turbines à vapeur industrielles et concepts de maintenance

Bienvenue Siemens Customer Day – 23 avril 2015

Turbines à vapeur industrielles et concepts de maintenance

Siemens Customer Day – 23 avril 2015

Turbines à vapeur : le portfolio François-Xavier Dubois


Turbines à gaz (MW)

SGT5-8000H SGT5-4000F SGT6-6000G SGT6-5000F SGT5-3000E SGT6-4000F SGT5-2000E SGT6-3000E SGT6-2000E

SGT-1000F SGT-800 SGT-700 SGT-600 SGT-500 SGT-400 SGT-300 SGT-200 SGT-100

121

68 45

30 25

17 13

8 7 5

110

163

266 198

188

278

185

85

50

9

SST-9000 SST-8000 SST-6000 SST-5000 SST-4000 SST-3000 SST-2000 SST-1000 SST-900 SST-800 SST-700 SST-600 SST-500 SST-400 SST-300 SST-200 SST-100 SST-50 SST-120 SST-110 SST-060 SST-050

Turbines à vapeur (MW)

1 500 U/min

3 000 U/min 500 – 1 900

150 – 1 200 130 - 700

Jusqu‘à 240 100 - 220

100 180

150 130

100

65

10

Jusqu‘à 140

3

340

12 7

5 1

Comparaison Package TG et TV fabrication client

Nouvelle TG : SGT-750 : 36 MWe

Nouvelle TV : SST-040 : 75 à 300 kW

!!! NOUVEAU !!! Modules ORC Siemens

Turbines vapeur & turbines à gaz Le Portfolio

Notes: 1. Steam values are indicative only. Actual values depend on site configuration 2. Firing to 850ºC only. Higher firing is available

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Power (MWe)

Stea

m (t

onne

s/hr

) [12

bar

sat

urat

ed]

UnfiredFired

SGT-

100

SGT-

300

SGT-

400

SGT-

500

SGT-

600

SGT-

700

SGT-

800

Turbines à Gaz de Cogénération Production de vapeur par chaudières de récupération

Steam Turbines

Alstom Industrial Turbines

Industrial Steam Turbines Large Steam Turbines

2004 ABB AEG Kanis

ASEA STAL 1990 1980

1960 1970 1990 1980 2000 20th century

Görlitzer Maschinenbau-Anstalt 1992

Demag Delaval 2002

KK&K 2007

AEG Steam Turbines 1969

2010

Turbines à vapeur Siemens L’héritage de 100 ans de technologie

Turbines à vapeur Siemens Implantation mondiale

Manufacturing

Global Steam Turbine Organization

Finspong

16 locations ~ 6.000 employees

Vadodara

Cilegon

Gurgaon

Huludao

Bandung

Charlotte

Jundiai

Orlando

Budapest

Brno

Newcastle

Erlangen

Muelheim

Frankenthal

Goerlitz/ Nuremberg

Pulp & paper

Chemical

Oil & gas

Biomass & WtE

Solar CSP

Sugar & ethanol

Metals & Mining

Heat & power Geothermal

Siemens Industrial Power: Segmentation du marché

Portfolio Turbines à vapeur Des produits pour toutes les applications

12 MW

8 MW 0.75 MW

0.3 MW

7 MW 8.5 MW

1,200 MW 1,900 MW 1,900 MW

Pow

er G

ener

atio

n (5

0/60

Hz)

Gén

érat

ion

indu

strie

lle

Com

pact

app

.

