Paper de Bypass a Turbina - industriascontrolpro.com

1 MEJORAMIENTO DE LA V LVULA DE Bypass A Turbina DE. ALTA PRESI N. Miguel ngel Alvarado Weigend Industrias ControlPro, SA de CV. Blvd. Antonio L. Rodr guez No. 3058 4to Piso Desp. 404-B Plaza Delphi Col. Santa Mar a, CP. 64650, Monterrey, Nuevo Le n, M xico. Tel fono: (0052-81) 83562582, 83561907, 8356-1898. RESUMEN. Este trabajo es el resultado de una extensa investigaci n a trav s de los sistemas de Bypass a Turbina en centrales de generaci n de ciclo combinado en como mejorar estos lazos de control y como disminuir el tiempo de arranque de una Turbina de alta presi n. El enfoque que se le da a los datos presentados en este trabajo son de acuerdo a un an lisis realizado en la v lvula de derivaci n de Turbina de la central de ciclo combinado G mez Palacio (v lvula Bypass 30 ).

2 Dada la importancia del desempe o de esta v lvula es imperativo tener un buen control sobre esta, sen incluye un an lisis de costos y ahorro de energ a que representa el disminuir el tiempo de arranque de una planta de generaci n de ciclo combinado. Fig. Actuador electrohidr ulico para v lvula de Bypass a Turbina de alta presi n Palabras Clave: Lazo de control , banda muerta, posicionadores inteligentes, actuadores 1. INTRODUCCI N. electro hidr ulicos. Las v lvulas de Bypass a Turbina ABSTRACT a slan la Turbina de vapor de la caldera durante el arranque, parada y durante los cambios de carga. Esto This Paper is the result of an extensive protege a la Turbina del paso del agua y protege al research through the Bypass to turbine system in equipo adicional de la planta de los grandes transitorios combined cycle power plants, in how to improve the t rmicos.

3 control loop and how to reduce the start up time of a high pressure turbine. Tambi n aislando la caldera y la Turbina de vapor es posible reducir el consumo de combustible The focus that we give to the data shown in durante el arranque y la parada, dejando la caldera this Paper are according to an analysis realized on the online . high pressure Bypass valve or the combined cycle power plant CFE Gomez Palacio (30 Bypass valve),. El sistema de Bypass a Turbina est dise ado para facilitar el tiempo de arranque y hacerlo lo m s Given the important of the performance of r pido posible, esto se logra controlando la presi n y la this valve its imperative to have a good control on it, temperatura de la caldera. this Paper includes a cost analysis and an energy saving cost that represents to reduce the start up time Esto requiere un funcionamiento muy preciso of a combined cycle power plant.

4 De modulaci n para poder controlar la presi n de vapor, y tambi n un control muy preciso de la temperatura Keywords: control Loop, dead band, smart para proteger el equipo aguas abajo haciendo coincidir positioner, electrohidraulic actuators. las condiciones con las que normalmente se producen a la salida de la Turbina . 1. control . Durante el arranque o disparos de Turbina , las v lvulas de descarga de vapor controlan la presi n y flujo a trav s de las l neas de vapor de la Turbina de presi n intermedia. Mientras tanto los sistemas de atemperaci n controlan la temperatura hacia la entrada del re-calentador y el condensador. Estos dos componentes trabajando coordinadamente mantienen la presi n y las temperaturas del sistema de vapor, asegura el control del nivel del domo en un evento de disparo, y permite un r pido re-arranque de la Turbina de vapor.

5 AISLAMIENTO. Fig. Actuador en una v lvula es el La funci n principal del sistema de Bypass a elemento de control y regulador de caudal. Turbina de alta presi n es aislar totalmente el ciclo de Bypass durante la operaci n normal. Las v lvulas 2. RESPONSABILIDADES DE LA contenidas en el sistema de Bypass deben de contar con V LVULA DE Bypass . cierre herm tico durable y confiable. Ya que estos sistemas se encuentran aislados el 95% del tiempo o mas. Algunos de los temas cr ticos que maneja la v lvula de Bypass a Turbina son: Alguna falla en el cierre que tengan estas v lvulas puede resultar en el da o a los asientos e 1. La alta presi n diferencial, que ocasiona la internos de la v lvula, los cuales se ven reflejados en la generaci n de ruido y la vibraci n de la perdida de energ a y perdida de control durante tuber a.

