Проблема: Влага от влажности и тропического дождя вызывает высокий dP и перенос любых захваченных частиц через фильтры в турбину, что приводит к потерям эффективности компрессора 3-5% и потерям мощности 15-20%.

Решение: Водонепроницаемые фильтры Donaldson Turbo-Tek Er5 | W5 | P1

Результаты: 

• Увеличение срока службы фильтра втрое — с 18 до 48 месяцев — по сравнению с 12 месяцами и снижением эффективности на 10 %
• Отсутствие проникновения влаги в периоды высокой влажности или тропических дождей
• Отсутствие потерь эффективности при работе осевых компрессоров или производстве электроэнергии
• Сокращение числа промывок водой и их проведение только во время остановов

Завод по производству сжиженного природного газа (СПГ) успешно работает четыре года в условиях тропического климата благодаря водонепроницаемой системе фильтрации воздуха, предоставленной подразделением Donaldson — Газотурбинные системы. Этот практический пример можно распространить и на другие нефтеперерабатывающие заводы и электростанции, эксплуатируемые в сложных условиях повышенной влажности и переносимых по воздуху загрязняющих веществ.

Завод СПГ, рассматриваемый в данном практическом примере, соединен подводным трубопроводом с морскими платформами в Тиморском море. Он принадлежит одной из крупнейших мировых нефтегазовых компаний. На нем работают шесть двигателей GE LM2500 G4: две турбины предназначены для охлаждения пропана, две — для этилена и две — для метана.

Для обеспечения работы шести турбинных двигателей завода требуется в общей сложности 720 пар фильтрующих элементов для улавливания переносимых по воздуху загрязняющих веществ и подачи чистого всасываемого воздуха. Тропический климат этого прибрежного района создает серьезные проблемы с фильтрацией. Условия в летние месяцы — это относительная влажность 80 %, тропические дожди и соленый воздух. В сухой зимний период воздух сильно загрязнен дымом и золой от низовых пожаров. Вместе с влагой через фильтры, как правило, проникают и твердые частиц, способные загрязнять лопатки компрессора и вызывать преждевременный износ оборудования.

В 2014 году завод СПГ использовал синтетические фильтры премиум-класса F9 MERV 15. На тот момент эта технология фильтрации воздуха была самой передовой в сфере эксплуатации турбин. Хотя их фильтрующие элементы работали эффективнее ранее использовавшихся смешанных фильтров F9 MERV 15, недостаточные показатели дифференциального давления (dP) и срока службы фильтров все еще приводили к проблемам в работе турбин.

«Фильтры забивались частицами сажи, — рассказал главный инженер по вращающемуся оборудованию. — Многие из этих загрязнений проникали через фильтр и налипали на лопатки нашего осевого компрессора, потому что имели субмикронный размер».

Повышение дифференциального давления и снижение эффективности осевого компрессора — это показатели того, что в фильтры все еще проникает значительный объем влаги, а вместе с ними и загрязняющие вещества, включая сажу, дым и соль. Это вызывало загрязнение лопаток и их механический дисбаланс, приводивший к снижению эффективности осевого компрессора. За 12 месяцев это снижение достигало 3–5 %, приводя к ощутимым потерям мощности.

«Самую большую проблему, вызываемую влажностью, представляла собой потеря мощности из-за высокой температуры адиабатного испарения, — объяснил инженер. — При влажной погоде пропускная способность нашей установки уже снижалась на 15–20%, что означало любое дальнейшее ухудшение показателей вследствие перепада давления (dP) на фильтре, усугублявшего проблему.

Мы оказались в ситуации, когда требовалось либо снять верхний корпус турбин и чистить лопатки вручную, либо отправить их на ремонт».

Чтобы справиться с потерей мощности во влажный летний период, завод промывал оборудование водой, что сопровождалось дополнительными затратами на техобслуживание и оплату работы: для промывки в режиме останова требуется целый рабочий день бригады из шести человек, а в рабочем режиме — бригада из двух человек и несколько рабочих дней.