SST-6000

SST-900

SST-8000 SST-9000

SST-5000 SST-4000* SST-3000

SST-700

SST-800 SST-600 SST-500 SST-400 SST-300 SST-200 SST-150

SST-111 SST-110 SST-100 SST-070 SST-050 SST-040

750 MW

250 MW

250 MW 175 MW

380 MW

50 MW 10 MW

20 MW

100 MW 65 MW

250 MW 150 MW

*) currently no development

Turbines mono-étagées Frankenthal

Turbines multi-étagées

Détails de la conception

Rendement et points forts

Mono-étagées Multi-étages

1 à 2 étages Aubes à action

Conception suspendue Réducteur intégré

Controlled extraction Bleed/admission steam

Quick start-up capability

Rendement limité Availability

flexibility Easy maintenance

Multiple stages Impulse/reaction blades

Entre les paliers Réducteur distinct


Préchauffage et vireur nécessaires

Up to 15% higher than single stage

High efficiency

Soutirage contrôlé Contrôle d’admission/de soutirage

Fonction de démarrage rapide

Étages multiples Aubes à impulsion/réaction

Soutirage contrôlé Contrôle d’admission/de soutirage

Disponibilité

Flexibilité Facilité d’entretien

Jusqu’à 15 % supérieur aux turbines mono-étages

Rendement élevé

Turbines à vapeur Comparaison mono-étagées multi-étagées

Turbines mono-étages <12MWe Plage de puissance

SST-040 0,3

SST-111 12

SST-050 0,75

SST-060 6

SST-110 7

Modèle Puissance fournie (MWe) 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0,5 12 11

Tandem

Tandem

Puissance (MW)

Tandem

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Turbine multi-étages classique

• Entraînements mécaniques • Cogénération • Biomasse • Valorisation énergétique des déchets • Récupération de chaleur

SST-050 / SST-060

SST-110 SST-040

SST-111

Turbines mono-étages <12MWe Turbines pré-étudiées offrant des solutions flexibles

Turbines mono-étages <12MWe nozzle group control


SST-040 0,3

SST-111 12

SST-050 0,75

SST-060 6

SST-110 7


Easy integration in plant and

process Minimal foundation work due

Operation with ordinary steam parameters / minimized peripheral equipment necessary to small and compact design Pre-tested and ready for use

with only short times for erection and commissioning High reliability Simple operation which results

in low operating costs Competitive price in relation

to power output

Standardized Plug & Play

turbine

Turbines mono-étages<12MWe SST-040: 75 – 300kWe

Turbines mono-étages<12MWe SST-040: 75 – 300kWe


SST-040 0,3

SST-111 12

SST-050 0,75

SST-060 6

SST-110 7


Turbine series SST-060 (AFA 4 + AFA 6 + AFA10) – up to 7 000 kW

Wheel size 4: up to 131 bara inlet; dry sat. - 530°C; exhaust cond – 29 bara; up to 3 MW Wheel size 6: up to 41 bara inlet; dry sat. - 450°C; exhaust cond – 11 bara; up to 5 MW Wheel size 10: up to 17 bara inlet; dry sat. – 400°C; exhaust cond – 1,2 bara; up to 6 MW

Manufacturers of Pumps, Compressors, Fans etc., Chemical & Petrochemical Plants/ Refineries,

Sugar / Palmoil, Wood / Paper, Electricity Supplier / Municipal Utilities, Smelters / Steel, IPP / Contracting / Engineering Groups, Food, Energy-from-Waste Plants, Ship / Offshore Installations.

Products:

Features: Customers:

SST-060 (version AFA 4 / AFA 6 / AFA10)

Turbine series SST-060 (CFR3 + CFR4 + CFR5) – up to 7 000 kW

Wheel size 3: up to 65 bara inlet; dry sat. - 480°C; exhaust 1-17 bara; up to 3 MW Wheel size 4: up to 65 bara inlet; dry sat. - 480°C; exhaust 1-17 bara; up to 5 MW Wheel size 5: up to 65 bara inlet; dry sat. - 480°C; exhaust 1-17 bara; up to 7 MW

Manufacturers of Pumps, Compressors, Fans etc., Chemical & Petrochemical Plants/ Refineries,

Sugar / Palmoil, Wood / Paper, Electricity Supplier / Municipal Utilities, Smelters / Steel, IPP / Contracting / Engineering Groups, Food, Energy-from-Waste Plants, Ship / Offshore Installations.

