L'évolution de la filtration à turbine

Par Tim Nicholas16 novembre 2022

Le coût des dommages ou d’une panne d’une turbine à gaz peut rapidement s’élever à plusieurs millions. La contamination peut à la fois endommager une turbine et réduire ses performances. Les opérateurs reconnaissent que les systèmes de filtration sont nécessaires pour protéger les turbines, qui sont souvent installées dans des environnements difficiles. Cependant, avec les turbines à gaz d'aujourd'hui à très haut rendement et conçues avec précision, la protection des machines et de leurs performances est plus critique que jamais. Ainsi, à mesure que la technologie des turbines à gaz a évolué, les systèmes de filtration ont également suivi le rythme.

La dernière technologie GT avancée atteint des niveaux élevés d’efficacité grâce à une meilleure compréhension du transfert de chaleur, des températures de cuisson plus élevées et des conceptions aérodynamiques précises de « super finition ». Les caractéristiques de conception comprennent une aérodynamique avancée des pales, un flux de refroidissement d'air amélioré, une conception améliorée des composants du chemin des gaz chauds pour réduire les gradients de température et de contrainte et des revêtements de barrière thermique améliorés. Le réglage précis de ces machines et des superalliages qu'elles utilisent nécessite une protection plus rigoureuse contre les dommages que peuvent causer les particules plus fines et les contaminants présents dans le flux d'air d'admission.

Les contaminants peuvent inclure du sel, de la poussière, du sable et de l'humidité et un système de filtration à turbine à gaz doit souvent en traiter une partie ou la totalité. Les particules de poussière ou de sable plus grosses peuvent éroder les superalliages spéciaux, les finitions et les revêtements à l'intérieur du compresseur et de la turbine et peuvent éventuellement entraîner de graves dommages à la machine. Des particules de poussière plus fines peuvent adhérer aux aubes de turbine, affectant l'aérodynamique de fonctionnement, réduisant l'efficacité de la turbine et augmentant les coûts d'exploitation.

Le sel est l’un des contaminants les plus gênants pour les exploitants de turbines à gaz. Dans l’industrie offshore et à proximité de plans d’eau salée, les dommages aux turbines peuvent être rapides et graves s’ils ne sont pas traités correctement. Le sel est hygroscopique, ce qui signifie qu’il peut absorber l’humidité de l’air et se déplacer rapidement entre les formes sèche, collante et liquide. En plus d'adhérer aux aubes de la turbine et d'affecter son efficacité, le sel peut se combiner au carburant dans les zones les plus chaudes de la turbine pour former du sulfate de sodium qui réagit avec le métal de la turbine pour provoquer une corrosion accélérée.

De petites gouttelettes d'humidité présentes dans le flux d'air d'entrée de la turbine se combinent à la poussière pour former de la boue qui peut bloquer un filtre. La taille de ces gouttelettes signifie qu’elles peuvent également se frayer un chemin dans la matrice du média filtrant et rester coincées. L’humidité provoque également des changements rapides dans l’état physique des particules de sel hygroscopiques, passant de la forme solide à la forme liquide, ce qui rend leur gestion plus difficile pour le système de filtration.

L’un des principaux éléments d’un système de filtration est le média filtrant. Avec différents contaminants à traiter, les grandes turbines à gaz avancées comportent généralement plusieurs étages de filtration avec des médias de plus en plus fins pour collecter les particules. Ce média est plissé en panneaux pour maximiser la zone de filtration et optimiser l'efficacité de la filtration.

Cependant, choisir le bon support pour un site d’installation n’est qu’une partie de l’histoire. Si les filtres ne sont pas conçus et construits pour résister aux éléments eux-mêmes, l’air peut contourner le média, le rendant ainsi inutile. L'air empruntera toujours le chemin de moindre résistance et s'il peut contourner le média, il emportera avec lui les contaminants et l'humidité que les filtres sont là pour empêcher d'atteindre la turbine à gaz. Il en résultera des piqûres et de la corrosion qui, au fil du temps, endommageront gravement les performances de la turbine et pourraient éventuellement conduire à des pannes et des pannes catastrophiques.

Pour éviter le contournement de l'air, la conception des filtres doit être robuste. L'utilisation de la technologie d'écoulement en polyuréthane (PU) dans la construction du filtre garantira une encapsulation complète des plis du média. Dans les environnements très humides, il peut également être judicieux d'utiliser la technologie Edge Seal, qui applique des perles thermofusibles continues à la bordure des plis pour agir comme un joint de renfort secondaire contre l'humidité.

D'autres considérations concernant la construction du filtre incluent le risque de rouille. Le risque de rouille est particulièrement élevé dans les zones où l'atmosphère contient des particules de sel, une humidité élevée et du sulfure d'hydrogène provenant du gaz naturel. Les émissions de dioxyde de soufre provenant des gaz d'échappement des diesels dans les zones urbaines, des volcans, des sources, des alcalis forts, des plâtres et du ciment des industries voisines qui contiennent des chlorures et des sulfates, des eaux de pluie acides et de la dérive des tours de refroidissement peuvent tous favoriser la rouille. En tant que tel, il est logique que les parties métalliques du boîtier du filtre soient revêtues de poudre pour améliorer la fiabilité et la résilience aux facteurs environnementaux. Les revêtements imperméables intégrant des matériaux réticulés augmenteront encore la résilience du filtre aux fissures, au pelage, à l'écaillage et à l'abrasion.