امروزه آگـاهی در رابـطه با بهبـود سیستـم پـاكسـازی و تصفیه هـوای ورودی بـه توربین گـاز ) (Turbine air Filteration رشد فزایندهای یافته است.به طورساده میتوان گفت كه فیلتر و تمیز كردن هوای ورودی به كمپرسور، نقش بسیار مـهمی در عمـلكرد توربینهای گازی ایفا میكند. هنگامی كه هوای ورودی به كمپرسور كاملاً تصفیه و پاك باشد، كمك زیادی به تولید برق باراندمان بالا، كرده و برای شرایط ارایه شده هر قدر هوا تمیزتر باشد، قدرت تولیدی گاز بیشتر خواهد بود. سه مشكل اساسی و مهم كه هوای كثیف میتواند برای توربینهای گاز به وجود آورد عبارتند از:ساییدگیErosion)) پرهها، كثیف شدن (Fouling) كمپرسور و گرفتگی راهگاههای خنك كنندگی در پرهها. شرایط فوق باعث میشود كه راندمان توربین گاز، كاهش یابد كه نتیجه آن كاهش تولید برق و در انتها كاهش در سود نیروگاه، است. علاوه بر آن، صدمات و خسارات مالی نیز به قسمتهای دوار مخصوصاً پرههای توربین، كمپرسور و ... وارد میشود.
●اصول فیلتراسیون توربین گاز
طراحی فیلترهای هوای ورودی به توربینهای گاز باید به صورتی انجام شود كه دو اصل مهم راندمان فیلتراسیون و كمترین مقدار افت فشار را در حال تعادل نگاه دارد.توربینهای گاز باید طوری طراحی شوند كه كمترین انرژی برای مكیدن هوا از بیرون، توسط توربین گاز مصرف شود. بنابراین در حالی كه فیلترهای توربین گاز بیشترین ناخالصیهای موجود در هوا را باید تصفیه كنند (راندمان بالای فیلتراسیون) كمترین افت فشار در مرحله مكش هوا باید وجود داشته باشد.كاهش در افت فشار سیستم فیلتر هوای ورودی باعث میشود كه توربین گاز، انرژی كمتری برای مكیدن هوا مصرف كند كه نتیجه آن، انرژی زیادتر تولیدی، خواهد بود.نیاز به متعادل كردن دو عامل فوق، زمانی قابل درك است كه در دو حد نهایی عمل فیلتراسیون حركت كنیم. به عنوان مثال، یك ورق فولادی، بیشترین راندمان فیلتراسیون را دارد زیرا هیچگونه ناخالصی از میان آن عبور نمیكند. ولی متاسفانه حركت هوا در مقابل صفحه فولادی، متوقف میشود.در مقابل، یك تور ماهیگیری هیچگونه مقاومتی در مقابل عبور هوا نشان نمیدهد ولی راندمان فیلتراسیون تور ماهیگیری تقریباً صفر است.بنابراین برای یك سیستم فیلتراسیون ایدهآل باید یك تعادل كامل بین دو هدف متقابل در یكدیگر یعنی راندمان فیلتراسیون و افت فشار كم را به وجود آورد.
