Manual turbina de vapor, Apuntes de Ingenieria de Mantenimiento

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15 MAYO

Evap Enerergy

By: Murrieta Duarte Alejandro

Manual montaje

de turbina 2020

EVERLL, INC.

Índice

• Simbologia...................................................................................................................
• Descripción
  • Conceptos
• Partes de una turbina de vapor....................................................................................
• Mantenimiento
  • Mantenimiento Operativo Diario
  • Mantenimiento Quincenal
  • Mantenimiento Mensual
  • Revisión anual....................................................................................................
  • Revisiones Especiales
    • Revisión Parcial
• Detalle de inspecciones, revisión parcial y general
  • Inspección...........................................................................................................
  • Revisión parcial
  • Revisión general
• Lubricacccion
• Repuestos
  • Principales repuestos
• Montaje.....................................................................................................................
• Diagrama de Gantt

Descripción

A continuación se describen las partes de una turbina de vapor, la cual, a partir del vapor suministrado por la caldera, transforma la energía térmica en mecánica, y de forma que vaya pasando por las diferentes etapas, el vapor va perdiendo energía y aumentando su volumen específico, de tal forma que en las últimas etapas, la turbina tendrá un mayor tamaño para poder aprovechar mejor la expansión del vapor hasta que llegará un momento que ese vapor final será liberado como vapor de escape (contrapresión). Según la potencia de la turbina y según el emplazamiento de la instalación, la turbina podrá ser de condensación o extracciones de vapor. Conceptos Rotor: Es una turbina es de acero fundido con ciertas cantidades de níquel o cromo para darle tenacidad y es de diámetro aproximadamente uniforme. Normalmente las ruedas donde se colocan los alabes se acoplan en caliente al rotor. También se pueden fabricar haciéndolos de una sola pieza forjada, maquinando las ranuras necesarias para colocar los alabes. Los álabes móviles serán los que darán el movimiento giratorio al rotor o eje a través del paso del vapor por sus diferentes etapas. Al final, el eje será conectado mediante bridas o un acoplamiento flexible al equipo o elemento a dirigir con su movimiento giratorio. Carcasa: La carcasa o estator se divide en dos partes: la parte inferior, unida a la bancada y la parte superior, desmontable para el acceso al rotor. Ambas contienen las coronas fijas de toberas o alabes fijos. Las carcasas se realizan de hierro, acero o de aleaciones de este, dependiendo de la temperatura de trabajo, obviamente las partes de la carcasa de la parte de alta presión son de materiales más resistentes que en la parte del escape. La humedad máxima debe ser de un 10% para las últimas etapas. Normalmente se encuentra recubierta por una manta aislante que disminuye la radiación de calor al exterior, evitando que el vapor se enfríe y pierda energía disminuyendo el rendimiento de la turbina. Esta manta aislante suele estar recubierta de una tela impermeable que evita su degradación y permite desmontarla con mayor facilidad.

Álabes: Se realizan de aceros inoxidables, aleaciones de cromo - hierro, con las curvaturas de diseño según los ángulos de salida de vapor y las velocidades necesarias. Las últimas etapas son críticas por, la posibilidad de existencia de partículas de agua que erosionarían los alabes. Por ello se fija una cinta de metal satélite soldando con soldadura de plata en el borde de ataque de cada alabe para retardar la erosión. Los alabes fijos y móviles se colocan en ranuras alrededor del rotor y carcasa. Los alabes se pueden asegurar solos o en grupos, fijándolos en su posición por medio de ranuras en el rotor. Válvula de regulación: Regula el caudal de entrada a la turbina, siendo de los elementos más importantes de la turbina de vapor. Es accionada hidráulicamente con la ayuda de un grupo de presión de aceite (aceite de control) o neumáticamente. Forma parte de dos lazos de control: El lazo que controla la velocidad de la turbina y el lazo que controla la carga o potencia de la turbina. Estas válvulas nos proporcionarán la habilidad de poder arrancar y parar en condiciones normales y de emergencia. Tienen que ser capaces de parar el suministro de vapor de una forma rápida y fiable. Y tienen que funcionar de forma correcta para evitar fugas o para evitar sobrecargas que podrían dañar la turbina. Cojinetes de apoyo o radiales: Sobre ellos gira el rotor, suelen ser de un material blando, y recubiertos de una capa lubricante que disminuya la fricción. Son elementos de desgaste, que deben ser sustituidos periódicamente, viene con una frecuencia establecida si su coste es bajo respecto de su producción, o bien por observación de su superficie y cambio cuando se encuentren en un estado deficiente. Cojinete de empuje o axial: El cojinete axial, o de empuje impide el desplazamiento del rotor en la dirección del eje, Evitando el empuje axial que sufre el rotor por el efecto de la entrada del vapor. El cojinete está construido en un material blando y recubierto por una capa de material que disminuya la fricción entre el disco y el cojinete. Además, debe encontrarse adecuadamente lubricado. Para comprobar el estado de ese cojinete, además de la medida de la temperatura y de las vibraciones del rotor, se mide de forma constante el desplazamiento axial. Si se excede el límite

