MANTENIMIENTO EN TURBINAS

DE VAPOR Y GAS.

Por: Juan Sebastián León Becerra.

Jorge Andrés Prada Sanabria.

Henry Alberto Suarez Velásquez.

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TURBINAS DE GAS

Una turbina de gas, es una turbomáquina térmica, cuyo fluido de trabajo es un gas.

Trabaja con el ciclo de potencia Brayton.

• MOTORES A REACCION

• TURBINAS DE TRABAJO PESADO DE TIPO BASTIDOR

• TURBINAS AERODERIVADAS

• TURBINAS INDUSTRIALES

Es una turbina de gas utilizada para producir un chorro de gases para propósitos de propulsión.

• Son las unidades mas grandes de generación de potencia (3 MW – 480 MW)

• Poseen eficiencias del 30 – 46%

son unidades de generación de potencia que se derivan de la industria aeroespacial.

generan desde 2.5 MW hasta 50 MW. Las eficiencias varían del 35-45%.

se usa extensivamente en muchas plantas petroquímicas para los trenes de potencia de los compresores. Generan entre 2.5 MW – 15 MW. Las eficiencias son un poco mayores al 30%

• COMPRESORES

• REGENERADOR

• CAMARAS DE COMBUSTION

• TURBINAS

• Presurizan el fluido de trabajo

• Se utilizan compresores centrífugos y de flujo axial

• Incrementan la temperatura del aire a la salida del compresor.

• Aumentan la eficiencia del ciclo hasta en un 30%

• incrementan la temperatura del gas de alta presión.

Turbinas de flujo axial Turbinas de flujo radial

I. Detalles de las partes sujetas a

daños y variantes

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Características de operación • Agitación (surging). • Ahogo del compresor. • Estancamiento.

El ensuciamiento: acumulación de materiales indeseables en las superficies sólidas causando asperezas. Esto se traduce en el deterioro de la forma aerodinámica de los álabes, resultando en la reducción del flujo de aire, menor tasa de presión y menor eficiencia. Tipos de suciedad: • Hidrocarburos • Agua salada • Otros

Lavado del compresor

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Métodos de lavado: • Lavado fuera de línea • Lavado en línea.

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Se pueden alcanzar muy altas temperaturas y presiones, que provocarían la destrucción del metal si este se encontrase desnudo por ello se ha de recubrir de materiales cerámicos y estar refrigerado, siendo este uno de los fallos posibles que se pueden dar en esta parte del grupo, pero también hay otros como los siguientes: • Llama pulsante, provoca una vibración. • Pérdida de material en las placas de

recubrimiento. (TBC spallation) • Sobre temperatura en lanzas,

provocando su degradación. • Sobre temperatura en piezas de

transición, lo que puede llevar a su rotura.

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• Impactos (FOD, Foreign Object

Damage y DOD, Domestic Object Damage).

• Fisuras (cracks). • Rotura por velocidad crítica. • Pérdida de recubrimiento cerámico

(coating loss). • Obstrucción de orificios de

refrigeración. • Corrosión (fretting). • Erosión. • Roces (Rubbing). • Deformación por fluencia térmica

(creep). • Sobretemperatura (overfiring). • Arqueado (bowing).

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Quema de los alabes de la segunda etapa.

Refrigeración en alabes

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1. Bombeo del compresor, no entra suficiente caudal de aire.

2. Ensuciamiento del compresor. 3. Vibración. 4. Ensalada de paletas: reacción en

cadena como consecuencia de la rotura de un alabe o por la introducción de un objeto que provoque la rotura de álabes.

5. Una fisura en el rotor, no tiene solución permanente solo temporal. Aparece cuando una grieta superficial progresa, se detecta por el aumento de vibración, que no se corrige con nada, el problema es que no se suele tener un rotor de repuesto, y en muchos casos hay que fabricar uno nuevo.

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3. Vibración que puede estar causada por las siguientes circunstancias:

• Mal estado de sensores de vibración o tarjetas acondicionadoras de señal.

• Desalineación. • Falta de presión o caudal de aceite. • Mala calidad de aceite: aceite con

agua o con viscosidad inadecuada. • Desequilibrio por:

• Incrustaciones. • Rotura de un alabe. • Equilibrado mal efectuado.

• Vibración en alternador o reductor. • Fisura en el eje. • Curvatura del eje. • Cojinetes en mal estado. • Defectos en la bancada.

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Instrumentación y control Carcasa

Encargada de cubrir el compresor, cámara de combustión y turbina, sirviendo también de soporte a los álabes fijos y móviles, para las conducciones de combustible y los diversos instrumentos, por lo que al ser la encargada de cubrir todo el sistema se debe vigilar su perfecto estado para no tener fugas de aire que nos hagan perder presión, o que provoquen la entrada de objetos extraños. Los fallos más comunes son: • Fisuras en la carcasa. • Fugas de aire por carcasa. • Perno bloqueado, los tornillos de sujeción se ha

podido quedar soldados en sus agujeros.

Factores aumentan la probabilidad de fallo : Temperatura, Humedad, Polvo y suciedad, Tensión de alimentación. Los fallos más habituales en el sistema control : Sensores de temperatura, Sensores ópticos. El fallo más grave en control es el fallo del PLC, por lo que para mitigarlo en la medida de lo posible se debe hacer: El PLC debe ser redundante. Toda la instrumentación (incluidos sensores, transmisores y tarjetas de bus de datos) debe tenerse en stock en la planta.

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Casa de filtros Cojinetes

Es conveniente verificar al menos una vez al año toda la estructura de la casa de filtros, para asegurar la ausencia de agujeros provocados por fallos en soldaduras de unión, remaches o corrosión de la estructura Debe repararse inmediatamente cualquier síntoma de corrosión que se detecte

Roturas de filtros. Conductividad alta en agua. Desprendimiento de boquillas, conviene tenerlas atadas con cadenas para sujetarlas bien. Entrada de suciedad por cierre no estanco de la casa de filtros, por ejemplo que no esté bien cerrada la puerta de acceso. Corrosión en la casa de filtros

Desplazamiento axial excesivo. Fallos en la lubricación. Desgaste del material antifricción. Golpes y daños en material antifricción. Problemas de lubricación:

Agua en el aceite. Contaminación.

Lubricación

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Viscosidad (ASTM-D 445): ISO VG 32,46,68 ,100. Test de oxidación(RPVOT) ASTM-D 2272 Contenido de agua: ASTM D6304) Acidez D-974 ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA.

II. Recomendaciones de diseño y

montaje.

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• Las plataformas deben diseñarse para que tengan drenajes para el aceite

• No se debe utilizar cemento para la plataforma (sólo en casos temporales).

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III. Mantenimiento M. CONDICIONAL Y M. EN PARADA

• Vigilancia de parámetros • Comprobación y seguimiento de alarmas • Análisis de aceite • Sustitución de pre filtros. • Limpieza del compresor

Mantenimiento Rutinario

• Inspecciones boroscópicas • Alineamiento de la turbina, si es necesario

Inspecciones

• Sustitución de alabes de la turbina • Sustitución completa de la cámara de combustión • Limpieza manual de los álabes del compresor. • Revisión completa de instrumentación • Alineamiento de la turbina y equilibrado del conjunto

rotor.

Grandes revisiones

Procedimiento de arranque

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Inspección con boroscopio.

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Suele comprobarse el estado de las cámaras de combustión y quemadores, y las distintas filas de álabes de la turbina. En las cámaras de combustión, las inspecciones borocópicas tratan de buscar deformaciones y daños en los quemadores y en las paredes de la cámara. En los álabes, buscan deformaciones, decoloraciones en la superficie del álabe, impactos de objetos extraños contra la superficie de cada álabe, estado de la capa de recubrimiento cerámico y rozamientos entre partes en movimiento y partes estáticas, fundamentalmente.

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TURBINAS DE VAPOR

Frecuencia Tarea de mantenimiento

Diaria

1. Realizar inspeccion visual de la unidad para buscar fugas (aceite y vapor), ruido/vibracion inusual, filtros tapados u operación anormal

2. Hacer rotacion de las valvulas antirretorno

Semanal

1. Revisar el rendimiento y estado de la unidad. Monitorear las vibraciones en la turbina y la transmision

2. Testear las bombas de aceite de lubricacion auxiliares

3. Testear las alarmas del tanque de aceite de lubricacion y de baja presion

4. Hacer rotacion de la valvula de paso principal del vapor

5. Hacer rotacion de las valvulas de control si las cargas de vapor no cambian

frecuencia Tarea de Mantenimiento

Mensual

1. Tomar muestras del aceite de lubricacion y del fluido hidraulico y analizar en busca de particulas y contaminantes.

2. Postergar la rotacion de valvulas a un intervalo mensual si la experiencia dice que es posible.

Anual

1. Realizar inspeccion visual y funcional de todas las valvulas de paso, control, extraccion y antirretorno ademas de los ejes de levas, rodamientos, servomotores y cualquier equipo que este sujeto a desgaste, daño o fugas.

2. Realizar inspeccion visual en busca de desgaste, fugas, filtros tapados o cualquier otro daño mecanico o termico a los sellos, rodamiento y sistemas de lubricacion (realizar drenado).

3. Realizar un test de control de sobrerrevolucion para chequear el correcto funcionamiento.

4. Realizar inspeccion visual de los dientes de la caja de engranajes (si esta instalada) en busca de desgaste inusual o daños.

Frecuencia Tarea de Mantenimiento

Paradas menores Cada 2-4

años

1. Hacer boroscopia de las boquillas de las etapas de entrada y de salida para buscar corrosion, daño mecanico.

2. Abrir, inspeccionar y revisar el alineamiento de la caja de transmision con la turbina/generador.

3. Calibrar todas las alarmas y sistemas de proteccion.

4. Revisar la cimentacion y sistemas de anclaje en busca de desgaste.

Paradas mayores

cada 3-9 años

1. Realizar gran mantenimiento (Overhaul) de los ejes de la turbina y la caja de transmision cada 3 años.

2. Realizar gran mantenimiento (Overhaul) de las turbinas de vapor instaladas en confiabilidad critica y de las turbinas usadas en procesos criticos cada 5-6 años.

3. Realizar gran mantenimiento (Overhaul) de las turbinas de servicio general cada 5-8 años.

4. Realizar gran mantenimiento (Overhaul) de las turbinas de ciclo combinado cada 6-9 años en conjunto con inspecciones de la turbina de gas.

• Abrir la carcaza de la turbina, solo si es necesario

• Inspección visual de los alabes de la ultima etapa de baja presión

• Examinación endoscópica de las partes accesibles de la turbina y el generador

• Inspección de los rodamientos

• Chequeo del alineamiento del acople

• Chequeo y recalibración de los sistemas de seguridad y de control de la turbina

• Inspección visual del final del bobinado del estator, y sus terminales.

Dura normalmente de 2-4 semanas

Dura de 4-8 semanas

• Todos los chequeos e inspecciones del overhaul menor. • Apertura de la carcaza de la turbina • Examinación de los alabes. • Examinación completa de los acoples. • Desmontaje y examinación del rotor del generador. • Inspección de todo el bobinado del estator. • Examinación del núcleo del estator en busca de daño.

V. Bibliografía

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• TERRADILLOS, Jesús. Todo sobre la lubricación de las turbinas y análisis de aceite. p. 19.