Products:


SST-060 (version CFR3 / CFR4 / CFR5)


SST-040 0,3

SST-111 12

SST-050 0,75

SST-060 6

SST-110 7


Turbine series SST-110 (2 turbine casings, 1 gearbox) – up to 9 000 kW

up to 131 bara inlet; dry sat. - 530°C up to 95% controlled extraction; up to 29 bara Condensing in LP part; up to 9 MW

Chemical & Petrochemical, Wood, Paper, Electricity Supplier / Municipal Utilities, Smelters / Steel,

IPP / Contracting / Engineering Groups, Food, Energy-from-Waste Plants, Ship / Offshore Installations.


SST-110 (TWIN)

SST-110: Turbine vapeur pour cogénération ou production décentralisée

Boiler

Boiler Feed Water Pump

Main Condensate Pump

Steam to Process / District heating

Main Feed Water Tank

Deaerator

HP

G LP

SST-110 Turbo-Gen-Set Condenser

Applications: - Biomasse - Cogénération industrielle


SST-040 0,3

SST-111 12

SST-050 0,75

SST-060 6

SST-110 7


SST-111 : hybride entre mono-étagée et multi-étagée

SST-111 : le meilleur compromis pour une puissance de 5 à 12MWe

Availability Flexibility

High efficiency on multi stage level

Multiple stages Impulse/reaction blades


Quick start-up capability Easy maintenance

Disponibilité Flexibilité

Rendement élevé au niveau multi-étages

Étages multiples Aubes à impulsion/réaction

Soutirage réglé Vapeur d’admission/de soutirage

Fonction de démarrage rapide Simplicité d’entretien

Turbines mono-étages <12MWe SST-111

Turbines mono-étages <12MWe SST-111

Biomass (2 extract.)

Turbines mono-étages <12MWe SST-111 dans application biomasse

Turbines mono-étages <12MWe

Avantages des turbines mono-étages:

• Robustes

• Compactes

• Flexibles

• Fonctionnement à vapeur saturée

• Régime îloté

• Facilité d’opération

• Entretien limité

• Coût d’achat et de maintenance limités une bonne réponse aux contraintes des projets en Afrique

Turbines mono-étages <12MWe Références principales en Côte d’Ivoire

Turbines mono-étagées <10MWe: SIPEF 4 turbines vapeur (<10MWe) SOGB: 2 turbines vapeur (<10MWe) Palmci: 10 turbines vapeur (<10MWe) Palmafrique:

4 turbines vapeur (<10MWe) Société Ivoirienne de Raffinage (SIR)

4 turbines vapeur (<10MWe)


12 MW

8 MW 0.75 MW

0.3 MW

7 MW 8.5 MW

1,200 MW 1,900 MW 1,900 MW

Pow

er G

ener

atio

n (5

0/60

Hz)

Gén

érat

ion

indu

strie

lle

Com

pact

app

.

SST-6000

SST-900

SST-8000 SST-9000

SST-5000 SST-4000* SST-3000

SST-700



750 MW

250 MW

250 MW 175 MW

380 MW

50 MW 10 MW

20 MW

100 MW 65 MW

250 MW 150 MW




Flexibles SST-500, SST-600 et SST-800

Semi-flexibles SST-700 et SST-900

Standardisées SST-200, SST-300 et SST-400

Pré-étudiées SST-010 à SST-110/120

Turbines multi-étages Gamme de produits Turbines industrielles

Modèle

SST-100

SST-200

SST-300

SST-400

SST-500

SST-600

SST-700

SST-800

SST-900

Double corps / Corps HP pour le réchauffage

Admission centrale

10 30 50 70 130

Mono-corps/Non-réchauffage Corps BP pour le réchauffage

Puissance [MW]

Double écoulement

165 bars 585 0C

140 bars 540 0C

165 bars 585 0C

140 bars 540 0C

30 bars 350 0C

140 bars 540 0C

120 bars 520 0C

110 bars 520 0C

65 bars 480 0C

Paramètres de vapeur

Entraîne-ment

mécan.

Person-nalisée 150+

Turbines multi-étages Gamme de produits Turbines industrielles

• Excellent comportement à charge partielle grâce à 4 ou 5 vannes de régulation

• Turbine axiale double corps : simplicité d’accès

• Revêtement intégral des aubes mobiles

• Rotor rigide (insensible aux vibrations)

• Brefs intervalles entre les révisions

• Contrats de service à long terme

• Présence mondiale

• Rendement élevé • Performances constantes et durables

• Durée de vie espérée de 35 à 50 ans

• Disponibilité élevée

• Norme de qualité (ISO 9001)

• Autres produits Siemens de haute

technicité disponibles (source unique)

• Conception éprouvée

• Consommation de vapeur garantie avec tolérance de fabrication nulle

Turbines multi-étages Principales caractéristiques de conception

Turbines multi-étages Turbine mono-corps SST-400

Présentation générale : Turbine à multiplicateur pour l’entraînement d’alternateurs ; conception compacte et flexible, avec degré élevé de standardisation pour les applications industrielles et de production d’électricité

Données techniques : • Puissance : jusqu’à 65 MW • Pression d’admission : 120 bars • Température d’admission : 520°C • Soutirage réglé : < 45 bars • Pression d’échappement : < 25 bars (condensation < 0,6 bar) • Vitesse de rotation : < 8 000 t/min

Caractéristiques : • Turbine à contre-pression / à condensation • Conception en semi-package, aubage à réaction • Modules de turbine pré-étudiés, périphériques modulaires • Soutirage unique / non réglé • Échappement radial ou axial (1,3 à 3 m²) • Veine de vapeur personnalisée

Turbines multi-étages Turbine mono-corps à admission frontale SST-600

Présentation générale : Turbine à multiplicateur ou à entraînement direct convenant aux entraînements mécaniques et d’alternateurs ; applications personnalisées pour les processus industriels et de production d’électricité les plus complexes Données techniques : • Puissance : jusqu’à 100 MW • Pression d’admission : jusqu’à 140 bars….. • Température d’admission : jusqu’à 540 °C • Vitesse de rotation : 3 000 à 15 000 t/min

Caractéristiques : • Turbine à contre-pression / à condensation • Aubage à réaction, conception en package • Modules de turbine standard, périphériques modulaires • Corps intérieur pour des paramètres élevés de vapeur d’admission • Avec ou sans soutirage réglé / non réglé • Possibilité d’injection de vapeur • Échappement radial ou axial (0,175 à 5,6 m²) • Conception hautement personnalisée

HP steam turbine

LP steam turbine

Gear box and

the lube oil unit

Generator

Condenser

Turbines multi-étages Exemple de fourniture

Turbines multi-étages Références principales en Côte d’Ivoire

Turbines multi-étagées >10MWe: Sucrivoire 1 turbine vapeur (~20MWe) Société Ivoirienne de Raffinage (SIR)

2 turbines à vapeur Westinghouse (~20MWe)


12 MW

8 MW 0.75 MW

0.3 MW

7 MW 8.5 MW

1,200 MW 1,900 MW 1,900 MW

Pow

er G

ener

atio

n (5

0/60

Hz)

Gén

érat

ion

indu

strie

lle

Com

pact

app

.

SST-6000

SST-900

SST-8000 SST-9000

SST-5000 SST-4000* SST-3000

SST-700



750 MW

250 MW

250 MW 175 MW

380 MW

50 MW 10 MW

20 MW

100 MW 65 MW

250 MW 150 MW




Optimisation des coûts de maintenance des turbines à vapeur industrielles François-Xavier Dubois


Principes de base

Stratégies de maintenance

Programme d'inspection et de révision

Étendue des inspections, révisions majeure et mineure

Table des matières

Conclusion

Plus grande disponibilité des équipements

Coûts de maintenance moins élevés

Efficacité optimale

Principes de base Objectifs de la maintenance

Maintenance Préserver ou rétablir un état ciblé

Surveiller l'état actuel

Inspection

Surveiller l'état actuel

Maintenance préventive

Préserver un état ciblé

Maintenance corrective / Réparation

Rétablir un état ciblé

Principes de base Types de maintenance

Principes de base But des inspections et des révisions

Améliorer la disponibilité et l'efficacité économique pour la période d'exploitation à venir

