On-line monitoring van gasturbines

Verbrandingsbewaking met FlameBeat
In moderne gasturbines wordt een vermindering van de NOx-uitstoot bereikt met behulp van Dry Low NOx-branders, die een pre-mix van brandstof met een grote overvloed aan lucht gebruiken. De vlam van emissiearme pre-mix branders wordt al gauw onstabiel. Bij dergelijke onregelmatigheden in een gasturbine zal de bedieningsapparatuur ervoor zorgen dat de gasturbine wordt gestopt, een actie die vaak gepaard gaat met aanzienlijke financiële schade. Een van de redenen van zo'n stilstand is het optreden van een onstabiele vlam die onaanvaardbare trillingen in de verbrandingskamer tot gevolg heeft. KEMA's online bewakingssysteem "FlameBeat®" is ontworpen om dergelijke uitval als gevolg van een onstabiele vlamuitstoot te voorkomen en om tijdig schade aan heetgascomponenten te herkennen. Hevige trillingen brengen de integriteit van de gasturbine in gevaar. Het systeem is gebaseerd op dynamische hoge temperatuur druksondes op de verbrandingskamer(s). Na het opstarten wordt een "vingerafdruk" genomen. Door middel van een vergelijking tussen daadwerkelijke spectra en de "vingerafdruk" kan Flamebeat storingen of degradatie van componenten al in een vroegtijdig stadium herkennen. Op deze manier verstrekt het systeem informatie over scheurtjes in verbrandingskamers, pakkinglekkages, schade aan de brander of afwijkingen in de brandstofkwaliteit.

In Nederland heeft KEMA "FlameBeat®" in de gasturbines van twee energiecentrales geïnstalleerd. Verschillen in het niveau en de frequentie van de vlamuitstoot in één van deze eenheden deed een scheurtje in de verbrandingskamer vermoeden. Er werd een tijdelijke reparatie uitgevoerd en de installatie werd weer opgestart. Tijdens de volgende geplande onderhoudsbeurt werd de verbrandingskamer vervangen.

Schoeptemperatuurmetingen met TurboTherm
In moderne gasturbines bestaat er een groot verschil tussen de inlaattemperatuur van de turbine en de toelaatbare metaaltemperatuur van de schoepen. De schoepen worden dan ook gekoeld. Een verstoring van het koelproces zal de schoeptemperatuur doen oplopen waardoor er voortijdig schade aan de schoepen zal optreden. Dit soort schade is uitermate kostbaar.
KEMA biedt een systeem van contactloze temperatuurmetingen. Dit levert een operationele methode voor het traceren van koelproblemen. Bovendien is de schoeptemperatuur van invloed op de oxidatie van de coating, vermoeiing en kruip van de gasturbineschoepen, en levert daarmee grote risico's op voor de levensduur van de schoepen.
Door een ‘vingerafdruk’ van de schoeptemperaturen te maken, kunnen schoepen met een temperatuur die afwijkt van de gemiddelde temperatuur, direct worden geïdentificeerd. Door overmatig hete schoepen te vervangen, wordt het risico op ernstige schade beperkt. In turbines waarvan de rotorschoepen niet worden gekoeld, kan de inlaattemperatuur dankzij pyrometrie dusdanig worden aangepast dat er een optimaal evenwicht tussen het rendement van de turbine en de levensduur van de schoepen wordt bereikt. Een belangrijk kenmerk van deze methode is dat de temperatuur kan worden gemeten terwijl de turbine in normaal bedrijf is en het bedrijfsproces dus niet onderbroken hoeft te worden.
Voor een reeks representatieve omstandigheden geeft een kosten-batenanalyse een netto contante waarde van €/$ 3 miljoen aan.

Bewaking van de restlevensduur met BladeLife
De heetgascomponenten van een gasturbine hebben een beperkte levensduur. Vervanging vindt plaats volgens de richtlijnen van de fabrikant. Deze richtlijnen zijn vaak conservatief en niet toegespitst op de individuele bedrijfsomstandigheden. De kosten van vervanging kunnen oplopen tot een derde van het oorspronkelijke investeringsbedrag.
Om dit probleem te ondervangen, heeft KEMA BladeLife ontwikkeld: dit zijn managementsystemen voor de levensduur van diverse soorten gasturbines. In dit systeem zijn factoren als kruip, vermoeiing en degradatie van de coating meegenomen. De restlevensduur wordt bepaald op basis van historische bedrijfsdata. Simulaties maken het mogelijk het effect van bedrijfsparameters in te schatten. Bovendien kunnen acceptatiecriteria, zoals coating en wanddikte, worden afgeleid vanuit de kennis die in de modellen is verwerkt.
BladeLife maakt een optimaal levensduurmanagement mogelijk en geeft een duidelijk beeld van het effect van de bedrijfsparameters waardoor het ontstaan van ongunstige condities kan worden voorkomen. De restlevensduur is mogelijk veel langer dan aangegeven door de fabrikant.

Bekijk de video over FlameBeat om een indruk te krijgen van onze on-line monitoring diensten van gasturbines!