibra inorgánica, ubicado justamente después del aeroenfriador. Se utilizan dos filtros con válvulas de transferencia entre ellos y que dirige el flujo a través de los filtros y al cabezal. Los filtros deben cambiarse cuando la presión diferencial indique 24 psig, o cuando el switch de presión 63QQ (24.65 psig subiendo) de alarma en el Mark V.

7.11 PROTECCIONES DE PRESION Y TEMPERATURA.

7.11.1 Generalidades

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La baja presión de aceite lubricante, se detecta por los switches de presión 63QA-2 (17.4 psig bajando), 63QT-2A y 63QT-2B (13.92 psig bajando). El switch 63QA-2 (17.4 psig bajando) ubicado en la línea de alimentación da la alarma y arranca la bomba de aceite lubricante auxiliar.

Los switches de temperatura 26QA-1 (158 F), 26QT-1A y 26QT-1B (176 F) instalados en el cabezal, dan alarma sonora y disparo de la unidad si la temperatura de lubricante a los cojinetes excede el límite.

7.11.2 Indicador de nivel de aceite y alarma

Estos instrumentos están montados sobre el tanque de aceite, por encima del nivel máximo esperado en el tanque de aceite lubricante.

El flotador opera un indicador de carátula y dos switches eléctricos 71QH-1 (400 mm medidos desde la de parte superior del tanque) y 71QL-1 (900 mm medidos desde la de parte superior del tanque). Los switches conectados al panel de control de la turbina operan la alarma si el nivel sube los niveles especificados y o en el caso bajar realizará parada de la turbina.

7.11.3 Switch de temperatura normal de aceite en el tanque 26QN

El switch 26QN (68 F) protege la turbina contra el arranque con aceite de viscosidad excesivamente alta, este switch es permisivo para el arranque y esta conectado a los circuitos de protección maestros y anunciador del panel de control.

Si la temperatura del aceite en el tanque está por debajo de los ajustes especificados, los contactos se abren y la turbina no puede arrancar.

7.11.4 Switches de baja presión de aceite lubricante, 63QA-1 y 2

El switch de presión 63QA-1 (120 psig bajando), monitorea la presión de aceite lubricante en el cabezal de descarga de la bomba principal y auxiliar de aceite lubricante. En el evento de una baja presión en el cabezal, da una señal de alarma y arranca la bomba auxiliar.

El switch de presión 63QA-2 (17.4 psi bajando), monitorea la presión de aceite lubricante en el cabezal de suministro de los cojinetes principales.

7.11.5 Alarma de alta temperatura de aceite y switch de parada

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Los switches 26QA-1 (158 F), 26QT-1A y 1B (176 F) en el cabezal de aceite lubricante monitorean la temperatura sobre el cabezal de lubricación. El switch 26QA-1 da una alarma, y los switches 26QT-1A y 1B conectados al circuito de protección paran la turbina por alta temperatura de aceite lubricante.

7.12 SISTEMA DE SUMINISTRO HIDRAULICO


La energía del fluido necesaria para operar los componentes del sistema de combustible de la turbina es producido por un sistema de bombas hidráulicas. El fluido alimenta los sistemas que abren o cierran las válvulas de gas combustible, además los alabes guía de entrada variable (IGV), las boquillas de segunda etapa (Nozzles) y los dispositivos de disparo hidráulica del sistema de protección.

Los componentes principales incluyen la bomba de abastecimiento principal, una bomba auxiliar, los filtros del sistema, un acumulador y un manifold.

7.12.2 Descripción del funcionamiento del sistema

Aceite regulado y filtrado del cabezal de cojinetes se utiliza como fluido para la succión de las bombas del sistema hidráulico. Una bomba de pistones accionada por un eje del engranaje de accesorios es la bomba principal del sistema y una bomba auxiliar de tipo centrifugo accionada por un motor eléctrico.

El aceite hidráulica presurizado por la bomba hidráulica principal se controla por el compensador de presión VPR-3 (1243 29 psig) montado en la misma bomba. La acción del compensador varía la carrera de la bomba para mantener una presión de ajuste en la descarga de la bomba.

Al arrancar la turbina mientras que la bomba no está operando a la velocidad especifica, la bomba auxiliar arranca y continua operando hasta que el sensor de velocidad 14HS indique que la mínima velocidad de gobernación se alcance.

La presión de aceite hidráulico de la bomba auxiliar se controla por el compensador de presión VPR-10 (1171 29).

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Cuando la bomba principal opera, pero falla para mantener la presión adecuada, la condición será sensada por el switch de presión 63 HQ-1 (1000 psig bajando) y la bomba auxiliar arrancará por acción de este switch. Si hay una caída de presión por debajo de un valor predeterminado el switch 63HQ-2A (870 psig bajando) inicia el disparo de la turbina. Un segundo switch de presión 63HQ-2B (870 psig bajando) sirve de respaldo si el switch 63 HQ-2A falla.

El fluido hidráulico se bombea al manifold, las dos válvulas de alivio, dos de válvulas de purga y dos válvulas cheques complementan el sistema. Una válvula reguladora de presión VR-22 (1313 29 psig) controla la presión de descarga de la bomba auxiliar mientras que otra válvula reguladora de presión VR-21 protege el circuito bomba principal de daños en el evento de la falla del compensador de la bomba principal. El aceite del manifold pasa por los filtros y queda listo para alimentar el sistema.

Una acción de protección primaria entre el sistema de control de la turbina y el sistema de presión se une a los componentes de la turbina que abren o cierran las válvulas de gas combustible.

Un sistema de tres acumuladores sirve para amortiguar choques cuando arrancan las bombas de suministro.

Un switch de presión diferencial 63HF-1 (72.5 psig subiendo) activa la alarma cuando la caída de presión de los filtros es de tal magnitud que requiere reemplazo de los elementos filtrantes. Aunque los filtros soportan una caída de presión de 72 psig, el ajuste de la presión diferencial de switch debe estar significativamente por debajo de esta valor para asegurar que no sufran daño los elementos.

7.13 SISTEMA DE ACEITE DE CONTROL Y DISPARO


El sistema de protección de la turbina consiste de un número de sistemas primarios y secundarios, muchos de los cuales operan en cada parada y arranque normal. Los otros sistemas y componentes son estrictamente para condiciones de operación anormales y de emergencia que requieren parada de la turbina.