●ذرات كوچك ولی با صدمات زیاد
هرچند كه گردوغبار و سایر ذرات موجود در هوا، ابعاد كوچكی دارند ولی میتوانند صدمات زیادی به توربین گازوارد كنند.پرههای كمپرسور و توربین گاز طوری طراحی و ساخته شدهاند كه یك گذرگاه جریان هوای آیرودینامیكی بسیار دقیق و حساس بوجود بیاورند. هر عاملی كه در جریان یافتن هوا به صورت آیرودینامیكی دخالت كند، میتواند باعث كاركرد بیشتر توربین گاز برای حركت گاز شود كه موجب افت راندمان میشود. محورهای توربین گاز قطور است (بطور معمول ۱ تا ۵/۱ متر قطر دارند) ضمن آنكه این محورها در دورهای بالا (چند هزار دور در دقیقه) كار میكنند.با در نظر گرفتن عوامل فوق، میتوان دید كه اصابت مداوم ذرات موجود در هوا به پرههای كمپرسور و توربین در حالی كه با سرعت زیاد در حال حركت است باعث وارد آمدن صدمات زیادی به پرهها میشود. بنابراین میتوان نتیجهگیری كرد كه عمل فیلتراسیون از نظر نگهداری كمپرسور و توربین و از دیدگاه راندمان، بسیار مهم است.ساییدگی Erosion مشكلی است كه بر اثر برخورد ذرات بزرگ (ذراتی كه از اندازه ۱۰ میكرون و بزرگتر ساخته شده اند) با پرههای كمپرسور و توربین به وجود آمده و باعث تخریب پره های كمپرسور و توربین میشود. به عنوان مورد حاد، میتوان از ساییدگیهای زیاد در پرهها، نام برد، به عنوان مثال در یك مورد در اواخر دهه ۱۹۷۰ میلادی در رابطه با سیستم فیلتراسیون استائیك با درب كنارگذر (by pass door) میتوان یاد كرد كه در این حادثه درب كنارگذر بر روی هوای فیلتر نشده كه از كویر در هنگام طوفان میآمد باز شده بود كه بر اثر آن تمام پرههای توربین گاز كاملاً از بین رفتند. حادثه فوق گویای این مطلب است كه بر اثر فیلتر نكردن هوا میتوان پرههای توربین را كاملاً از بین برد. امروز با استفاده از سیستمهای پیشرفته فیلتراسیون میتوان خطر ساییدگی را از بین برد. هماكنون سازندگان فیلتر در حال مطالعه و تحقیق بر روی اثرات مخرب ذرات بسیار ریز (۵ میكرون و كوچكتر) بر روی پرهها هستند. ذرات كوچك، باعث خوردگی پرهها، كثیف شدن كمپرسور و گرفتگی راهگاههای خنككننده پرههای توربین میشود.خوردگی در محلهایی كه ذرات همراه با مواد یا بخارات شیمیایی معلق در هوا با فلز پره توربین گاز تركیب شود باعث خسارت به پرهها میشود. كثیف شدن كمپرسور بر اثر جمع شدن اجسام ریز بر روی پره در قسمت پایین دست كمپرسور بهوجود میآید كه باعث كاهش شدید راندمان سیستم توربین و افزایش نرخ حرارتی (Heat Rate) توربین گاز و در نتیجه افزایش مصرف سوخت میشود. گرفتگی در راهگاههای خنككننده پرههای توربین یكی دیگر از مشكلات فیلتراسیون است كه باید مورد بررسی قرار گرفته و برطرف شود. پرههای توربین گاز در محیطی قرار دارند كه بسیار داغ است. هوای فشرده پس از ورود به اطاق احتراق و تركیب با سوخت و انجام عمل احتراق بصورت دود با درجه حرارت بسیار بالا از منطقه احتراق خارج شده و به پرههای توربین برخورد میكند. بنابراین محیطی كه پرههای توربین گاز در آن قرار دارد بسیار گرم است. برای خنككردن پرههای توربین گاز از هوای فشرده برگرفته از كمپرسور توربین گاز استفاده میشود. پرههای قسمت توربین طوری طراحی شدهاند كه راهگاههای بسیار ریزی در داخل آنها تعبیه شده كه هوای خنك از داخل آنها عبور كرده و پره را خنك میكند. بدون یك سیستم فیلتراسیون مناسب، ذرات ریز موجود در هوا میتواند راهگاههای خنك كننده را بسته و باعث گرم شدن بیش از حد پرهها شود كه خسارتهای بسیار سنگینی به پرهها وارد خواهد شد. هرچند كه اكثر توربینهای گاز، دارای حسگرهایی است كه هنگام بالا رفتن درجه حرارت پرهها به حد خطرناك باعث تریپ (ایست ناگهانی) توربین گاز میشود ولی ادامه این عمل باعث كاهش عمر توربین گاز میشود.