Observer/surveiller l'état actuel des turbines

Identifier et prévenir les défauts ou l'évolution de défauts connus

Réparation des défauts

Évaluation de la vie utile restante

Réalisation d'améliorations ou de modernisations

Source VGB R 115

Principes de base Probabilités de défaillance en fonction des heures de fonctionnement

Phase 1 Fonctionnement initiale ayant des perturbations aléatoires

Phase 2 Principale période de fonctionnement ayant une usure prévisible

Phase 3 Période d'augmentation des dépenses de maintien en vie

Principes de base




Table des matières

Conclusion

Le principal objectif de la maintenance est de réparer ou de remplacer des composants avant qu'ils ne tombent en panne pour éviter les dommages secondaires et les arrêts de longue durée !

Stratégies de maintenance Principal objectif

Tous les composants des turbines sont sujets à l'usure

Stratégies de maintenance Les motifs de la maintenance

Usure normale

Vieillissement

Corrosion

Rupture fortuite


En cas de défaillance

Avantages + aucun coût de révision

Inconvénients - Coûts et durée de la réparation imprévisibles

Préventive

Avantages + haute disponibilité + arrêts programmés + pièces détachées commandées en temps utile

Inconvénients - Les révisions peuvent êtres trop précoces ou trop fréquentes

Périodique Conditionnelle

Avantages + coûts de révision minimes

Inconvénients

- coût de mesure, relevés et analyses de données - données mesurables ne fournissent pas d’informations sur tous les composants

Exemple: vibration sur un palier


Temps

Vibrations

Inspection préventive

Principes de base




Table des matières

Conclusion

TEOH = Tact + ns x Ts

TEOH

Tact

ns

Ts

Source VGB R 115

= heures de fonctionnement équivalentes

= heures de fonctionnement réelles

= nombre total de démarrage (à chaud et à froid)

= heures de fonctionnement équivalentes pour un démarrage

Programme d'inspection et de révision Heures de fonctionnement équivalentes

Première mise en service

Inspection

Révision mineure

Révision majeure

heures de fonctionnement équivalentes

Programme d'inspection et de révision Programme d'inspection et de révision

Principes de base




Table des matières

Conclusion

Catégories

Inspection (12500 hf – 1 an 1/2)

Révision mineure (25000 hf - 3 ans)

Révision majeure (50000 hf - 6 ans)

Sans démontage !

essai de fonctionnement

vérification / comparaison des données de fonctionnement : - puissance - vibrations - temps d'arrêt - etc.

Test d’huile

Vérification des filtres

Inspection roulements dimensions extérieures alignement vannes d'urgence et de

commande inspection endoscopique

Démontage complet de la turbine, nettoyage et inspection de tous les composants présence de dépôts détérioration mécanique érosion / corrosion criques alignement dilatation, déformation évaluation de la vie utile

Étendue des travaux

Étendue des inspections, révision majeure et mineure Types de maintenance

Principes de base




Table des matières

Conclusion

Gestion de la stratégie

de maintenance

Training

Solution Service Complète

Modernisations & Upgrades

Performance, Fiabilité et Disponibilité

Technical Support

Field Service

Repairs & Overhauls Spare Parts

Service Portfolio

Étendue des inspections, révision majeure et mineure Pourquoi la maintenance ?

Avec un concept de maintenance idéal

Minimisation des temps d'arrêt

Prévention des arrêts non programmés

Optimisation des coûts de fonctionnement

Allongement de la durée de vie utile

Plus grande disponibilité et fiabilité

Plus grande efficacité de fonctionnement

Étendue des inspections, révision majeure et mineure Avantages

Des questions ?

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Contact Francois-Xavier Dubois Head of Steam Turbine and Distributed Generation Siemens n.v./s.a. PG ST & DG

Demeurslaan 132

1654 Brussels

Belgium

Phone: +32 253-4914

Fax: +32 253-62602

Mobile: +32 478 543388

E-mail: [email protected]

mailto:[email protected]�

turbines à vapeur industrielles et concepts de maintenance

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