Algunos de estos sistema de protección y sus componentes operan a través del sistema de control SPEEDTRONIC Mark V mientras que los otros sistemas operan directamente sobre los componentes de la turbina en forma totalmente independiente del panel de control SPEEDTRONIC Mark V. El sistema hidráulico de parada es la interfase primaria de protección entre el panel de control y los componentes de la turbina que permiten o cierran el combustible a la turbina.

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7.13.2 Descripción funcional

El sistema de aceite de disparo, toma aceite del sistema de aceite lubricante de la turbina. El fluido pasa a través de una platina de orificio para ser regulado. Este orificio esta diseñado para limitar el flujo del fluido lubricante y asegurar una capacidad adecuada para los dispositivos de parada sin causar alteraciones del sistema de lubricación cuando el sistema de aceite de disparo se active.

El sistema de aceite de disparo también provee una conexión directa a los dispositivos mecánicos de parada por sobre velocidad del eje de alta y baja presión. Los switchs 12HA y 12LA proveen la señal de alarma al sistema de control Mark V.

Switches redundantes de presión 63HG-1 (60 psig bajando), 63HG-2 y 3 (25 psig bajando), instalados en el sistema de aceite de disparo, proveen retro alimentación al sistema de control de la turbina y al circuito de permisivos, asegurando el nivel de presión requerido en el sistema de aceite de disparo para la operación de la turbina.

Una válvula solenoide 20HD y una válvula manual VM3 para parada de emergencia también se encuentran instaladas en el sistema de aceite de disparo. Una señal de trip recibida por el sistema de protección primario energizará la válvula solenoide 20HD, descargando el aceite del sistema de disparo al drenaje. Esta acción abrirá los nozzles de la segunda etapa, y cerrará la válvula de parada de gas combustible, parando la turbina. La válvula manual de parada de emergencia también descargara el aceite del sistema de disparo al drenaje con resultados similares.

7.13.3 Ensamblaje de control de la boquilla de segunda etapa

La boquilla de la segunda etapa divide la energía disponible entre las turbinas de alta y baja presión, abriendo esta boquilla de segunda etapa de ángulo variable decrece la contra presión en la turbina de alta resultando una caída de presión más alta y por lo tanto se genera más torque en la turbina de alta presión. La velocidad de la turbina de alta presión y el compresor axial se incrementará. El posicionamiento de las particiones de la boquilla se efectúa moviendo el anillo de control en respuesta a la actuación de un cilindro hidráulico.

El diseño de la turbina de dos ejes proporciona requerimientos de torque de arranque más bajos, niveles de operación ambiente más altos, operación sin carga dentro de los limites de velocidad y temperatura, y menor tasa de calor con alta carga.

La porción hidráulica del control de los nozzles consiste de un cilindro hidráulico, una servo válvula, una válvula de descarga, tres acumuladores y dos transductores lineales de desplazamiento.

El aceite hidráulico entra al manifold, pasa a través de válvulas cheques y orificios diseñados para permitir una entrada de aceite sin restricciones, pero limitando la rata de caída de presión siempre que la presión de suministro falle. Los acumuladores de

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tipo pistón esta diseñados para asegurar que halla suficiente aceite hidráulico para abrir los nozzles en el evento que halla una perdida de presión de suministro de aceite de control y para suplir los picos de demanda de aceite durante los movimientos del cilindro hidráulico. El arreglo de los cilindros permite que uno cualquiera de ellos se saque de línea durante la operación normal de la turbina y sea drenado para chequear la carga de gas y recargarlo de ser necesario.

PRECAUCION

ESTE SISTEMA NO DEBE SER OPERADO SIN POR LO MENOS UNO DE LOS ACUMULADORES HIDRAULICOS CONECTADO EN EL CIRCUITO CON LA PRESION DE CARGA APROPIADA.

La válvula de descarga de los nozzles esta diseñada para monitorear la presión del aceite del sistema de trip, y permitir ya sea el control del cilindro hidráulico por la servo válvula cuando la presión del aceite del sistema de trip es alta, o para by pasear la servo válvula y causar que el cilindro hidráulico abra completamente los nozzlez siempre que se de una perdida de aceite del sistema de trip. La despresurización de la válvula de descarga redirecciona el aceite hidráulico para hacer que el actuado hidráulico abra completamente los nozzles.

El cilindro hidráulico es de doble acción, un extremo de la barra es conectado al anillo de los nozzles y el otro a los transductores lineales de posición. La salida de los transductores es usada por el sistema de control Mark V como parte del loop cerrado de control de posición.

7.13.4 Ensamblaje de los alabes de guía de entrada IGV

En conjunto con el venteo de aire de la décima etapa del compresor axial, el sistema de alabes guía de entrada permite un rápido y suave arranque o parada de la turbina sin que el compresor axial este sujeto a pulsaciones a baja velocidad.

Esta pulsaciones son el resultado del flujo de aire inestable y contrario que pueden causar daño en la turbina. Durante los arranques las alabes guía de entrada se mantienen en la posición de bajo flujo, restringiendo el aire de entrada. Las válvulas de purga del compresor se mantienen abiertas durante el arranque para proteger el compresor axial.

Cuando la velocidad del compresor axial esta por encima del nivel de pulsaciones, los alabes se abren hasta la posición de alto flujo y las válvulas de purga se cierran.

La anillo de rotación de los alabes guía de entrada varia el ángulo de la cuerda de cada alabe. Un actuador electro hidráulico, operado con aceite hidráulico mantiene los alabes en posición cerrada hasta que la turbina se encuentra a un 95% de su velocidad.

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El cilindro hidráulico abre los alabes a su posición normal de operación para cargar la unidad.

8. SISTEMA DE FUEL GAS

Este tipo de turbina es de un sólo tipo de combustible, que es Gas Natural. La cantidad de gas entregado a la combustión depende de la carga que maneje la turbina y para ello se regula el flujo de gas por medio de 2 válvulas falla al cierre llamadas SRV (Stop Ratio Valve) y GCV (Gas Control Valve). Las válvulas mantienen una presión constante entre ellas y se ajustan para entregar más gas para mayor potencia.

