A evolução da filtragem de turbinas

Por Tim Nicholas16 de novembro de 2022

O custo dos danos ou da interrupção de uma turbina a gás pode subir rapidamente para milhões. A contaminação pode danificar uma turbina e reduzir seu desempenho. Os operadores reconhecem que os sistemas de filtragem são necessários para proteger as turbinas, que muitas vezes são instaladas em ambientes agressivos. No entanto, com as atuais turbinas a gás projetadas com precisão e eficiência extremamente alta, proteger as máquinas e seu desempenho é mais crítico do que nunca. Assim, à medida que a tecnologia das turbinas a gás evoluiu, os sistemas de filtragem também acompanharam o ritmo.

A mais recente tecnologia GT avançada atinge altos níveis de eficiência através de uma melhor compreensão da transferência de calor, temperaturas de queima mais altas e designs aerodinâmicos precisos de “super acabamento”. Os recursos de design incluem aerodinâmica avançada da lâmina, fluxo de resfriamento de ar aprimorado, design aprimorado de componentes do caminho de gás quente para reduzir gradientes de temperatura e tensão e revestimentos de barreira térmica atualizados. O ajuste fino dessas máquinas e das superligas que elas empregam exige uma proteção mais rigorosa contra os danos que partículas mais finas e contaminantes no fluxo de ar de entrada podem causar.

Os contaminantes podem incluir sal, poeira, areia e umidade, e um sistema de filtragem de turbina a gás geralmente precisa lidar com alguns ou todos eles. Partículas maiores de poeira ou areia podem corroer as superligas, acabamentos e revestimentos especiais dentro do compressor e da turbina e podem eventualmente causar danos graves à máquina. Partículas de poeira mais finas podem aderir às pás da turbina, afetando a aerodinâmica operacional, reduzindo a eficiência da turbina e aumentando os custos operacionais.

O sal é um dos contaminantes mais problemáticos para os operadores de turbinas a gás. Na indústria offshore e em qualquer lugar perto de corpos de água salgada, os danos às turbinas podem ser rápidos e graves se não forem tratados de forma adequada. O sal é higroscópico, o que significa que pode absorver a umidade do ar e mover-se rapidamente entre as formas seca, pegajosa e líquida. Além de aderir às pás da turbina e afetar a eficiência, o sal pode combinar-se com o combustível em áreas mais quentes da turbina para formar sulfato de sódio, que reage com o metal da turbina causando corrosão acelerada.

Pequenas gotas de umidade na corrente de ar de entrada da turbina se combinarão com a poeira para formar lama que pode bloquear o filtro. O tamanho dessas gotículas significa que elas também podem penetrar na matriz do meio filtrante e ficar presas. A umidade também causa mudanças rápidas no estado físico das partículas higroscópicas de sal, da forma sólida para a líquida, tornando-as mais difíceis de serem manuseadas pelo sistema de filtração.

Um dos elementos principais de um sistema de filtração é o meio filtrante. Com diferentes contaminantes para lidar, grandes turbinas a gás avançadas normalmente têm vários estágios de filtração com meios cada vez mais finos para coletar partículas. Este meio é pregueado em painéis para maximizar a área de filtração e otimizar a eficiência da filtração.

Contudo, escolher a mídia certa para um local de instalação é apenas parte da história. Se os filtros não forem projetados e construídos para resistir aos próprios elementos, o ar pode desviar do meio, tornando-o inútil. O ar sempre seguirá o caminho de menor resistência e, se conseguir contornar o meio, carregará consigo os contaminantes e a umidade que os filtros existem para impedir que cheguem à turbina a gás. O resultado será corrosão e corrosão que, com o tempo, danificarão gravemente o desempenho da turbina e poderão eventualmente levar a falhas e interrupções catastróficas.

Para evitar o desvio de ar, os designs dos filtros precisam ser robustos. O uso da tecnologia de fluxo de poliuretano (PU) na construção do filtro garantirá o encapsulamento completo das pregas do meio. Em ambientes de alta umidade, também pode fazer sentido usar a tecnologia de vedação de borda, que aplica esferas contínuas de fusão a quente na borda das pregas para atuar como uma vedação de reforço secundária contra a umidade.

Outras considerações relativas à construção do filtro incluem o risco de ferrugem. O risco de ferrugem é particularmente elevado em áreas onde existem partículas de sal, alta umidade e sulfeto de hidrogênio proveniente do gás natural na atmosfera. As emissões de dióxido de enxofre provenientes dos gases de escape dos motores diesel em áreas urbanas, vulcões, nascentes, álcalis fortes, rebocos e cimento de indústrias próximas que contêm cloretos e sulfatos, água da chuva ácida e deriva das torres de arrefecimento podem promover a ferrugem. Como tal, faz sentido que as partes metálicas do alojamento do filtro sejam revestidas com pó para aumentar a confiabilidade e a resiliência aos fatores ambientais. Os revestimentos impermeáveis ​​que incorporam materiais reticulados aumentarão ainda mais a resiliência do filtro a fissuras, descascamento, lascas e abrasão.