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Ciclos Combinados

Técnicas Predictivas

ÍNDICE:

1. TURBINA DE GAS.

2. TURBINA DE VAPOR.

3. FALLOS EN CALDERA.

4. FALLOS EN EL CICLO AGUA-VAPOR.

5. FALLOS EN EL SISTEMA DE AGUA DE REFRIGERACIÓN.

5. LA ESTACIÓN DE GAS (ERM).

5. EL GENERADOR.

5. SISTEMAS ELÉCTRICOS.

1. TURBINA DE GAS.

1.1    Fallos en casa de filtros.

Es un fallo importante ya que la caja de filtros se encarga de intentar que el aire entre lo más limpio posible de partículas y objetos extraños al compresor, ya que cualquier objeto por partícula sólida por muy pequeña que sea puede ocasionar graves daños a nuestro equipo, los posibles fallos que se suelen dar son los siguientes:

Roturas de filtros.

  • Conductividad alta en agua.
  • Desprendimiento de boquillas, conviene tenerlas atadas con cadenas para sujetarlas bien.
  • Entrada de suciedad por cierre no estanco de la casa de filtros, por ejemplo que no este bien cerrada la puerta de acceso.
  • Corrosión en la casa de filtros.

Figura 1. Casa de filtros en mal estado.

1.2   Fallos en álabes (compresor y turbina de expansión).

El fallo en los álabes es un muy delicado ya que los álabes son los encargados de impulsar el aire en el compresor y de aprovechar los gases de combustión para mover la turbina, por lo que están sometidos a esfuerzos y cargas térmicas muy grandes, todo ello girando a altas velocidades, lo que puede provocar que pequeños defectos en su superficie se hagan importantes al poco tiempo, pudiendo llegar a romperse el alabe y provocando un gran desastre en el interior de la turbina, a continuación  a exponer algunos de los más importantes:

  • Impactos (FOD, Foreign Object Damage y DOD, Domestic Object Damage).
  • Fisuras (cracks).
  • Rotura por velocidad crítica.
  • Pérdida de recubrimiento cerámico (coating loss).
  • Obstrucción de orificios de refrigeración.
  • Corrosión (fretting).
  • Erosión.
  • Roces (Rubbing).
  • Deformación por fluencia térmica (creep).
  • Sobretemperatura (overfiring).
  • Decoloración (en compresor).

Figura 2.  Impactos en los álabes.

1.3   Fallos en cámara de combustión.

La cámara de combustión es el lugar donde se produce combustión del combustible con el comburente en ella se pueden alcanzar muy altas temperaturas y presiones, que provocarían la destrucción del metal si este se encontrase desnudo por ello se ha de recubrir de materiales cerámicos y estar refrigerado, siendo este uno de los fallos posibles que se pueden dar en esta parte del grupo, pero también hay otros como los siguientes:

  • Llama pulsante, provoca una vibración.
  • Pérdida de material en las placas de recubrimiento (TBC spallation).
  • Sobretemperatura en lanzas, provocando su degradación.
  • Sobretemperatura en piezas de transición, lo que puede llevar a su rotura como se muestra en la siguiente imagen.

Figura 3. Rotura en piezas de transición.

1.4   Fallos del rotor.

El rotor es el elemento que nos une todo el sistema en la turbinas de un solo eje, por lo que un fallo en el es muy importante ya que al unir turbina, compresor, generador y turbina de vapor, el fallo puede ser comunicado a todo el sistema con lo que ello supondría de desajustes y daños. Los posibles fallos que de pueden dar en el rotor son:

  • Bombeo del compresor, no entra suficiente caudal de aire.
  • Ensuciamiento del compresor.
  • Vibración que puede estar causada por las siguientes circunstancias:

- Mal estado de sensores de vibración o tarjetas acondicionadoras de señal.

- Desalineación.

- Falta de presión o caudal de aceite.

- Mala calidad de aceite: aceite con agua o con viscosidad inadecuada.

- Desequilibrio por:

1)    Incrustaciones.

2)    Rotura de un alabe.

3)    Equilibrado mal efectuado.

- Vibración en alternador o reductor.

- Fisura en el eje.

- Curvatura del eje.

- Cojinetes en mal estado.

- Defectos en la bancada.

  • Ensalada de paletas, que consiste en una reacción en cadena como consecuencia de la rotura de un alabe o por la introducción de un objeto que provoque la rotura de álabes, pudiendo dejar la turbina como en la siguiente imagen.

Figura 4. Ensalada de paletas

Una fisura en el rotor, no tiene solución permanente solo temporal. Aparece cuando una grieta superficial progresa, se detecta por el aumento de vibración, que no se corrige con nada, el problema es que no se suele tener un rotor de repuesto, y en muchos casos hay que fabricar uno nuevo, con todo esto hay que tener en cuenta a la hora de seleccionar una turbina, que hay que elegir una turbina cuyo fabricante garantice la disponibilidad inmediata de un rotor.

1.5   Fallos de la carcasa.

La carcasa es la encarga de cubrir el compresor, cámara de combustión y turbina, sirviendo también de soporte a los álabes fijos y móviles, para las conducciones de combustible y los diversos instrumentos, por lo que al ser la encargada de cubrir todo el sistema se debe vigilar su perfecto estado para no tener fugas de aire que nos hagan perder presión, o que provoquen la entrada de objetos extraños, con el consiguiente riesgo para la turbina. Los fallos más comunes son:

  • Fisuras en la carcasa.
  • Fugas de aire por carcasa.
  • Perno bloqueado, los tornillos de sujeción se ha podido quedar soldados en sus agujeros.

Figura 5. Perno bloqueado.

.6   Fallos en cojinetes.

Los cojinetes son unos elementos esenciales, ya que es ahí donde va apoyado el rotor y por tanto todo el sistema, también nos evitan los desplazamientos hacia delante o detrás del sistema, ya que la turbina provoca un empuje. Se utilizan cojinetes antifricción ya que los rodamientos no aguantarían el peso de semejante sistema, los cojinetes tienen una capa de un metal llamado Babit, que permite girar al rotor con un rozamiento muy pequeño, pero es un metal muy delicado que hay que cuidar para evitar su degradación y por tanto el comienzo de posibles problemas. Los posibles fallos que se pueden dar en esta pieza son los siguientes:

  • Desplazamiento axial excesivo.
  • Fallos en la lubricación.
  • Desgaste del material antifricción.
  • Golpes y daños en material antifricción.
  • Problemas de lubricación:

- Agua en el aceite.

- Contaminación

1.7   Fallos de control y de la instrumentación.

La probabilidad de fallo es estable en toda la vida del equipo, pero hay veces que todo el sistema puede estar funcionando bien, pero que sean los sensores que nos tendrían que indicar los fallos los que estén funcionando mal, y nos estén dando falsos fallos que nos podrían hacer parar la central y a la hora de ir a ver la avería ver que todo esta correcto y que ha sido un fallo del sensor que como todo se puede estropear, por lo que para evitar estas falsas alarmas se utiliza el sistema 2 de 3, esto es, tenemos 3 sensores para controlar la misma cosa, solo en caso de que 2 de esos 3 sensores nos adviertan de fallos debemos hacerlos caso, ya que puede ser que si solo fuese uno podría estar averiado.

Existen determinados factores aumentan la probabilidad de fallo como son:

- Temperatura.

- Humedad.

- Polvo y suciedad.

- Tensión de alimentación.

Los fallos más habituales en el sistema control podemos destacar los siguientes:

- Sensores de temperatura.

      - Sensores ópticos.

El fallo más grave en control es el fallo del PLC, un autómata encargado de control, por lo que para mitigarlo en la medida de lo posible se debe hacer:

- El PLC debe ser redundante.

- Toda la instrumentación (incluidos sensores, transmisores y tarjetas de bus de datos) debe tenerse en stock en la planta.

2. TURBINA DE VAPOR.

Los principales fallos que se suelen dar en la turbina de gas son:

1) Fallos en la instrumentación, por ejemplo a la hora de detectar vibraciones, presiones, caudales y temperaturas.

2) Fallos en válvulas como pueden ser las de control, de cierre o de recirculación.

3) Fallos en el circuito hidráulico.

4) Desequilibrios en el rotor, que generarán vibraciones.

5) Incrustaciones en los álabes de la turbina, de ahí, que sea muy importante tener un agua de alimentación lo más pura posible para que no lleve minerales u otro tipo de compuestos que nos puedan ensuciar la turbina o atascar las conducciones.

6) Corrosión del eje, también es importante la pureza del agua y su pH para evitar corrosiones que nos reduzcan la vida útil de los materiales.

 

3. FALLOS EN CALDERA.

1) Fugas en válvulas, las más propensas son las que soportan unas condiciones de trabajo más difíciles, esto es, las válvulas de control de la zona de alta presión. Las fugas en las válvulas de seguridad son también habituales.