La válvula de relación y parada (SRV), ejecuta 2 funciones que es mantener una presión constante aguas abajo y la otra es de brindar seguridad en el momento de parada, pues ésta es habilitada directamente por la presión de aceite de control. La válvula controladora de gas (GCV) abre para permitir mayor flujo de gas a las cámaras, ésta en caso de parada cierra y realiza el doble bloqueo (SRV y GCV). Hay una tercera válvula que es una solenoide llamada L20VG que permite despresurizar el tramo de unión de las válvulas GCV y SRV.Tanto la SRV como la GCV, son controladas por el sistema de control por medio de servo válvulas.

9. SISTEMA DE AIRE DE SELLO Y REFRIGERACION

La turbina utiliza aire para refrigeración de varias de sus partes y para presurizar los sellos de los cojinetes. Este aire es obtenido del flujo de aire del compresor axial y del aire del ambiente.

Las partes de la turbina que son refrigeradas con aire son:

1. Rueda de turbina de primera y segunda etapa.2. El nozzles de primera etapa y el ensamble del anillo retener.3. Carcaza del rotor de la turbina.4. Plenum de exhosto y soportes del barril interior.

Las camisas de las cámaras de combustión, codos y piezas de transición son diseñadas para utilizar el aire de combustión para refrigerarse efectivamente.

9.1 AIRE DE LA DECIMA ETAPA DEL COMPRESOR AXIAL

El aire de la décima etapa del compresor axial es usado para sellar los cojinetes 1, 3 y 4 y de esta manera evitar que halla pérdida de aceite. El aire es venteado de los cojinetes hacia el tanque de aceite lubricante a través de las tuberías de drenaje. Este

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aire es utilizado también para refrigerar los espacios entreruedas. Adicionalmente este aire es conducido por tuberías hasta manifold y usado para refrigerar la carcaza de la turbina, el plenum de exhosto y los soportes del barril interior.

Antes de que el aire sea conducido por tuberías hasta los cojinetes 1, 3 y 4 , este primero pasa a través de un separador de aire centrifugo, el cual remueve cualquier partícula extraña que pueda causar serios daños a los cojinetes. El separador es limpiado por un orificio de blow down continuo.

9.2 FUGA DE AIRE DE SELLOS DE ALTA PRESION DEL COMPRESOR AXIAL

El cojinete 2 es sellado por aire que fuga del sello de alta presión del compresor axial, el cual; rodea la cubierta de la chumacera en la carcaza de la descarga del compresor y en la cavidad del marco de la turbina. Este aire también se ventea desde la chumacera al tanque de aceite lubricante por la tubería de drenaje. El aire también se utiliza para enfriar el espacio de la turbina delantera el la turbina de primera etapa. Adicionalmente este aire de escape se utiliza para sellar la vía del gas si el escape pasa a través de los sellos de la turbina de primera etapa a la corriente de gas de combustión.

9.3 SISTEMA DE EXTRACCION DE AIRE PARA PROTECCION DE PULSACIONES DEL COMPRESOR AXIAL DURANTE LOS ARRANQUES Y LAS PARADAS.

Los compresores axiales están sujetos a pulsaciones casi a cualquier velocidad cuando operan a relaciones de compresión altas comparadas con la relación de compresión sin carga. Esta condición puede ocurrir y a sea a alta carga o alta rata de aceleración de la turbina. En un compresor esto da como resultado largas fluctuaciones de presión.

Para evitar la pulsación del compresor cuando la unidad se acelera durante el arranque o se desacelera durante la parada se extrae aire de la décima etapa del compresor y se descarga a la cámara plena del exhosto. Hay cuatro conexiones de extracción de la décima etapa de la carcaza del compresor.

Dos de las conexiones están en la mitad superior de la carcaza y las otras dos en la parte inferior.El aire de descarga del compresor fluye por la tubería externa a través del filtro y la válvula solenoide de control de aire 20CB,hasta el pistón de actuación de las válvulas de sangría del compresor.Durante el arranque y parada cuando la turbina está por debajo del 90% de la velocidad la válvula solenoide 20CB ventea el aire de la descarga a la atmósfera , las válvulas de sangría abren y el aire de la décima etapa fluye a la cámara plena del

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exhosto. Cuando la turbina esta por encima del 90% de velocidad, una señal del sistema de control actúa la válvula solenoide 20CB.El aire de la descarga es luego enviado a las válvulas de sangría las cuales cierran y detienen el flujo de aire a la cámara plena del exhosto, permitiendo que el compresor cargue presión 100 PSIG. Los switches de limites 33CB-1 y 33CB-2 montados en las válvulas de sangría proporcionan una señal al panel de control de la turbina para indicar la posición de la válvula.Los switches están incluidos dentro del circuito de arranque , permisivo del sistema de control de la turbina.El transmisor de presión 96CD-1 instalado en la tubería de descarga del compresor también proporciona una señal de retroalimentación al sistema de control. Una válvula de prueba y un manómetro de lectura directa montados en la línea con el 96CD-1 facilita la inspección en el mantenimiento.

Nota: Se presenta continuamente en las paradas que una de las válvulas de sangrado del compresor axial (bleed valves) se queda cerrada y cuando se va a arrancar no permite arrancar la secuencia; esto produce demoras en los arranques por que se debe esperar a enfriar el enclosure para ingresar a revisar.

10. SISTEMA DE PROTECCION CONTRA INCENDIO ( CO2 )

10.1 GENERALIDADES: El sistema de la turbina a gas está provisto de un sistema de protección contra fuego, conformado por detectores ultravioleta, detectores de gas, boquillas para inyección de CO2 y cilindros para su almacenamiento.

10.2 Componentes del sistema

DETECTORES DE LLAMA, 2 de 3 compartimento AccesoriosDETECTOR DE INCREMENTO TERMICO, 2 Accesorios, 4 Turbina, 2 AcopleDETECTORES DE GAS, 2 Accesorios, 2 Turbina, 3 Casa de Filtros

BOTELLAS DE CO2, 2 Bancos c/u 5 botellas, 40 Kg. de CO2 a 750PSI, con peso total de 105-110 Kg.

10.3 Operación del sistema

En caso de FUEGO, si se activan 2 UV ó un sólo detector de incremento térmico, se produce descarga de CO2, apaga los ventiladores de enfriamiento de los compartiminetos BT1/2, cierre los Damper de entrada y salida para contener el CO2 y evitar entrada de aire y finalmente produce el disparo de la turbina.

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CONCENTRACION DE GAS, al presentarse un 20 % de LEL alarma, arranca el ventilador que se halla en Stand By.Al darse la condición del 40 % de LEL , se dará disparo de turbina y también se arranca de ventilador de Stand By.

En el compartimento de accesorios de la turbina están instalados los siguientes:Dos detectores el 45UV-1, 45UV-2 y 45UV-3 , dos detectores de fuego 45FA-1 y 45FA-2, dos detectores de gas 45HA-1 y 45HA-2, tres boquillas para descargue inicial de CO2 y tres boquillas para descargue prolongado. También están instaladas la bocina de alarma (corneta) XA-1, los botones de parada de emergencia 5-ESD-1-2 y las lamparas de encendido XLA-1.En la parte exterior de este compartimento están localizadas las lamparas de encendido: de control automático X4-1 color amarillo, control manual de color blanco XW-1,del sistema en operación (CO2) disparado color rojo XR-1 y de condición inhibida color verde XG-1.En el compartimento de turbina están localizados los detectores de fuego 45FT-1-2-3 y 4, los detectores de gas 45HT-1-2, tres boquillas para descargue inicial de CO2 y tres boquillas para descargue prolongado.En la parte exterior de este compartimento están instalados dos botones de parada de emergencia 5-ESD-3-4 y la lámpara de encendido XLT-1. En el compartimento de acople de la turbina están localizados dos detectores de fuego 45FT-5 Y 6 y una boquilla para descargue inicial de CO2 y una boquilla para descargue prolongado.En la parte exterior están localizadas las lamparas de control automático color amarillo XY-2 , de control manual color blanco XW2 del sistema en operación , disparo del CO2 de color rojo XR-2 y de condición inhibida color verde XG2.Este sistema de protección de fuego de la turbina a gas protege los tres compartimentos (accesorios, turbina y acople).En el patín 43CR1 están montados los cilindros de CO2 identificados como 33CR-1 al 33CR-10. Estos cilindros están provistos de cuatro válvulas solenoides para disparo del CO2 ,45CR-1-2-3 y 4 las cuales son actuadas por los detectores de fuego de los compartimentos de la turbina.En la tubería de distribución de CO2 ,a las boquillas de descargue inicial esta instalado el switch de presión 45CP.Tres selectores de posición complementan los instrumentos localizados en el patín de CO2 , el HS-1 selector automático manual , el HS-2 selector banco principal o el de reserva y HS-3 selector para inhibición del sistema.El sistema de protección de fuego extingue fuegos reduciendo el contenido de aire en el compartimento de una atmósfera normal de 21%, hasta menos del 15% concentración insuficiente para soportar la combustión. Para reducir el contenido de oxigeno una cantidad de CO2 igual o mayor del 34% del volumen del compartimento se inyecta al compartimento en un minuto y , reconociendo el potencial de reincidencia del encendido cuando, los combustibles se exponen a metales a altas temperatura , esto proporciona una descarga amplia para mantener una concentración de extinción por un periodo prolongado para minimizar la probabilidad de una condición de peligro. Los cilindros de CO2 , tuberías, boquillas, válvulas, pilotos de solenoide y detectores de fuego cumplen los requisitos de la norma NFPA boletín 12.

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11. PRECAUCIONES DE OPERACION GENERAL.

11.1 LIMITES DE TEMPERATURA

Refiérase a las especificaciones de control para el ajuste de la temperatura del exhosto.Es importante que refiera un valor inferior mínimo de temperatura de exhosto con el objeto de comparar los datos de operación. Este valor mínimo se establece durante una operación normal y establece de cada una de las siguientes condiciones.

Arranque inicial de la unidad. Antes y después de una parada planeada. Antes y después de un mantenimiento preventivo. Es importante observar en la evaluación de la temperatura del exhosto no necesariamente la amplitud de las variaciones sino la frecuencia de cambios en un periodo dado. En las turbinas una ampliación en la desviación de 35 F más o menos 25 F es posible. Si la temperatura de exhosto se excede en 60 F o un cambio brusco de 25 F con respecto al dato inferior inmediatamente debe tomarse alguna acción correctiva.Temperaturas de 850 F (454 C) entre los rotores de la turbina , indican un valor máximo absoluto permisible durante la operación.Cuando la temperatura promedia es mayor que el valor mencionado es una indicación de problema. La temperatura alta puede ocasionarse por de las siguientes fallas :

Restricción en las líneas de aire de enfriamiento. Desgaste en los sellos de la turbina. Distorsión excesiva del estator de la turbina. Posicionamiento inadecuado de las termocuplas. Funcionamiento anormal del sistema de combustión. Escapes en las tuberías. Excesiva distorsión del difusor del exhosto.

Revise muy seguido la temperatura entre los rotores desde el momento del arranque de la turbina. Si permanece alta y en la revisión del circuito de aire de enfriamiento externo no se observa algo anormal, es permisible incrementar ligeramente el tamaño de los orificios de aire de enfriamiento.Consulte al supervisor o al representante de Nuovo Pignone a cerca del ajuste del tamaño del orificio adecuado.

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11.2 LIMITES DE PRESION

Consulte la hoja de datos de los dispositivos con el fin de establecer el ajuste de los switches de presión. La presión del lubricante en el cabezal de entrada a los cojinetes debe ser 25.38 psig. La turbina se dispara a 13.92 psig.

11.3 LIMITES DE VIBRACION

La velocidad de vibración global máxima de la turbina nunca debe exceder de 1 pulgada por segundo en dirección vertical u horizontal. Tome acciones correctivas antes de que la vibración exceda de 0.5 pulgadas/segundo.

12. PROTECCIONES DE LA TURBINA MS-5002-C

12.1 SOBRE VELOCIDAD EJES HP Y LP

El sistema de control Speedtronic, controla la velocidad de los ejes de la turbina y permite llegar hasta un máximo de 104% de TNH ó TNL.La información de velocidad tomada por pick up en los 2 ejes es convertida en señal de frecuencia que es llevada a un módulo de protección que evalúa esta señal comparándola con un valor pre establecido y provoca el disparo de la unidad. Por Módulo de Protección permite que la velocidad llegue al 110% de TNH ó TNL.Por último hay una protección de tipo mecánica que actúa tan pronto llegue a una velocidad de 113.5% de TNH ó TNL.

