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潮湿海岸环境应用案例

使用防水空气滤芯保持燃气轮机高效运行

问题: 潮湿环境和热带降雨产生的水气会产生高压差(dP),并携带颗粒物通过滤芯进入轮机,导致 3-5% 的压缩机效率损失和 15-20% 的电力损失。

解决方案: 唐纳森 Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 防水滤芯

结果 

  • 滤芯使用寿命提高了两倍,从 18 个月延长到 48 个月,而以往使用 12 个月后滤芯效率损失高达 10%。
  • 在高度潮湿环境或热带雨季使用期间不会出现水气旁路
  • 无轴流压缩机效率或电力损失
  • 水洗缩减至只需离线水洗

使用唐纳森燃气轮机系统的防水空气滤芯后,一座位于热带地区的液态天然气 (LNG) 工厂连续四年取得成功。 本案例研究适用于其他位于潮湿、热带和沿海地区并受水气和空气杂质困扰的炼油厂及发电厂。

本案例研究中的液化天然气工厂通过海底管道与帝汶海的近海出口设施连接。 该工厂隶属于一家大型国际油气公司,使用六台 GE LM2500 G4 涡轮发动机:两台用于丙烷制冷,两台用于乙烯制冷,两台用于甲烷制冷。

六台涡轮发动机需要使用 720 对滤芯以过滤空气污染物和提供清洁进气。 沿海热带气候给过滤带来严峻挑战。 夏季 80% 的时间都伴随着相对潮湿、热带降雨和含盐空气。 在干燥的冬季,林火产生的浓烟和灰烬也会污染空气。 水气往往携带颗粒物,导致叶片结垢和设备过早磨损。

该液化天然气工厂 2014 年时使用价格昂贵的合成 F9 MERV 15 滤芯。 这种空气过滤技术当时还是涡轮机行业的最先进技术。 尽管合成 F9 MERV 15 滤芯比之前的混合 F9 MERV 15 滤芯更有效,但在压差和滤芯使用寿命方面,涡轮机仍然遇到性能问题。

该工厂的旋转设备首席工程师说:“滤芯布满了碳烟颗粒。 因为只有亚微米级大小,许多颗粒能够穿过滤芯粘在轴流压缩机叶片上。”

压差增加和轴流压缩机效率降低表明,大量水气仍然可以穿过滤芯,并携带碳烟、烟尘和盐等污染物。 这导致叶片结垢 - 一种导致轴流压缩机效率下降的机械失衡。 12 个月后,压缩机效率损失为 3% 至 5%,造成了显著的功率损失。

“关于水气的最大问题是,由于湿球温度过高,我们损失了功率。”该工程师说, “在潮湿季节,我们的工厂产量已经降低 15% 到 20%。如果再受到滤芯压差影响,那么问题会更严重。

在该液化天然气工厂,720 对唐纳森滤芯为六台 LM2500 G4 燃气轮机提供清洁空气。

我们要么从涡轮机上取下顶壳,人工清洁叶片,要么取下叶片进行修理,别无他法。”

为了应对潮湿夏季的功率损失,该工厂进行了水洗,额外增加了维护成本和人力成本: 离线水洗只需要六名员工操作一天时间,而在线水洗需要两名员工操作数天。

但是,水洗只是功率损失的临时解决办法。 每次水洗能挽回部分功率,但效果越来越差。 结果,18 个月后,720 对滤芯无法再为充足的电力生产提供支持,并且需要更换。

为了解决这些问题,2015 年,该液化天然气工厂决定尝试新型唐纳森防水滤芯 - (H)EPAgrade Turbo-Tek Er5 | W5 | P1。 客户为六台液化天然气涡轮机中的四台安装 Turbo-Tek Er5 | W5 | P1,其余两台仍使用 F9 技术,以便进行比较。

9 个月后,更换滤芯显著改善了涡轮机保护,安装了防水滤芯的涡轮机的压差和压缩机效率数据证明了这一点。压差在夏季和滤芯使用寿命期间保持稳定,轴流压缩机效率几乎没有任何损失。

尽管 6 000 小时的丛林大火产生大量碳烟,但压差或叶片状况几乎没有增加。

试用后,该液化天然气工厂决定将六台涡轮机的滤芯全部更换为 (H)EPA Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 防水滤芯,并且后期也更换了其他 液化天然气工厂的滤芯。

四年后,到 2019 年底,与当初试用时相比,该液化天然气工厂所有 Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 滤芯的性能保持不变。 发动机的轴流压缩机效率损失几乎为 0%,而且该工厂取消了在线水洗。

值得注意的是,截至 2019 年 12 月,该工厂仍在使用 2015 年安装的 TurboTek Er5 | W5 | P1 滤芯,仅在第 36 个月更换过一个预过滤滤芯,以减缓压差的小幅增长。 该工厂将滤芯使用寿命从 18 个月延长到 48 个月,极大节省了滤芯成本和维护成本。

使用 (H)EPA-grade Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 防水滤芯 4000 小时后清洁叶片。

该工程师说:“将 F9 Spider-Web XP 滤芯更换为 E12 Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 防水滤芯对我们的运营影响巨大。现在不再有压缩机效率损失,而且我们不用再停下来水洗。 涡轮机越能在雨季保持清洁,我们就越能维持生产。 滤芯使轴流压缩机保持非常干净。令人意想不到的是,滤芯实际上能使用很长时间,这太不可思议了。 总之,我们对结果感到满意。 我们在 Turbo-Tek Er5 | W5 | P1 防水滤芯上的投资绝对物有所值。”

根据不同条件选择过滤解决方案能够支持有效和高效运营。 为了帮助工厂业主选择滤芯,2018 年,唐纳森针对 Turbo-Tek 燃气轮机滤芯系列推出了 Eer | W | P 评级系统。 唐纳森在业内首次对水密性和脉动性进行实验室测试,根据三项特征采用 0 到 5 分制为每种滤芯型号评级:

  • 效率(Er0 到 Er5)- 滤芯能捕获的空气污染物比例是多少?
  • 水密性(W0 到 W5)- 高湿度和水气环境下滤芯表现如何?
  • 脉动性(P0 至 P5)- 适用于自清洁系统。 与压缩空气发生脉动后,滤芯恢复最佳性能的难易程度如何?

本案例研究中的滤芯评级为 Er5 | W5 | P1。 此评级表示滤芯具有最高的捕获效率 (Er5)、最高的防水等级 (W5),而且由于是深层过滤滤芯,它们在唐纳森 Turbo-Tek 系列燃气轮机滤芯中具有低脉动性 (P1)。

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