6 Arranques y disparos de Turbina . 2. El control de la temperatura de vapor, para evitar el da o de los equipos aguas abajo. 3. El alto gradiente de temperatura. 3. DISE O DE LA V LVULA DE Bypass . 4. Las altas temperaturas que maneja la v lvula(1065 F), que requieren el uso de La funci n de la v lvula debe de ser materiales aleados e internos dise ados modulante y al mismo tiempo tener un cierre herm tico especialmente para la aplicaci n. preciso, notoriamente es un servicio dif cil, adem s que 5. La carga inadecuada del asiento, que puede el cuerpo y los internos de la v lvula deben lidiar con reducir la carga y rendimiento de la planta a transitorios t rmicos muy r pidos. la vez que ocasiona da os a la v lvula. 6. La apertura r pida en caso de una p rdida de El control del ruido se ha vuelto uno de los control de la planta.

7 Requerimientos m s importantes de fabricaci n de estas 7. Un cierre herm tico es necesario para v lvulas. mantener el vac o en el condensador, cualquier fuga impacta la eficiencia. Asi tambi n las responsabilidades de la v lvula de Bypass se pueden dividir en 3. principales categor as: Stay ON-LINE, control y Aislamiento. STAY ON-LINE. El sistema de Bypass a Turbina de alta presi n permite al operador mantener la Turbina de gas y el HRSG (Heat Recovery Steam Generator) en Fig. Dise o de discos apilados con l nea en un evento de disparo de Turbina , tambi n laberintos reductores de presi n y velocidad a disminuye el tiempo de arranque. 90 grados. 2. Debido al tama o de la v lvula, v lvulas con En el mundo solamente KOSO / CCI cuentan tap n desbalanceado no son utilizadas en estas con la tecnolog a para fabricar internos de discos aplicaciones debido a que la fuerza del actuador apilados con trayectorias de laberintos a 90 grados requerida seria muy grande para un actuador (dise o original).

8 Esto es debido a un acuerdo de neum tico convencional. transferencia de tecnolog a con el que contaban anteriormente estas dos compa as. Sin embargo cabe recordar que un cierre herm tico estable y preciso es requerido en esta aplicaci n, entonces el uso de internos piloto 4. ACTUACI N NEUM TICA, NO ES UNA. balanceado (MS-SSP-61) es muy com n. Este dise o BUENA OPCI N. permite que un actuador con relativamente poca fuerza opere a una alta diferencia de presi n Estos son los requerimientos de desempe o de (balanceado cuando esta abierto) y completamente un actuador para una v lvula de Bypass a Turbina de alta desbalanceado cuando cierra. presi n. 1. La carrera del actuador var a entre 6 pulg. y 12. pulg. 2. Las fuerzas de empuje var an entre 15,000 y 40,000 lbs dependiendo del dise o de la v lvula y los par metros del proceso.

9 3. La velocidad de apertura y cierre esta t picamente por debajo de los 5 segundos. 4. Muchas veces bajo falla de se al de control la velocidad de cierre bajo falla es de 2 segundos o menos. 5. Repetibilidad de posici n. 6. Posicionamiento fino y exacto, con baja banda Fig. Vista seccionada de la v lvula de muerta. globo con dise o de discos apilados y laberintos reductores de presi n. Los actuadores neum ticos pueden proveer una r pida velocidad de apertura y cierre, sin embargo Materiales especiales, tolerancias la respuesta a la frecuencia, repetibilidad, y estabilidad especificas, arreglos especiales para el din mica de los dispositivos neum ticos est n cuerpo/internos/bonete, trayectorias de flujo inherentemente limitados debido la suave y (laberintos), son utilizados para tratar los ciclos compresible naturaleza del aire.

10 T rmicos con los que la v lvula debe de lidiar. La fricci n est tica es una de las mayores Los laberintos de control de velocidad han limitantes para el desempe o correcto. Empaques y sido implementados para tratar con las limitaciones Sellos de grafito son requeridos en esta aplicaci n (alta de reducci n de ruido, adem s que extienden el temperatura) y agregan un valor significante de tiempo de vida de los internos, y del cuerpo de la fricci n. Los cilindros de los pistones neum ticos v lvula. tambi n agregan mas fricci n, debido a los sellos del cilindro. Fricci n Est tica Fricci n Venteo a la Est tica atm sfera Fuerza de oposici n de la Suministro de aire del Fig. Esquema de partes y funcionamiento de un actuador de pist n Fig. Graficas comparativas de presi n y neum tico.