2) Fallos en la instrumentación, lazos de control de nivel de agua en los calderines, lazos de presión, lazos de caudal y lazos de temperatura.

3) Fugas de vapor y de agua por tuberías externas.

4) Roturas internas en haces tubulares, pinchazos de tubos, y colectores. Estas roturas suelen tener su origen en corrosiones, fatiga del material, defectos de construcción y defectos de diseño.

5) Obstrucción de filtros.

6) Fallos en los motores y las bombas de agua de alimentación.

7) Desprendimiento y deterioro del material aislante, calorifugado, que hace que los humos, con energía térmica aprovechable, salgan al exterior por sitios inapropiados.

4. FALLOS EN EL CICLO AGUA-VAPOR..

1) Fugas en tuberías.

2) Fallos en válvulas.

3) Mal funcionamiento de las válvulas de derivación (by-pass).

5. FALLOS EN EL SISTEMA DE AGUA DE REFRIGERACIÓN.

En las centrales que usan un sistema de refrigeración de circuito abierto, los principales fallos son:

1)  Obstrucción en los filtros de admsión de agua, ya sea por el crecimiento de plantas o animales o por su obstrucción por sedimientos.

2) Fallos en las bombas de impulsión.

3) Rotura de la tubería que conduce el agua hasta el condensador.

4) Fallos en válvulas.

5) Roturas y obstrucciones en el condensador.

6) Fallos en la instrumentación (temperatura, presión, caudal).

En las centrales con un sistema de refrigeración semiabierto (con torre de refrigeración), los principales fallos que pueden ocurrir son los siguientes:

1) Fallos en las bombas de agua de reposición a la torre.

2) Roturas y obstrucciones en el circuito de reposición y en el de purga de al torre, y en válvulas de dichos circuitos.

3) Fallos en válvulas en el circuito de reposición y en el de purga de la torre.

4) Fallos en bombas de impulsión al condensador.

5) Roturas y obstrucciones en el circuito de impulsión al condensador, y en válvulas de dicho circuito.

6) Desequilibrio en las aspas de ventiladores.

7) Fallos en el sistema de transmisión de movimiento desde el motor al ventilador.

8) Fallos en el control de nivel de la torre.

9) Corrosiones e incrustaciones en el circuito.

En las centrales con sistemas de refrigeración basado en aerocondensadores los fallos más habituales son:

1) Desequilibrio en las aspas de los ventiladores.

2) Fallos en el sistema de transmisión de movimiento desde el motor al ventilador.

3) Fallos en la instrumentación de control de temperatura.

4) Rotura en tuberías de los haces tubulares.

5) Incrustaciones en el interior de tuberías del aerocondensador.

6) Fallos en válvulas del aerocondensador.

6. LA ESTACIÓN DE GAS (ERM).

1) Vibraciones en el compresor de gas.

2) Elevada temperatura del compresor por fallos en el sistema de refrigeración y o lubricación.

3) Válvulas que no funcionan correctamente.

4) Fugas de gas por soldaduras de tubos o por válvulas.

Los fallos más graves que puden producirse son:

1) Fuga de gas con incendio.

2) Avería en el rotor del compresor.

7. EL GENERADOR.

El generador es un equipo muy fiable. Los fallos más habituales están relacionados con los sistemas auxiliares, mucho más que con el propio generador.

1) Pequeñas fugas de refrigerante.

2) Vibraciones en el eje, por defectos en cojinetes o problemas de lubricación.

3) Fallos en el sistema de excitación o  en el variador de frecuencia empleado durante los arranques.

Los fallos más graves que puede dar el generador son:

1) Cortocircuito en bobinados, por defectos o deterioro del aislamiento.

2) Fuga importante de hidrógeno refrigerante, con explosión.

3) Gripado del eje.

8. SISTEMAS ELÉCTRICOS.

1)     Fallos en las protecciones del transformador principal, de servicio o auxiliares.

2)     Alta temperatura en los transformadores principales, por fallo en la ventilación.

3)     Fallo en el cambiador de carga de transformadores.

4)     Fallo mecánico en el interruptor principal o en los seccionadores.

5)     Fallo en la medida de energía importada/exportada.

6)     Fallo en las protecciones de la línea.

7)    Rotura o derivación de la línea de alta tensión desde el interruptor principal hasta la  subestación de la red eléctrica.

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