MEJORANDO EL RENDIMIENTO Y PROTEGIENDO LA MAQUINARIA

Oil & Gas - Golfo de Tailandia

Una de las principales empresas mundiales de petróleo y gas tuvo graves problemas asociados con la operación de sus turbinas de gas. Los picos frecuentes en la presión del aire de entrada y los cortos intervalos de reemplazo del filtro condujeron a altos costes operativos.

Muchas de las turbinas también sufrieron corrosión por calor debido a una filtración deficiente, por lo que Camfil propuso una solución que no solo cumplió con su objetivo de 8.000 horas, también consiguió una reducción del 50% en la pérdida de carga.

El propietario de las turbinas, que opera varias plataformas en el Golfo de Tailandia, invitó a los principales jefes de la industria de la filtración a encontrar una solución para actualizar sus sistemas de filtración de alta velocidad.

La flota de turbinas de gas para accionamiento mecánico estaban equipadas con sistemas de alta velocidad y sufrían una corta vida útil del filtro, tiempo de inactividad frecuente y problemas de corrosión. Después de la inspección del sitio, Camfil propuso una modificación completa de las carcasas y se le otorgó una actualización del sistema de filtración para una de las dos turbinas de gas vecinas de 16 MW.

EL PROBLEMA

Un sistema de alta velocidad es normalmente un sistema de filtración estática con separadores de gotas antes y después de los filtros. Los sistemas de alta velocidad tienen la ventaja de reducir el tamaño, el peso y el costo inicial. Una desventaja es que hay pérdidas de rendimiento debido a una mayor pérdida de presión a través del sistema de entrada. Además, las eficacias de filtro para partículas pequeñas son significativamente más bajas que las de un sistema de velocidad más baja.

El Golfo de Tailandia ofrece un entorno desafiante con altos niveles de sal en el aire y vientos cálidos y húmedos. En este caso, el operador enfrentaba intervalos de reemplazo de filtro cada seis meses y una eficacia de filtración inferior al 70% en partículas de 0.4 μm (M6 según EN779: 2012)

DATOS DE LA ZONA

Clima Tres estaciones: frío, calor, lluvioso
Condiciones de la zona Altos niveles de lamas en el aire y vientos cálidos y húmedos.
Humedad Relativa Media > 80 %
Temperatura Min. y max.  18 - 40 °C / 68- 90 °F

 

EL DESAFÍO

La experiencia pasada de Camfil con la filtración en alta mar apuntaba hacia un sistema de filtración de etapas múltiples, pero en esta aplicación, un motor de accionamiento mecánico en una plataforma, las restricciones de peso y espacio limitaban las opciones a un sistema de 2 etapas. ¿Pero alcanzaría esta solución el objetivo de 8.000 horas de funcionamiento antes del cambio de filtro? El entorno hostil requería una solución con alta resistencia a la humedad y la sal. Si entraba sal en la turbina, el operador se enfrentaba al riesgo de daños irreversibles a la turbina y un tiempo de inactividad extremadamente costoso para la revisión del motor.

El grado mínimo de eficacia de filtración se estableció en E12 (EN1822:2009) o un tamaño máximo de partículas penetrantes (MPPS) del 99.5% para evitar la corrosión. La filtración a este nivel normalmente tiene un revés de pérdida de alta presión.
El interior del motor se mantiene limpio, pero también debe trabajar más para producir la misma salida debido a la mayor restricción del flujo de aire. Para alcanzar la reducción deseada en la pérdida de carga, el nivel de pre filtración se ajustó a F7 con una pérdida máxima de 110 Pa por filtro.

Para garantizar una larga vida útil y reducir el riesgo de arrastre de sal, el filtro final tenía que tener una extraordinaria capacidad de retención de polvo y, de igual manera, ofrecer una baja pérdida de carga Un filtro final CamGT 3V-600 con un área de medios efectiva de más de 50 m² fue la elección ideal para esta configuración.

Pre ESTUDIO e INSTALACIÓN

Camfil realizó una encuesta en el sitio donde se recopilaron los datos necesarios, como las condiciones del sitio, las limitaciones de espacio y el flujo de aire actual.

El proceso de diseño comenzó con base en la información existente y en el resultado del análisis del Coste del Ciclo de Vida (LCC) de Camfil. El exclusivo software de Camfil modela diferentes parámetros como la pérdida de carga, sensibilidad del motor, etc., para seleccionar la combinación óptima de filtros.

MEJORA DE RENDIMIENTO

El objetivo de este trabajo de actualización era obtener la máxima disponibilidad, es decir, 8.000 h / año de tiempo de ejecución, con solo una parada de servicio cada 12 meses. El usuario final también solicitó una mayor confiabilidad, ya que estas turbinas  alimentaban el compresor de gas de exportación.

La pérdida de carga inicial se redujo más del 50% con el nuevo sistema de filtración, de 996 Pa (4 "w.g.) a 478 Pa (1.92" w.g.). El primer día de instalación y después del arranque, el motor mejorado ganó alrededor de 1000 HP, aproximadamente un 6% más, en comparación con el sistema de mayor velocidad.

Después de seis meses de funcionamiento, el nuevo sistema no mostró un aumento en la pérdida de carga ni signos de degradación del rendimiento de la turbina. La turbina con el sistema de alta velocidad restante sufrió una degradación de ~25% durante el mismo período, lo que aumentó aún más la brecha en la producción, en comparación con la instalación mejorada de mejor rendimiento.