12.2 VIBRACIÓN EJES HP Y LP

Sobre el conjunto de rodamientos radial y axial hay instalado un sensor de vibración, el cual entrega la información al Mark V. Esta configurada una Alarma cuando llega a 0.5 IPS y un valor de Disparo a 1 IPS.

12.3 PROTECCIÓN DE SOBRE TEMPERATURA

Alarma cuando TTXM + 25°F > TTRXBDisparo cuando TTXM + 40°F > TTRXB Disparo por baja temperatura si TTXM < 250°F tiene una velocidad del 50%

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El sistema chequea continuamente el valor de la temperatura de exhosto promedio TTXM y lo compara con TTRXB (temperatura de referencia), si es mayor 25°F da alarma. Pero si es 40°F mayor da disparo de sobre temperatura.

Otro punto de interés se realiza cuando el eje de alta esta por arriba del 50% y se compara el valor de TTXM con el valor de TTRXB, si esta por abajo 250°F, produce disparo por sobre temperatura.

12.4 DETECCIÓN DE LLAMA

Cuando 3 de los 4 detectores instalados en las cámaras de combustión no tienen señal de llama, el módulo tiene la autonomía de realizar disparo de la turbina.

12.5 MONITOR DE COMBUSTIÓN Y DISPERSIÓN DE TEMPERATURA

Dispersión de Temperatura Permitida:

TTXSPL = (0.145 x TTXM - 0.08 x CTDA + 47°F)

TTXSP1, la diferencia entre la más alta y la más baja.TTXSP2, la diferencia entre la más alta y la segunda más baja.TTXSP3, la diferencia entre las más alta y la tercera más baja.

Disparo por el Monitor de Combustión:

Si TTXSP1 > TTXSPL y TTXSP2 > 0.8 x TTXSPL además si TTXSP1 y TTXSP2 son adyacentes.

Si TTXSP1 > 5 x TTXSPL (termocupla en falla) y TTXSP2 > 0.8 x TTXSPL además si TTXSP2 y TTXSP3 son adyacentes.

Si TTXSP3 > TTXSPL

13. SECUENCIA DE ARRANQUE DEL TURBO COMPRESOR

El turbo compresor es un equipo dentro del sistema de inyección de gas, por tanto hay requisitos que se deben cumplir para el arranque, y en el momento en que alguna variable salga de los límites de control, a través del DCS realizará la parada de la máquina; esto con el objetivo de brindar seguridad al proceso.

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13.1 REQUISITOS DEL PROCESO

Presión de succiónPI-2704 > 300 psig ?

Válvulas de succión y descargaBDV-2701 & BDV-2708 cerradas?

Abra válvula by-pass succiónSDV-2703B

Presión PIT-2704 >= 200 psig ?

Cierre válvula by-pass succiónSDV-2703B

Abra válvula BDV-2708via HS-2708B

Presión PIT-2704 <= 30 psig ?

Cierre válvula BDV-2708vía HS-2708B

Ciclos de purga completos (n) ?

Abra by-pass de succiónSDV-2703B

Presión PDI-2711 <= 100 ?

Abra válvula de succión principalSDV-2703A

Cierre el by-pass de succiónSDV-2703B

Válvulas en posición correcta SDV-2703A Abierta & SDV-2703B cerrada ?

Presión de succión & descargaPIT-2707 > 1550 psig ?

Permisivo de secuencia de arranque

Permisivo de arranque operador

13.2 REQUISITOS DE LA TURBINA

Reconocer y borrar alarmas existentes

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N

S

Verificación que no hallan señales de disparo de compresor y turbinaRealizar Master ResetNivel del tanque de aceite de selloEje HP totalmente parado 0 RPM

Válvula de reciclo FV abiertaEntrada de aire al compresor axial, IGV cerrado

Válvulas BLEED abiertasPermisivo de CCR

13.3 SECUENCIA DE ARRANQUE

El siguiente cuadro presenta los diferentes pasos de la secuencia, referenciados a la velocidad del eje de alta. La razón de que se siga la secuencia por el eje de alta es que sobre el esta acoplado a través del Gear de Accesorios, las bombas principales de aceite lubricante e hidráulico.

% TNH

ACCION SECUENCIA

0 AVANCE DE CLUTCH Y ARRANQUE MOTOR ELECTRICO

CRANK

25 IGNICION A BAJO FUEGO FIRE50 INCREMENTO DE GAS COMBUSTIBLE ACELERACION60 DESACOPLA MOTOR DE ARRANQUE ACELERACION95 CIERRE DE BLEED VALVE Y APAGA MOTORES

AUXILIARESACELERACION

100 SECUENCIA COMPLETA TOMA DE CARGA

13.4 RELES DE VELOCIDAD

El sistema de control Speedtronic, chequea la señal de velocidad y los compara con valores ya establecidos dentro del programa y una vez la velocidad sea mayor a estos, activan unos reles, que la parte lógica interpreta como el cumplimiento de un paso dentro de la secuencia general de arranque o de apagado de la turbina.

La no activación de uno de los reles detiene la secuencia marcando el paso donde se dejo cumplir determinado requisito de velocidad dentro de un tiempo estipulado, generando la correspondiente alarma.

Los reles tienen el prefijo L14H, para indicar el estado dentro de la secuencia del eje de alta y L14L para el eje de baja. Estos reles son empleados en el diagrama lógico de control para arrancar los motores auxiliares al inicio de la secuencia de arranque y al finalizar ésta los apaga.

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Los reles son los siguientes:

RELE DESCRIPCION ARRANQUE PARADAL14HR Velocidad del eje de HP en cero 0.06% 0.31%L14HM Mínima velocidad 20% 19%L14HA Velocidad de aceleración del eje HP 50% 46%L14HS Velocidad de operación del eje HP 91% 86%L14LR Velocidad del eje de LP 0.1% 0.3%L14LS Velocidad de operación del eje LP 45% 85%

14. SISTEMA DE CONTROL

14.1 HARDWARE DEL SISTEMA SPEEDTRONIC

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El Hardware del sistema esta compuesto por 3 procesadores de control <R>, <S>, <T>, los cuales corren el mismo programa en el mismo instante y por esto reciben el nombre de sistema TMR (Triplemente redundante). Hay un cuarto procesador el de comunicaciones, <C>, que es el encargado de tomar las lecturas de los 3 procesadores de control y realizar la votación para determinar el valor real de las variables, tanto análogas como digitales. En el momento de existir discrepancia entre los valores de cualquier señal, el procesador C, da alarma de votación, indicando la variable y el procesador que difiere. El procesador C, es el encargado de monitorear la comunicación con el PC, llamado unidad , y en caso de existir algún problema, habilita la unidad de respaldo <BOI>(Backup Operator Interfase), para continuar realizando control de la Turbina.