●نوع و طبیعت ناخالصی ها
انواع زیادی ناخالصی در هوا وجود دارد كه باعث صدمه زدن به سیستمهای توربین گاز میشود، این ناخالصیها توسط چشم غیرمسلح، قابل دیدن نیست.به عنوان مثال، اجسام معلق در دود حاصل از احتراق هیدروكربن ها (سوختهای فسیلی) در موتورهای احتراق داخلی در طیف اجسام زیرمیكرون و جزو كوچكترین اجسام آلودهكننده محیط است. خاصیت و طبیعت چسبندگی این اجسام باعث میشود كه این اجسام در طبقه بندی از نوع بسیار آسیبدهنده قرار گیرند. دیگر اجسام معمول آلودهكننده كه باعث اثرات منفی بر روی توربین گاز میشود شامل غبار،رطوبت (مه)، ذرات ریز یخ (Frost) و دود است.
●اصول فیلتراسیون توربین گاز
طراحی فیلترهای هوای ورودی به توربینهای گاز باید به صورتی انجام شود كه دو اصل مهم راندمان فیلتراسیون و كمترین مقدار افت فشار را در حال تعادل نگاه دارد.توربینهای گاز باید طوری طراحی شوند كه كمترین انرژی برای مكیدن هوا از بیرون، توسط توربین گاز مصرف شود. بنابراین در حالی كه فیلترهای توربین گاز بیشترین ناخالصیهای موجود در هوا را باید تصفیه كنند (راندمان بالای فیلتراسیون) كمترین افت فشار در مرحله مكش هوا باید وجود داشته باشد.كاهش در افت فشار سیستم فیلتر هوای ورودی باعث میشود كه توربین گاز، انرژی كمتری برای مكیدن هوا مصرف كند كه نتیجه آن، انرژی زیادتر تولیدی، خواهد بود.نیاز به متعادل كردن دو عامل فوق، زمانی قابل درك است كه در دو حد نهایی عمل فیلتراسیون حركت كنیم. به عنوان مثال، یك ورق فولادی، بیشترین راندمان فیلتراسیون را دارد زیرا هیچگونه ناخالصی از میان آن عبور نمیكند. ولی متاسفانه حركت هوا در مقابل صفحه فولادی، متوقف میشود.در مقابل، یك تور ماهیگیری هیچگونه مقاومتی در مقابل عبور هوا نشان نمیدهد ولی راندمان فیلتراسیون تور ماهیگیری تقریباً صفر است.بنابراین برای یك سیستم فیلتراسیون ایدهآل باید یك تعادل كامل بین دو هدف متقابل در یكدیگر یعنی راندمان فیلتراسیون و افت فشار كم را به وجود آورد.
●ذرات كوچك ولی با صدمات زیاد
هرچند كه گردوغبار و سایر ذرات موجود در هوا، ابعاد كوچكی دارند ولی میتوانند صدمات زیادی به توربین گازوارد كنند.پرههای كمپرسور و توربین گاز طوری طراحی و ساخته شدهاند كه یك گذرگاه جریان هوای آیرودینامیكی بسیار دقیق و حساس بوجود بیاورند. هر عاملی كه در جریان یافتن هوا به صورت آیرودینامیكی دخالت كند، میتواند باعث كاركرد بیشتر توربین گاز برای حركت گاز شود كه موجب افت راندمان میشود. محورهای توربین گاز قطور است (بطور معمول ۱ تا ۵/۱ متر قطر دارند) ضمن آنكه این محورها در دورهای بالا (چند هزار دور در دقیقه) كار میكنند.با در نظر گرفتن عوامل فوق، میتوان دید كه اصابت مداوم ذرات موجود در هوا به پرههای كمپرسور و توربین در حالی كه با سرعت زیاد در حال حركت است باعث وارد آمدن صدمات زیادی به پرهها میشود. بنابراین میتوان نتیجهگیری كرد كه عمل فیلتراسیون از نظر نگهداری كمپرسور و توربین و از دیدگاه راندمان، بسیار مهم است.