Sistema de refrigeración de aceite: El aceite en su recorrido de lubricación aumenta su temperatura modificando su viscosidad, y por tanto, sus características lubricantes, llegando a degradarse si el calor es excesivo. Para evitarlo, el sistema de lubricación dispone de unos intercambiadores que enfrían el aceite, estos intercambiadores pueden ser aire-aceite, de forma que el calor del aceite se evacua a la atmósfera, o agua-aceite, de forma que el calor se transfiere al circuito cerrado de refrigeración con agua de la planta. Sistema de aceite de control: Cuando la válvula de regulación se acciona óleo hidráulicamente el conjunto de turbina va equipado con un grupo de presión para el circuito de aceite de control. Este, debe mantener la presión normalmente entre los 12 y los 14 bar de presión hidráulica. El sistema de control gobierna la válvula de salida del grupo, que hace llegar al aceite hasta la válvula de regulación de entrada de vapor con la presión adecuada. Sistema de sellado de vapor: Las turbinas de vapor están equipadas con sellos de carbón o bronce, que se ajustan al eje, y/o con laberintos de vapor. Con esto se consigue evitar que el vapor salga a la atmósfera y disminuyan la eficiencia térmica de la turbina.

9. Virador o giro lento. El sistema virador consiste en un motor eléctrico o hidráulico que hace girar lentamente la turbina cuando no está en funcionamiento. Esto evita que el rotor se curve, debido a su propio peso o por expansión térmica, en parada. La velocidad de este sistema es muy baja (varios minutos para completar un giro completo de turbina), pero se vuelve esencial para asegurar la correcta rectitud del rotor. Si por alguna razón este sistema se detiene (avería del rotor, avería de la turbina, inspección interna con desmontaje) es necesario asegurar que, antes de arrancar, estará girando varias horas con el sistema virador.

Partes de una turbina de vapor

Revisión anual

1. Si se realizan todas las actividades que se detallan en esta lista, en realidad se están eliminando la mayoría de las causas que provocan los fallos más frecuentes. Si se compara esta lista de tareas con la lista de fallos más frecuentes se puede comprobar que esta revisión está orientada a evitar todos los problemas habituales de las turbinas. La razón de la alta disponibilidad de estos equipos cuando se realiza el mantenimiento de forma rigurosa es que realmente se está actuando sobre las causas que provocan los principales fallos.
2. Análisis del espectro de vibración de turbina, reductor y alternador, a distintas velocidades y en regímenes transitorios.
3. Inspección endoscópica de álabes.
4. Apertura de cojinetes y comprobación del estado. Cambio de cojinetes si procede. La mayor parte de los cojinetes pueden cambiarse o revisarse sin necesidad de abrir la turbina. Esto garantiza un funcionamiento ausente de vibraciones causadas por el mal estado de los cojinetes de apoyo y/o empuje.
5. Cambio de aceite, si procede (según análisis). Si es necesario se sustituye el aceite, pero no es habitual cambiar el aceite de forma sistemática sin haber detectado síntomas de que está en mal estado. Esta acción evita trabajar con un aceite en mal estado y garantiza la ausencia de problemas de lubricación.
6. Cambio de filtros de aceite. Esto garantiza el buen estado del aceite y la filtración de partículas extrañas.
7. Inspección de la válvula de regulación de turbina. Esto garantiza el buen estado de los elementos internos de la válvula, su correcto funcionamiento, y la comprobación del filtro de vapor de la válvula, lo que hará que la regulación sea la correcta, no haya problemas de sincronización ni de regulación y no pasen elementos extraños a la turbina que puedan haber sido arrastrados por el vapor.
8. Inspección del grupo hidráulico. Cambio de filtros y de aceite, si procede.
9. Inspección del sistema de eliminación de vahos. El funcionamiento a vacío del depósito de aceite garantiza que los vapores que se produzcan, especialmente los relacionados con el agua que pueda llevar mezclado el aceite, se eliminan. Eso ayudará a que la calidad del aceite de lubricación sea la adecuada.

10. Comprobación de pares de apriete de tornillos. El apriete de los tornillos de sujeción a la bancada y los tornillos de la carcasa, entre otros, deben ser revisados. Esto evitará, entre otros, problemas de vibraciones debidos a un deficiente anclaje.
11. Comprobación de alineación de turbina-reductor y reductor alternador. Se haya detectado o no en el análisis de vibraciones, es conveniente comprobar la alineación mediante láser al menos una vez al año. Esto evitará problemas de vibraciones.
12. Comprobación del estado de acoplamiento turbina reductor y reductoralternador. La comprobación visual de estos acoplamientos elásticos evitará entre otros efectos la aparición de problemas de vibración.
13. Calibración de la instrumentación. Muchas de las señales incorrectas y medidas falsas que provocarán un mal funcionamiento de la turbina pueden ser evitadas con una calibración sistemática de toda la instrumentación.
14. Inspección visual de los sellos laberínticos, por si se hubieran dañado desde la última inspección.
15. Termografía de la turbina. Esta prueba, a realizar con la turbina en marcha, permitirá saber si se están produciendo pérdidas de rendimiento por un deficiente aislamiento o por fugas de vapor.
16. Limpieza y mantenimiento del cuadro de control. Curiosamente, muchas averías en sistemas eléctricos y electrónicos están causados por la suciedad. Mantener los cuadros en su correcto
17. estado de limpieza garantiza la ausencia de estos problemas.
18. Inspección del virador. El virador es un elemento importantísimo durante las paradas. Un mal funcionamiento supondrá una dificultad o imposibilidad de arrancar la turbina. La inspección es sencilla y garantiza el correcto arranque tras una parada.
19. Prueba de potencia. Al finalizar la inspección será conveniente comprobar las prestaciones de la turbina, especialmente la potencia máxima que es capaz de alcanzar.

Detalle de inspecciones, revisión parcial y general Inspección El funcionamiento y ajustes apropiados de todos los dispositivos para: Monitoreo Seguridad Protección Deberán ser verificados Todas las pruebas/inspecciones funcionales definidas para el funcionamiento deben ser realizadas durante el trabajo operacional las siguientes pruebas deberán ser hechas: Medición del consumo de vapor Determinación de la eficiencia interna Medición de la cámara de la rueda Mediciones de vibración. Soporte de la carcasa de la turbina por los pedestales de los cojinetes (calzas deberán estar libres). Verificación de las presiones y temperaturas de los cojinetes. Revisión parcial Al término de la mitad del período entre revisiones, las revisiones parciales deberán ser efectuadas, incluyendo principalmente (además del detalle de inspección): Una inspección de los cojinetes y verificación de las luces axiales y radiales del rotor. Verificación de concentricidad, donde sea aplicable. Inspección de las superficies de guías, asientos y resortes de compresión de las válvulas de regulación y de cierre rápido de emergencia. Inspección del acoplamiento y alineamiento entre la turbina y máquina accionada. Prueba funcional del sistema de control y seguridad. Inspección con endoscopio, si se aplica. Revisión general En este caso, el detalle del trabajo es complementado por: Abertura de la carcasa de la turbina.

Muestreo de los depósitos. Limpieza por arenado (si es necesario). Inspección de los inyectores y alabes en cuanto a las partículas extrañas y a los daños causados por éstas, a los depósitos, ataque de erosión, marcas de contacto y grietas. Evaluación de carcasas, rotor y estatores en cuanto a grietas. Verificación del balanceamiento del rotor.

Lubricacccion

Lubricantes que se formulan con una mezcla de aceites básicos minerales de alta calidad y aditivos con la más avanzada tecnología que le incorporan las propiedades de anti herrumbre, antioxidante, demulsibilidad y antiespumantes. Ventajas Protección óptima de operación en un amplio rango de operación. Excelentes propiedades para un buen desempeño en cojinetes trabajando a alta velocidad y temperatura. Rápida expulsión del aire y excelente separación del agua. Buena protección contra la herrumbre de superficies metálicas ferrosas. Baja tendencia a la formación de carbón. Excelente resistencia a la oxidación Aplicaciones Lubricación de turbinas a vapor con sistema circulatorio en baño o por anillo, compresoras de aire, bombas de pozo profundo, motores eléctricos con chumaceras en baño de aceite lubricados por anillo, circuitos hidráulicos operando a alta y baja presión. Cumple con las especificaciones MIL-L-17672 D, DIN 51 515, Siemens KWU TLV 9013 01 / 05, DIN 51 524/ 1, Afnor NFE 48 608 NL, Denison HF-1, Cincinnati Milacron P-38, P-54, P-55, P-57, Solar Turbines ES 9 - 224