Los módulos <CD> y <QDI>, son los encargados de manejar las señales de entrada y salida digitales. El módulo <QD1> maneja las señales de mayor importancia dentro sistema de la turbina y las señales no críticas las hace el módulo <CD>.

El módulo de protección, maneja señales de alta prioridad pues a este módulo llegan las señales correspondientes a los Pick up de velocidad de los ejes HP y LP, además de los detectores de llama de las cámaras de combustión. Este módulo tiene la libertad de generar directamente un Trip de la turbina si:Si la frecuencia correspondiente a la velocidad del eje HP o LP es mayor al valor ajustado dentro del módulo.Si hay 2 detectores de llama alarmando por ausencia de combustión en las cámaras.

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El suministro de potencia es hecho por medio del módulo <PD>, que distribuye alimentación de 24 voltios DC para la instrumentación de campo y a los módulos <R>, <S>, <T>, <C> y . También entrega 125 voltios DC para activar las solenoides de los diferentes sistemas de la turbina. A sí mismo el módulo necesita alimentación primaria de 120 voltios AC, 24 voltios DC y 125 voltios DC, siendo indispensable tener un sólo voltaje de los antes mencionados para mantener el sistema energizado.

14.2 MARK V

Es el Software dedicado al control de la turbinaFamilia de los controladores Speedtronics G.E., basado en Microprocesadores.Sistema TMR,SIFT, Software Implemented Fault ToleranceSistema de Protección Redundante ElectrónicaInterfase a PC y DCSBOI, Backup Operator Interfase

14.3 ESTRATEGIA DEL CONTROL DE VELOCIDAD

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14.4 DEFINICION DE TERMINOS

FSR: Es la señal análoga correspondiente a la cantidad de Gas Combustible que requiere la turbina para obtener el Set Point de velocidad.SELECTOR MIN: Es un bloque que toma el menor valor de FSR para el control de velocidad.FSRSU: La cantidad de combustible para continuar el incremento de velocidad arriba de la velocidad de Crank.FSRSD: La cantidad de combustible para realizar parada de turbina.FSRACC: La cantidad de combustible para acelerar el eje de alta hasta el 100%.FSRN: La cantidad de combustible para mantener el 100% de velocidad.FSRT: Máxima cantidad de combustible para mantener el 100% de velocidad del eje de alta e inicio de la disminución de velocidad del eje de baja, para evitar llegar a la temperatura máxima de exhosto. TNR: Setpoint de velocidad.TNH: Velocidad del eje de alta.TNL: Velocidad del eje de baja.SRV: Válvula de relación de gas y parada.GCV: Válvula de control de gas.FPG2: Presión de inter válvulas.FPRGOUT: Señal de control a la válvula GCV.

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CPD: Presión de descarga del compresor axial.TTXM: Temperatura promedio de exhosto.TTRXB: Referencia de temperatura de acuerdo a la presión de descarga del compresor axial y de la temperatura de exhosto.P: Controlador proporcional.PI: Controlador proporcional e integral.

14.5 CONTROL DE VELOCIDAD

El sistema Speedtronic es un control electrónico de velocidad de lazo cerrado que de acuerdo a un Set Point ,TNR, y de las variables de realimentación como, la velocidad medida en cada uno de los ejes, TNH, TNL, la temperatura de exhosto, TTXM, controlan las válvulas de gas SRV y GCV. Así mismo los actuadores hidráulicos encargados de mover las válvulas de gas, tienen también un sistema realimentado, para verificar la posición, empleando LVDT’s (Linear Variable Differential Transformer).La cantidad de flujo de gas es controlada de acuerdo al posicionamiento de las SRV y GCV, manteniendo una presión de gas constante de 156 PSI, medida el FPG2. La válvula GCV tiene un control proporcional de lazo cerrado, cuya entrada proviene directamente del selector de mínima de señal FSR.

La señal de FSR en condiciones de operación normal es derivada de un control proporcional de velocidad o de la diferencia entre la temperatura de exhosto TTXM y la referencia de temperatura TTRXB (máxima potencia térmica TTXM vs CPD).

FSRN es el producto de una constante por la suma algebraica del Set Point y la velocidad de los 2 ejes.

La señal FPGROUT, es una señal proporcional a la velocidad del eje de baja. A esta señal se le sustrae la presión inter válvulas FPG2 y el resultado es multiplicado por una constante y finalmente luego de un control proporcional integral de lazo cerrado actua sobre la SRV.

15. COMPRESORES

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15.1 COMPRESORES CENTRIFUGOS

Los compresores centrífugos están compuesto por 2 partes principales:El Impeler, que es la parte que se encuentra sobre un eje y a medida que este, gira da velocidad al fluido que encuentra en él.El Difusor, es la parte que se halla estacionaria y es la encargada de desarrolla presión a partir de la velocidad del fluido.

15.2 TIPOS

BCL 506-A, Media Presión, 6 impeler con Diámetro de 540-500mm, 9560 RPM, 1808 PSI, 329MMSCFD. Peso 21000 Kg.BCL 406-C, Alta Presión, 6 impeler con diámetro de 470mm, 10710 RPM, 5879PSI, 329MMSCFD. Peso 25000 Kg.

15.3 DESCRIPCION

BCL : significa un compresor con el casing verticalmente partido, La forma del casing es tipo barril.50 / 40 : Significa el diámetro del impulsor, En los compresores de Media Presión MP el diámetro de los impulsores es de 540 mm ( Los tres primeros impulsores lado de succión ) y de 500 mm ( Los tres últimos impulsores lado descarga ). En los HP es de 470 mm todos de igual diámetro.6 : Corresponde al numero de impulsores.A / C : Indica que son compresores con un casing para presiones de trabajo mas altas de las standard. Los compresores de media MP poseen el casing de tal manera que puede ser abierto verticalmente por los dos lados, Los casing de los HP son abiertos únicamente por el lado de baja presión. Los casing de los compresores tienen drenajes conectados a la tea LT.