ساییدگی Erosion مشكلی است كه بر اثر برخورد ذرات بزرگ (ذراتی كه از اندازه ۱۰ میكرون و بزرگتر ساخته شده اند) با پرههای كمپرسور و توربین به وجود آمده و باعث تخریب پره های كمپرسور و توربین میشود. به عنوان مورد حاد، میتوان از ساییدگیهای زیاد در پرهها، نام برد، به عنوان مثال در یك مورد در اواخر دهه ۱۹۷۰ میلادی در رابطه با سیستم فیلتراسیون استائیك با درب كنارگذر (by pass door) میتوان یاد كرد كه در این حادثه درب كنارگذر بر روی هوای فیلتر نشده كه از كویر در هنگام طوفان میآمد باز شده بود كه بر اثر آن تمام پرههای توربین گاز كاملاً از بین رفتند. حادثه فوق گویای این مطلب است كه بر اثر فیلتر نكردن هوا میتوان پرههای توربین را كاملاً از بین برد. امروز با استفاده از سیستمهای پیشرفته فیلتراسیون میتوان خطر ساییدگی را از بین برد. هماكنون سازندگان فیلتر در حال مطالعه و تحقیق بر روی اثرات مخرب ذرات بسیار ریز (۵ میكرون و كوچكتر) بر روی پرهها هستند. ذرات كوچك، باعث خوردگی پرهها، كثیف شدن كمپرسور و گرفتگی راهگاههای خنككننده پرههای توربین میشود.خوردگی در محلهایی كه ذرات همراه با مواد یا بخارات شیمیایی معلق در هوا با فلز پره توربین گاز تركیب شود باعث خسارت به پرهها میشود. كثیف شدن كمپرسور بر اثر جمع شدن اجسام ریز بر روی پره در قسمت پایین دست كمپرسور بهوجود میآید كه باعث كاهش شدید راندمان سیستم توربین و افزایش نرخ حرارتی (Heat Rate) توربین گاز و در نتیجه افزایش مصرف سوخت میشود. گرفتگی در راهگاههای خنككننده پرههای توربین یكی دیگر از مشكلات فیلتراسیون است كه باید مورد بررسی قرار گرفته و برطرف شود. پرههای توربین گاز در محیطی قرار دارند كه بسیار داغ است. هوای فشرده پس از ورود به اطاق احتراق و تركیب با سوخت و انجام عمل احتراق بصورت دود با درجه حرارت بسیار بالا از منطقه احتراق خارج شده و به پرههای توربین برخورد میكند. بنابراین محیطی كه پرههای توربین گاز در آن قرار دارد بسیار گرم است. برای خنككردن پرههای توربین گاز از هوای فشرده برگرفته از كمپرسور توربین گاز استفاده میشود. پرههای قسمت توربین طوری طراحی شدهاند كه راهگاههای بسیار ریزی در داخل آنها تعبیه شده كه هوای خنك از داخل آنها عبور كرده و پره را خنك میكند. بدون یك سیستم فیلتراسیون مناسب، ذرات ریز موجود در هوا میتواند راهگاههای خنك كننده را بسته و باعث گرم شدن بیش از حد پرهها شود كه خسارتهای بسیار سنگینی به پرهها وارد خواهد شد. هرچند كه اكثر توربینهای گاز، دارای حسگرهایی است كه هنگام بالا رفتن درجه حرارت پرهها به حد خطرناك باعث تریپ (ایست ناگهانی) توربین گاز میشود ولی ادامه این عمل باعث كاهش عمر توربین گاز میشود.
●نوع و طبیعت ناخالصی ها
انواع زیادی ناخالصی در هوا وجود دارد كه باعث صدمه زدن به سیستمهای توربین گاز میشود، این ناخالصیها توسط چشم غیرمسلح، قابل دیدن نیست.به عنوان مثال، اجسام معلق در دود حاصل از احتراق هیدروكربن ها (سوختهای فسیلی) در موتورهای احتراق داخلی در طیف اجسام زیرمیكرون و جزو كوچكترین اجسام آلودهكننده محیط است. خاصیت و طبیعت چسبندگی این اجسام باعث میشود كه این اجسام در طبقه بندی از نوع بسیار آسیبدهنده قرار گیرند. دیگر اجسام معمول آلودهكننده كه باعث اثرات منفی بر روی توربین گاز میشود شامل غبار،رطوبت (مه)، ذرات ریز یخ (Frost) و دود است.
آخرین ویرایش توسط مدیر: