Online-Überwachung von Gasturbinen

Verbrennungsüberwachung mit FlameBeat
In modernen Gasturbinen wird mit Hilfe von Dry Low NOx-Brennern (DLN-Brennern), die mit einer Vormischung von Brennstoff (Vormischbetrieb) mit einem großen Luftüberschuss betrieben werden, eine Senkung der NOx-Emissionen verwirklicht. Die Flamme der mageren Vormischbrenner wird jedoch leicht instabil. Wenn in einer Gasturbine solche Unregelmäßigkeiten auftreten, wird die Steuerung eine Schnellschluß-Abschaltung (Trip) der Gasturbine auslösen - eine Maßnahme, die oft erhebliche finanzielle Schäden nach sich zieht. Einer der Ursachen für einen solchen Trip ist das Auftreten einer instabilen Flamme, die unzulässige Vibrationen in der Brennkammer zur Folge hat. Das KEMA-Online-Überwachungssystem „FlameBeat®" wurde dazu konzipiert, einen solchen Ausfall infolge instabiler Pulsationen der Flammen zu verhindern und Schäden an Komponenten des Heißgas-Pfades frühzeitig zu erkennen. Starke Vibrationen gefährden die Integrität der Gasturbine. Das System basiert auf hochtemperaturfesten dynamischen Drucksonden an der/den Brennkammer(n). Nach dem Anfahren wird erst ein ,Fingerabdruck’ erstellt. Mit Hilfe eines Vergleichs zwischen den tatsächlichen Spektren und dem ,Fingerabdruck’ kann das Flamebeat-System Störungen oder eine Verschlechterung von Komponenten schon in einem frühzeitigen Stadium erkennen. Auf diese Weise liefert das System Informationen über Risse in Brennkammern, Lecks in Dichtungen, Brennerschäden oder Abweichungen in der Brennstoffqualität.

Schaufeltemperaturmessungen mit TurboTherm
In modernen Gasturbinen besteht ein großer Unterschied zwischen der Turbineneintrittstemperatur und der zulässigen Metalltemperatur der Schaufeln. Darum werden die Schaufeln gekühlt. Eine Störung des Kühlprozesses führt zum Anstieg der Schaufeltemperatur, was schließlich vorzeitige Schäden an den Schaufeln zur Folge hat. Derartige Schäden sind äußerst kostspielig.
KEMA hat ein System berührungsfreier Temperaturmessungen entwickelt. Dies ergibt eine betriebstaugliche Methode zur Verfolgung von Kühlungsproblemen. Darüber hinaus wirkt sich die Schaufeltemperatur auf die Oxidation der Beschichtung sowie das Ermüdungs- und Kriechverhalten der Gasturbinenschaufeln aus, wodurch sie schlussendlich von erheblicher Bedeutung für die Lebensdauer der Schaufeln ist.
Indem ein ,Fingerabdruck’ der Schaufeltemperaturen erstellt wird, können die Schaufeln mit einer von der Durchschnittstemperatur abweichenden Temperatur sofort identifiziert werden. Durch den Austausch überhitzter Schaufeln wird das Risiko von gravierenden Schäden beschränkt. In Turbinen, in denen die Beschaufelung nicht gekühlt wird, kann die Eintrittstemperatur dank der Pyrometrie so angepasst werden, dass ein optimales Gleichgewicht zwischen dem Turbinenwirkungsgrad und der Schaufellebensdauer erreicht wird. Ein wichtiges Merkmal dieser Methode besteht darin, dass die Temperatur während des normalen Betriebs der Turbine gemessen werden kann, d.h. ohne Beeinträchtigung des Betriebsprozesses.
Eine für eine Reihe repräsentativer Bedingungen erstellte Kosten-Nutzen-Analyse zeigt einen Netto-Barwert von €/$ 3 Mio.

Restlebensdauer-Überwachung mit BladeLife
Die Komponenten des Heißgas-Pfades einer Gasturbine haben eine beschränkte Lebensdauer. Die Erneuerung findet gemäß den Herstellerrichtlinien statt. Diese Richtlinien sind oft konservativ und nicht auf die individuellen Betriebsbedingungen der jeweiligen Anlage abgestimmt. Die Kosten für die Erneuerung können bis zu einem Drittel der ursprünglichen Investition betragen.
Zur Lösung dieses Problems hat KEMA BladeLife entwickelt: Systeme für das Lebensdauer-Management verschiedener Gasturbinentypen. In diesem System werden Faktoren wie Kriech- und Ermüdungsverhalten sowie die Verschlechterung der Beschichtung berücksichtigt. Die Restlebensdauer wird auf der Basis historischer Betriebsdaten bestimmt. Simulationen ermöglichen eine Einschätzung der Auswirkung von Betriebsparametern. Darüber hinaus können Akzeptanzkriterien, wie Beschichtung und Wanddicke, aus dem in die Modelle eingeflossenen Know-how abgeleitet werden.
BladeLife ermöglicht ein optimales Lebensdauer-Management und zeigt ein deutliches Bild der Auswirkung der Betriebsparameter, wodurch widrige Bedingungen vermieden werden können. Möglicherweise ergibt sich dann eine viel längere Restlebensdauer, als vom Hersteller angegeben.

Für weitere Informationen stehen wir Ihnen gern zur Verfügung.