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15.4 PARTES INTERNAS

15.4.1 Diafragmas

Esta parte del ensamble construida alrededor del rotor constituye la parte estacionaria de las etapas del compresor. Los ductos a través de los diafragmas constituyen los Difusores, Donde la energía cinética del gas a la salida del impulsor se convierte en presión. Estos ductos constituyen también los canales de retorno que convergen el gas eficientemente dentro del impulsor siguiente. Todos los diafragmas están partidos en la línea central horizontal creando dos mitades separadas del Bundel. Los sellos de laberinto son instalados en los diafragmas en aquellos puntos de claridades internas mínimas que disminuyen las fugas de gas ( Recirculaciones ) entre los impellers.

Para prevenir fugas de gas del lado de alta presión al lado de baja presión. Se instalan Anillos de sello, Instalados en la superficie maquinada en la periferia de la pieza de antigiro (Countercasing).Un set de rodillos (MP) y Dos set de rodillos (HP) están montados en los costados de descarga y succión para facilitar la inserción del Bundel dentro del casing, Siendo sostenido y localizado axialmente por medio del casing head y una guía de posicionamiento ubicada entre el Bundel y el casing.

15.4.2 Rotor

Este consiste de un eje donde se instalan los impulsores y espaciadores ajustados al eje y posicionados axialmente para proteger el eje del rotor del contacto con el gas. Los impulsores son los encargados de incrementar la velocidad del gas son de tipo cerrado, Estos son balanceados dinámicamente y probados al 15% adicional de la máxima velocidad, El rotor durante la operación esta sujeto a desplazamientos axiales (Producidos por la diferencial de presión entre la succión y descarga) en la dirección de la succión los cuales son absorbidos por el Drum de Balance y el thrust Bearing.

15.4.3 Tambor de balance

El rotor del compresor esta sujeto a un desplazamiento axial hacia el lado de succión debido a la diferencial de presión generada en el disco y cubierta de cada impulsor. La mayor parte de este desplazamiento es compensado por el drum de balance ubicado en el eje en la lado de alta presión. El drum de balance, El sello de laberinto del drum de balance y el sello de laberinto doble conforman la Cámara de balance. El balance del desplazamiento axial se obtiene al ubicar la presión de descarga en la cara ( Mas cercana al lado de alta presión) del drum de balance, Originando una fuerza de empuje que contrarresta la generada por la de las diferenciales de presión, El tamaño del drum de balance es tal que este no balancea completamente el desplazamiento axial del eje, Quedando el balanceo restante a cargo del Thrust Bearing. La presión de descarga pasa por el sello de laberinto del drum de balance

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(Sello Honeycomb) y llega a la cámara B y retorna a la succión del compresor por medio de la “Línea Gas De Balance”. Ahora ambos costados del rotor tienen la misma presión , Muy cercana al valor de la presión de succión. Para establecer el parámetro de gas de referencia el cual debe ser sellado se ensambla un sello de laberinto doble “L-L1” a cada costado del rotor, Entre el sistema de gas de balance y la cámara de gas de referencia. Las cámaras anulares E, Las cuales están entre el sello de laberinto doble tienen comunicación entre si con una línea denominada “Línea de equalización de gas”. El gas que sale de la sección L del sello de laberinto doble entra en la cámara anular adyacente “R”, Dando como resultado la presión del gas que determina el parámetro del gas de referencia, Las dos cámaras de referencia son conectadas entre si, Para asegurar la misma presión del gas de referencia a cada lado del rotor. La presión del gas de referencia es ubicada en la parte superior del tanque del overhead para asegurar que la presión de aceite de sello siempre sea mayor que el gas de referencia en el valor de la cabeza del aceite (8.7Psig) correspondientes a aproximadamente 7 Metros de diferencia de altura del compresor y el tanque de aceite de sello ( Overhead ). El gas de referencia y el aceite de sello en la cámara de referencia son colectados en las trampas de sello.La línea de equalización es utilizada para prevenir el daño por alta temperatura en el sello de laberinto doble, Esta línea es tomada de la descarga del primer impulsor y enviada a la cámara E, Donde se bifurca hacia :La cámara de balance B a través del sello de laberinto doble, Sección L1 y va a la succión a través de la línea de balance.La cámara R a través del sello de laberinto doble, Sección L, Conformando la presión de referencia.La válvula de control V ubicada en la descarga del primer impulsor NO DEBE ESTAR CERRADA, Asegurando flujo de gas para enfriamiento.

15.4.4 Cojinete de carga

Estos cojinetes de carga son del tipo pastilla oscilante ( Tilting Pad ) con lubricación forzada. El aceite bajo presión fluye radialmente al cojinete, Pasa a través de huecos para lubricar las pastillas y bloques y se descarga lateralmente. Las pastillas (A) son de acero, Internamente laminadas con metal blando ( Babbit ), Conforman un bloque integral con el bloque de acero B y están localizados dentro del propio asiento conformado por la cubierta C (Shell) y dos anillos de guarda de aceite B. Las pastillas pueden moverse dentro del compartimento en ambas direcciones, Axial y radialmente para el mayor amortiguamiento de la vibración radial del rotor, La rotación de las pastillas dentro del compartimento se previene con pines que las aseguran. El cojinete esta axialmente fijo al casing por medio de tornillos.

15.4.5 Cojinete de empuje

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El cojinete de empuje montado en un solo lado del rotor ( lado libre ), Es del tipo doble acción y esta posicionado a ambos costados del collar de empuje. Esta diseñado para absorber el desplazamiento axial residual, Operando sobre el rotor que no es completamente balanceado por el drum de balance.

15.4.6 Sellos de aceite

Estos son instalados sobre el rotor para prevenir la fuga de gas del casing del compresor, Cada sello esta combinado con un sello de laberinto y un sello de aceite. Los sellos de aceite consisten de tres anillos en las turbinas de media MP ( Dos externos y uno interno ) y cuatro anillos en las turbinas de alta HP ( Tres externos y uno interno ). Los anillos flotan en sus housing libres para seguir el movimiento del eje, El cual permanece concéntrico, La rotación de los anillos sobre el eje se previene ubicando un pin que lo asegura.

Los anillos externos y los anillos internos son ubicados frente a frente y separados por un set de resortes . El aceite a una presión mayor que la de la cámara aguas arriba del anillo interno es forzada a través del espacio anular entre los anillos externos e interno. La película de aceite entre el eje y el sello interno previene la fuga de gas a través del eje.

