Attenzione! Quando si aggiornano turbine più vecchie, aggiornare le valvole di controllo del gas

Jun 23, 2023

A seguito delle azioni legislative adottate negli Stati Uniti, l’acquisizione dei permessi per gli impianti greenfield alimentati a gas naturale è diventata sempre più una sfida. A New York, ad esempio, i funzionari statali hanno negato i permessi per due proposti impianti alimentati a gas naturale perché erano visti come ostacoli al raggiungimento degli obiettivi di emissioni di gas serra.

Nel 2020, la Commissione di regolamentazione pubblica del New Mexico ha cancellato un piano della El Paso Electric Company per costruire un nuovo impianto di gas naturale perché era visto come un ribaltamento degli obiettivi di energia pulita dei funzionari governativi. E in California, la commissione per i servizi pubblici ha trasmesso un messaggio disomogeneo anche riguardo all’accettazione delle proposte per nuovi impianti di gas.

In parte in risposta a questi sviluppi, i produttori di apparecchiature originali di turbine a gas (OEM) hanno introdotto una serie di aggiornamenti e pacchetti di retrofit per migliorare l'affidabilità, la flessibilità, l'efficienza e le emissioni dell'attuale parco di turbine della nazione. L’energia solare ed eolica varia con il tempo, ovviamente. I professionisti del settore energetico ritengono che l’aggiornamento delle turbine a gas sia fondamentale per mantenere tariffe elettriche ragionevoli e garantire una fornitura costante di elettricità alle case e alle imprese americane. E nonostante la crescita dei parchi eolici e solari nonché dell’energia idroelettrica, il World Resources Institute osserva che “il gas naturale svolgerà un ruolo significativo nel futuro mix elettrico della nazione nei prossimi anni”.

Per svolgere questo ruolo, gli operatori delle turbine a gas naturale e i proprietari degli impianti le cui apparecchiature alimentano aree significative della rete devono:

Per rispondere a queste preoccupazioni, i produttori di turbine stanno vendendo agli impianti tecnologie di controllo aggiornate come pacchetti di retrofit. Questi miglioramenti consentono estensioni della vita utile ben oltre le aspettative originali di 20 anni. La maggior parte delle turbine oggetto di questi aggiornamenti sono in servizio da 10 a 25 anni. I produttori originariamente dotavano queste turbine di dispositivi di controllo ad azionamento idraulico, progettati per funzionare con i sistemi di controllo offerti al momento della messa in servizio.

Una turbina fa appello alle valvole di controllo del gas e agli attuatori delle palette guida per tradurre i comandi dal sistema di controllo in una posizione meccanica e, in definitiva, regolare il flusso di gas naturale e aria alla turbina in condizioni ambientali e di carico variabili. Inoltre, la natura di questi sistemi non lascia alcuna possibilità di ridondanza su una base di assemblaggio di livello superiore. La ridondanza può essere ottenuta solo a livello di componenti, principalmente con le parti elettriche. Questa apparecchiatura critica costituisce un punto di guasto unico per la struttura.

Per ottenere i vantaggi della tecnologia di controllo aggiornata, le condizioni operative impongono una maggiore domanda sui sistemi di attuazione del gas e delle palette guida. Ad esempio, una tecnologia di controllo migliorata può adattarsi in millisecondi anziché in secondi. Ciò conferisce una maggiore dinamica alle valvole di controllo del gas, aumentando l'oscillazione e modificando il profilo di movimento rispetto ai criteri di progettazione originali del produttore di turbine. Ciò può comportare un'usura accelerata delle servovalvole, degli attuatori o delle stesse valvole del gas. Poiché si tratta di dispositivi con guasto singolo, gli operatori delle turbine dovrebbero essere molto preoccupati di perdere questa prevedibilità.

Mentre i produttori progettano sistemi di attuazione con diversi pollici di corsa, la maggior parte delle turbine si stabilizza in una posizione con una corsa compresa tra il 60 e l'80% e quindi si regola attorno a quel punto di regolazione per ottenere prestazioni ottimali. Queste piccole regolazioni creano un profilo di micromovimento, che oscilla all'interno di una fascia di corsa molto stretta e usurano le fasce elastiche del pistone, l'alesaggio del cilindro e altri componenti. Per anni, questi componenti hanno generalmente fornito più di cinque anni di durata utile. Con la tecnologia di controllo aggiornata in atto, le nuove condizioni operative hanno ridotto la durata di servizio a un anno, a volte a mesi. Tieni presente che diversi aggiornamenti OEM aumenteranno anche il ciclo di ispezione principale del motore a turbina. Diminuire gli intervalli di revisione della valvola di controllo è controproducente per l'obiettivo finale.

Una volta che l'usura raggiunge un certo punto, il particolato risultante agirà come un contaminante abrasivo accelerando l'usura fino al raggiungimento del punto di cedimento. Piuttosto che una relazione lineare, l’usura rispetto al tempo assomiglia più al profilo della “mazza da hockey”, lasciando al proprietario dell’impianto meno tempo per mobilitare le squadre di manutenzione per la riparazione e/o la sostituzione.