Однако промывка водой была лишь временным решением проблемы потери мощности. После каждой промывки мощность частично восстанавливалась, но с каждым циклом промывки ее эффективность снижалась. Следовательно, через 18 месяцев эксплуатации 720 пар фильтров больше не могли обеспечивать достаточный уровень производства электроэнергии и требовали замены.

Чтобы решить эту проблему, в 2015 году на заводе СПГ было решено опробовать новый водонепроницаемый фильтрующий материал Donaldson Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 класса (H)EPA. Заказчик оснастил фильтрами Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 четыре из шести турбин СПГ, продолжив использовать существовавшую технологию F9 для двух оставшихся, самостоятельно сравнить показатели их работы.

Через девять месяцев такая замена серьезно повысила уровень защиты турбины, о чем свидетельствуют показатели dP и КПД компрессора для турбин, оснащенных водонепроницаемыми фильтрами. Значение dP оставалось стабильным в течение летних месяцев и всего срока службы фильтра, и практически не снижался КПД осевого компрессора.

По результатам испытаний завод СПГ принял решение оснастить все шесть турбин водонепроницаемыми (H)EPA-фильтрами Turbo-Tek Er5 | W5 | P1, а затем компания провела аналогичную замену и на других своих предприятиях по производству СПГ.

К концу 2019 года, через четыре года после первого испытания, все фильтры Turbo-Tek Er5 | W5 | P1, применяемые на заводе СПГ, сохранили свои исходные рабочие характеристики. Двигатели продолжают работать при почти нулевом снижении эффективности осевого компрессора, а завод избавился от необходимости проводить промывку водой в рабочем режиме.

Примечательно, что даже в декабре 2019 года завод по-прежнему продолжал использовать оригинальные фильтры Turbo-Tek Er5 | W5 | P1, установленные в 2015 году, заменив лишь одну обмотку предварительной фильтрации через 36 месяцев эксплуатации, чтобы уменьшить незначительное повышение показателя dP. Срок службы фильтра увеличился с 18 до 48 месяцев, что привело к существенной экономии затрат на приобретение фильтров и техобслуживание.

«Переход с фильтров F9 Spider-Web XP на водонепроницаемые фильтры E12 Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 невероятным образом улучшил нашу работу, поскольку теперь не снижается эффективность нашего компрессора и не требуются остановы для проведения промывок, — отметил инженер. — Чем чище будут наши турбины в течение всего влажного сезона, тем более стабильным будет наше производство. Благодаря фильтрам наш осевой компрессор остается очень чистым, и, плюс к этому, они удивительно долго остаются пригодными к эксплуатации. Так что мы все довольны результатами. Инвестиций в водонепроницаемые фильтры Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 благодаря своей высокой рентабельности несомненно имеют смысл».

Выбор решений по фильтрации с учетом различных условий может оказать помощь по поддержанию эффективной и результативной работы. Чтобы помочь владельцам завода с выбором фильтров, в 2018 году компания Donaldson ввела систему оценки на основе показателей классификации Er | W | P для своей линейки фильтров Turbo-Tek для газовых турбин. Используя результаты первых в отрасли лабораторных испытаний на водонепроницаемость и степень регенерации импульсами, компания Donaldson теперь оценивает фильтры каждого типа по шкале от 0 до 5 для следующих трех характеристик:

• Эффективность (от Er0 до Er5) — Какую долю переносимых по воздуху загрязняющих веществ он улавливает?
• Водонепроницаемость (от W0 до W5) — Как он работает в условиях высокой влажности и воздействия влаги?
• Степень регенерации импульсами (от P0 до P5) — Относится к системам самоочистки. В какой степени фильтры восстанавливают свои пиковые эксплуатационные показатели после импульсной очистки сжатым воздухом?

Фильтр, обсуждаемый в данном примере, имеет классификацию Er5 | W5 | P1. Это означает, что они демонстрируют наивысшую эффективность улавливания (Er5), наивысшую водонепроницаемость (W5) и, будучи фильтрами глубинной фильтрации, имеют низкую степень регенерации импульсами (P1) по сравнению с другими фильтрами линейки Donaldson Turbo-Tek для газовых турбин.