El calor producido en el anillo de sello es removido por el mismo aceite, El cual sale por los anillos externos, Esto es debido a que la rata de flujo de este aceite es mucho mas alta que la rata de aceite fluyendo del anillo interno. Este hecho es debido a los diferentes gaps de los anillos y a los diferentes niveles de presión encontrados por el aceite cuando se drenan, Presión atmosférica para el aceite drenándose de los anillos externos y una presión mas baja que la presión de entrada en el aceite que se drena del sello interno. El sello de aceite interno drena el aceite y gas hacia el sistema de trampas, Los sellos de aceite externos drenan el aceite hacia el drenaje que retorna al tanque de aceite de lubricación de la turbina.

16. SISTEMA DE CONTROL C.C.C.

16.1 Limites Del Compresor

Las máquinas están construidas para soportar esfuerzos mecánicos hasta ciertos límites, dentro de los parámetros de diseño. La máxima presión, el máximo flujo y la máxima potencia mecánica, delimitan el trabajo del compresor.

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Flujo Volumétrico

Límite de Potencia

Límite de Presión

Velocidad Mín

Límite de Surge

Límites mecánicos del compresor

Línea de Control de Surgey el Márgen de Seguridad

M216

Línea

del

Punto

Oper

ativ

o

Lin

ea L

ímit

e d

e S

urg

e

Líne

a de

Con

trol

de

Sur

ge

hp,red

qs,red2

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LSO

LRT

16.2 Definiciones

Surge

Es un estado de riesgo para cualquier tipo de compresor. Surge es la auto oscilación de la presión y flujo, que incluye una reversión de flujo. La reversión de flujo en surge es el único punto de la curva en que la presión y flujo caen simultáneamente

Desviación

Es la distancia entre la línea de control al punto operativo.

Punto Operativo

Es el punto de trabajo que alcanza el compresor, para entregar un flujo de gas a determinada presión de cabeza, dentro de las especificaciones del fabricante.

Línea de control

Es la línea límite de operación normal de un compresor centrífugo, descrita para unos flujos mínimos a unas presiones máximas.

Línea límite de Surge

Es la línea límite de seguridad, descrita para flujos muy bajos a presiones de cabeza altas.

Línea Safety On

Es la línea que demarca alto riesgo para el compresor, pues es inevitable el evento de Surge.

Válvula Anti Surge

Es la válvula que permite mantener trabajando el compresor en una zona segura. Cuando el compresor posee una gran desviación del punto operativo, la válvula permanece totalmente cerrada.

Línea de Recycle Trip

Esta línea se encuentra contigua a la línea de control del lado izquierdo, permitiendo abrir la válvula de forma escalonada en el momento en que el punto operativo llega a tener contacto con ella.

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Controlador Anti Surge

Es el equipo electrónico que mediante un programa interno, donde se caracteriza el tipo del compresor, mantiene trabajando el equipo dentro de zonas seguras, previniendo la aparición de Surge. El controlador tiene el control de apertura y cierre de la válvula de reciclo. También realiza control de presión en la succión y descarga, variando la posición de la válvula.

Respuesta Proporcional Integral

Es el tipo de respuesta que se activa cuando la velocidad del punto operativo hacia la línea de control es lenta, haciendo abrir la válvula de reciclo de forma proporcional a medida que trasciende al lado izquierdo de la línea.

Respuesta Derivativa

Es el tipo de respuesta del controlador Anti Surge, en la cual mueve la línea de control a la derecha, cuando se detecta que el punto operativo viene desplazándose a gran velocidad, anticipando la apertura de la válvula para prevenir el Surge.

16.3 Cálculo de distancia de surge

El controlador continuamente calcula:

La pendiente relativa de una línea desde el origen hasta el punto operativo:

PendienteLPO Ss =

PendienteLLS

La distancia entre el punto operativo y el límite de surge:

d = 1 - Ss

Desviación del controlador

El controlador calcula la desviación como:

DEV = d - b1• f(DPo,s)

Donde: d = 1 - SS

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f(DPo,s) = función que caracteriza la forma de la línea de control de surge

b1 = amplitud relativa del margen de seguridad

DEV representa la distancia entre el punto operativo y la línea de control de surge.

16.3 CONTROL DE CARGA

Cada conjunto de Turbo compresor posee 2 controladores, uno que garantiza la seguridad del compresor, que es el controlador Anti Surge ASC y uno para variar la velocidad de la turbina, el controlador Load Sharing LSC.

Para aclarar, un poco mejor, la turbina es el equipo que aporta la potencia mecánica, para impulsar el compresor, su control de velocidad debe operar en modo Automático, recibiendo un Set Point, puesto por el control de carga Load Sharing LSC. Este

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controlador LSC, a su vez trabaja en Remoto, obedeciendo a un control Maestro de rendimiento (Master Performance). Observando la gráfica superior, donde se muestra sólo el control de Performance de alta, (pues también existe un control Maestro de Performance de media), vemos los 3 tipos de controladores, el ASC, el LSC y el Master Performance de HP. La variable común de control es la desviación, inicialmente el controlador ASC calcula la desviación, en cada compresor, los cuales son leídos por el controlador Maestro. Allí se hace un promedio de las 3 desviaciones, descartando el turbo compresor que se halla en control de temperatura. El resultado del anterior cálculo será el nuevo Set Point para los respectivos controladores de carga Load Sharing, consiguiendo de esta manera que todos los compresores tengan el mismo punto operativo. Esto es notable en los 3 compresores de media, puesto que ellos tienen una distribución de tuberías más simétrica, mientras que en los turbo compresores de alta, el caso es bastante diferente pues hay una tubería de descarga de la HP3, que es totalmente independiente que finalmente se une en el manifold de inyección.

17. BIBLIOGRAFIA

Series 3 Plus Anti Surge Controller Manual. C.C.C. For Centrifugal and Compressors. February 17, 1997.

Series 3 Plus Performance Controller Manual. C.C.C. For Centrifugal and Compressors. February 18, 1997.

Gas Turbine Mechanical Maintenance Training Manual. John Brown. July 2, 1998. Speedtronic Mark V, Gas Turbine MS-5002-C. Volumen VI Nuovo Pignone.

January 28,1997.

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Curso Turbocompresores - TURBINA MS-5002C

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