Repuestos

Principales repuestos

Del análisis de las averías que puede sufrir una turbina se deduce el material que es necesario tener en stock para afrontar el mantenimiento. Todas las piezas que la componen pueden dividirse en cuatro categorías: Tipo A: Piezas que es necesario tener en stock en la planta, pues un fallo supondrá una pérdida de producción inadmisible. Este, a su vez, es conveniente dividirlo en tres categorías: Material que debe adquirirse necesariamente al fabricante del equipo. Suelen ser piezas diseñadas por el propio fabricante. Material estándar. Es la pieza incorporada por el fabricante del equipo y que puede adquirirse en proveedores locales. Consumibles. Son aquellos elementos de duración inferior a un año, con una vida fácilmente predecible, de bajo coste, que generalmente se sustituyen sin esperar a que den síntomas de mal estado. Su fallo y su desatención pueden provocar graves averías. Consumibles. Son aquellos elementos de duración inferior a un año, con una vida fácilmente predecible, de bajo coste, que generalmente se sustituyen sin esperar a que den síntomas de mal estado. Su fallo y su desatención pueden provocar graves averías Tipo B: Piezas que no es necesario tener en stock, pero que es necesario tener localizadas. En caso de fallo, es necesario no perder tiempo buscando proveedor o solicitando ofertas. De esa lista de piezas que es conveniente tener localizadas deberemos conocer, pues, proveedor, precio y plazo de entrega. Tipo C: Consumibles de uso habitual. Se trata de materiales que se consumen tan a menudo que es conveniente tenerlos cerca, pues ahorra trámites burocráticos de compra y facilita la operatividad del mantenimiento. Tipo D: Piezas que no es necesario prever, pues un fallo en ellas no supone ningún riesgo para la producción de la planta (como mucho, supondrá un pequeño inconveniente). En cuanto a los criterios de selección del stock, hay que tener en cuenta cuatro aspectos: Criticidad del fallo: Los fallos críticos son aquellos que, cuando suceden, afectan a la seguridad, al medioambiente o a la producción. Por tanto, las piezas necesarias para

subsanar un fallo que afecte de manera inadmisible a cualquiera de esos tres aspectos deben ser tenidas en cuenta como piezas que deben integrar el stock de repuesto. Consumo: Tras el análisis del histórico de averías, o de la lista de elementos adquiridos en periodos anteriores (uno o dos años), puede determinarse que elementos se consumen habitualmente. Todos aquellos elementos que se consuman de forma habitual y que sean de bajo coste deben considerarse como firmes candidatos a pertenecer a la lista de repuesto mínimo. Así, los elementos de bombas que no son críticas pero que frecuentemente se averían, deberían estar en stock (retenes, rodetes, cierres, etc.). Determinados elementos sensores, como termopares, sensores de posición, presostatos, etc., que trabajan en condiciones difíciles que por tanto sufren averías frecuentes, suelen formar parte de este stock por su alto consumo. Por último, aquellos consumibles de cambio frecuente (aceites, filtros) deberían considerarse. Plazo de aprovisionamiento: Algunas piezas se encuentran en stock permanente en proveedores cercanos a la planta. Otras, en cambio, se fabrican bajo pedido, por lo que su disponibilidad no es inmediata, e incluso, su entrega puede demorarse meses. Eso puede suponer una alta indisponibilidad del motor, en caso de llegar a necesitarse. Por tanto, aquellas piezas necesarias para la reparación de un fallo no crítico cuya entrega no sea inmediata y pueda demorarse durante meses, podría ser interesante que en algunos casos formaran parte del almacén de repuesto. Costo de la pieza. Puesto que se trata de tener un almacén con el menor capital inmovilizado posible, el precio de las piezas formará parte de la decisión sobre el stock de estas. Aquellas piezas de gran precio (grandes ejes, coronas de gran tamaño, equipos muy especiales) no deberían mantenerse en stock en la planta, y en cambio, deberían estar sujetas a un sistema de mantenimiento predictivo eficaz. Para estas piezas también debe preverse la posibilidad de compartirse entre varias plantas. Algunos fabricantes motores ofrecen este interesante servicio. Descripción del repuesto habitual para turbinas de vapor Juego de cojinetes radiales y axiales Tarjetas de entradas/salidas del sistema de control Sellos de carbón (si los tiene) Válvula de admisión: elementos internos de la válvula, set completo + filtro de vapor Instrumentación: Sensores de velocidad y posición (pick-up)

Continúa trabajos en la casa de filtros de succión de la turbo vapor

7 Continúa el armado final de la chimenea a ciclo abierto

8 Separador absoluto, calentador eléctrico

9 Cimentación de la chimenea del recuperador de calor

10 Estructura de chimenea

11 Montaje^ de cubierta en torno a la unidad Turbo^ vapor

Tubería del sistema contra incendio en el transformador principal

Montaje y conexión de tuberías en el módulo de admisión de aire

Sin acoplarse el recuperador de calor y la descarga de la turbina