El tren 1, equipado con un sistema de velocidad media y filtros profundos de alta eficacia, muestra una salida de potencia más alta y más estable en comparación con el tren 2, el sistema de alta velocidad.

Image-Gulf-of-Thailand-Platform-Filterhouse-ENG.jpg

 

Pre ESTUDIO e INSTALACIÓN

Camfil realizó una encuesta en el sitio donde se recopilaron los datos necesarios, como las condiciones del sitio, las limitaciones de espacio y el flujo de aire actual.

El proceso de diseño comenzó con base en la información existente y en el resultado del análisis del Coste del Ciclo de Vida (LCC) de Camfil. El exclusivo software de Camfil modela diferentes parámetros como la pérdida de carga, sensibilidad del motor, etc., para seleccionar la combinación óptima de filtros.

MEJORA DE RENDIMIENTO

El objetivo de este trabajo de actualización era obtener la máxima disponibilidad, es decir, 8.000 h / año de tiempo de ejecución, con solo una parada de servicio cada 12 meses. El usuario final también solicitó una mayor confiabilidad, ya que estas turbinas  alimentaban el compresor de gas de exportación.

La pérdida de carga inicial se redujo más del 50% con el nuevo sistema de filtración, de 996 Pa (4 "w.g.) a 478 Pa (1.92" w.g.). El primer día de instalación y después del arranque, el motor mejorado ganó alrededor de 1000 HP, aproximadamente un 6% más, en comparación con el sistema de mayor velocidad.

Después de seis meses de funcionamiento, el nuevo sistema no mostró un aumento en la pérdida de carga ni signos de degradación del rendimiento de la turbina. La turbina con el sistema de alta velocidad restante sufrió una degradación de ~25% durante el mismo período, lo que aumentó aún más la brecha en la producción, en comparación con la instalación mejorada de mejor rendimiento.


El tren 1, equipado con un sistema de velocidad media y filtros profundos de alta eficacia, muestra una salida de potencia más alta y más estable en comparación con el tren 2, el sistema de alta velocidad.

Image-Gulf-of-Thailand-Platform-Filterhouse-ENG.jpg

THE CHALLENGE

Camfil’s past experience with offshore filtration pointed towards a multiple stage filtration system, but in this application, a mechanical drive engine on a platform, the weight and space restrictions limited the options to a 2-stage system. But would this solution reach the goal of 8000 running hours before filter changeout? The rough environment called for a solution with high resistance to humidity and salt. If salt is ingested in the turbine, the operator faces the risk of irreversible damage to the turbine and extreme costly downtime for engine overhaul. The minimum filtration efficiency grade was set to E12 (EN1822:2009) or 99,5% MPPS to avoid corrosion. Filtration at this level normally has a setback of high pressure loss. The engine interior is kept clean, but it must also work harder to produce the same output due to the higher airflow restriction. To reach the desired reduction in pressure drop, the pre-filtration level was set to F7 with a maximum loss of 110 Pa per filter. To ensure long lifetime and to reduce risk of salt entrainment, the final filter had to have extraordinary dust holding capacity and likewise, offer a low pressure drop. A CamGT 3V-600 final filter with more than 50m² effective media area was the ideal choice for this configuration.       

 

PRE-STUDY & INSTALLATION

A site survey was conducted by Camfil where necessary data like site conditions, space limitations, and current air flow was gathered. The design process started based on existing information and the outcome of Camfil’s Life Cycle Cost (LCC) analysis. Camfil’s unique software models different parameters such as fouling, pressure drop, engine sensitivity, etc., to select the optimum filter combination.

   ORIGINAL SUPPLY  CAMFIL UPGRADE
 Intake system type  High velocity system  Medium velocity system
 Air flow  7200 m3/h, filter  5300 m3/h, filter
 Pre-filter stage  Bag filter G4  Cam-Flo XMGT
 Filnal-filter stage  Bag filter M6  CamGT 3V-600, E12
 Initial pressure drop  996Pa  478 Pa
 Submicron efficiency (at 0.2um - 0.9um)  15% - 43%  99.75% - 99.92%
 Reduction in air resistance    52%

Performance Improvement

The objective for this retrofit job was to get maximum availability, i.e 8000h/year runtime, with only one service stop every 12 months. The end-user also requested increased reliability, as these turbines are powering the export gas compressor.

Initial pressure drop was reduced by more than 50% with the new filtration system, from 996 Pa down to 478 Pa. On the first day of installation and after fire up, the upgraded engine gained around 1000 HP, or approximately 6% more, as compared to the higher velocity system.

After six months in operation, the new system showed no increase in pressure drop and no signs of turbine performance degradation. The turbine with the remaining high velocity system suffered from ~25% degradation during the same period, which increased the gap in output even more, compared with the improved and better performing installation.

Image-Gulf-of-Thailand-Cam-Flo-CamGT-ENG.png

Cam-Flo XMGT F7 Bag filter with non-discharging synthetic media and high dust holding capacity.

CamGT 3V-600 E12 Barrier type filter with high filtration efficiency and low pressure drop.

 Image Gulf of Thailand Output ENG  Train 1, equipped with a medium velocity system and high efficiency deep filters, shows a higher and more stable power output compared to train 2, the high velocity system