Estrategia General de Mantenimiento de la Turbina Principal de la Planta Generadora Eléctrica de la Refinería de Petróleo

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UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE

Facultad de Ingeniería y Arquitectura

Escuela de Ingeniería

MAGISTER INGENIERIA INDUSTRIAL

Curso de Gestión de Operaciones y Logística, Enero 2021

Trabajo Práctico Semana Nº 4

UNIDAD 6: Gestión de Mantenimiento e Infraestructura

Alumno: Joaquín Aguirre Concha

Estrategia General de Mantenimiento de la Turbina Principal de la Planta Generadora Eléctrica de la Refinería de Petróleo

GASOIL-LATAM-CHILE (GLACH)

1. Antecedentes

La comisión Nacional de Energía, de acuerdo a lo establecido en el articulo 162ª de la Ley General de Servicios Eléctricos, determina un programa de obras de generación y transmisión para el Sistema Eléctrico Nacional. Este ejercicio involucra la optimización de la expansión del sistema a nivel de generación bajo los supuestos de costo de combustible, condiciones hidrológicas, alternativas de desarrollo de la matriz energética y evolución de los costos de inversión de las diferentes tecnologías de generación. De acuerdo al anuncio, actualizado el día 9 de diciembre de 2019 por el Ministerio de Energía, las centrales térmicas a carbón, no son contempladas, ya que atentan contra el plan de descarbonización anunciado por el gobierno.

Las tecnologías de generación eléctrica consideradas por la comisión Nacional de Energía fueron:

• Térmica a gas natural en ciclo abierto y Térmica a gas natural en ciclo combinado
• Conjunto de motores a gas
• Térmica diésel – turbina a gas dual y Térmica diésel – grupos motor‐generador
• Eólica
• Solar Fotovoltaica
• Solar térmica (concentración)
• Geotérmica
• Hidráulica de embalse, Hidráulica de pasada (> 20 MW) y Mini‐hidráulica (≤ 20 MW)
• Térmica a biomasa y Térmica a biogás
• Eólica con Almacenamiento en Baterías.
• Solar Fotovoltaica con Almacenamiento en Baterías.

La tecnología utilizada por la Refinería de Petróleo GASOIL-LATAM-CHILE (GLACH), para la generación de electricidad es en base una Termoeléctrica con turbinas a gas natural (TG), turbina a vapor (TV) y caldera recuperadora de vapor (HRSG, Heat Recovery Steam Generator) en configuración ciclo combinado (CC).  Estas centrales utilizan gases de alta presión producidos por el calentamiento de aire, a raíz de la combustión de gas natural, para mover una turbina acoplada a un generador eléctrico. En este tipo de turbinas se aprovecha el ciclo térmico de Brayton para la generación eléctrica. En tanto, en la turbina a vapor (TV) de las centrales de ciclo combinado se aprovecha el ciclo térmico de Rankine. En la TV, el combustible es utilizado para calentar agua y transformarla en vapor a alta presión, el cual acciona la turbina acoplada al generador eléctrico. La idea, en las centrales de ciclo combinado, es recuperar parte de la energía perdida en las TG CA, aumentando la eficiencia total del sistema. Así, el aire caliente que sale de la turbina a gas (TG) y que posee aún un alto contenido energético térmico, es captado y dirigido como la fuente de calor principal para el proceso de calentamiento de agua y generación de vapor en calderas o intercambiadores de calor que suministran a la turbina a vapor (TV). A esto se le conoce como caldera recuperadora de calor (HRSG, Heat Recovery Steam Generator).

1. Objetivos

El presente informe tiene como objetivo analizar la actual fuente de energía que posee la planta de petróleo, dentro del desarrollo del plan de gestión e infraestructura para un mejor rendimiento y aseguramiento de continuidad operacional de la planta generadora.

1.- Elaborar una estrategia general de mantenimiento de la turbina principal de la planta generadora, considerando la importancia y criticidad de la infraestructura.

2.- Determinar un modelo de mantenimiento que se ajuste a las condiciones de los equipos involucrados en la generación de electricidad.

3.- Proponer acciones mitigación en caso de una eventual falla y detención total de la turbina principal.

Alcances y supuestos!!!!

1. Descripción de la tecnología utilizada para la generación de electricidad.

Una turbina es una maquina motriz de flujo constante, que da origen a un trabajo mecánico por medio de un sistema de paletas curvas a las cuales se les denomina alabes, y estas utilizan la energía térmica, cinética o de presión de fluidos.

En otras palabras las turbinas en un sentido general son mecanismos o aparatos de fluido, que mediante ellas atraviesa, de manera continua, un fluido, manifestando así su energía a través de un sistema de alabes.

Este es un motor rotativo que transforma en energía mecánica, aquella energía emanada de una corriente de gas, agua o vapor de agua, en la actualidad dentro del campo industrial podemos decir que encontramos una gama amplia de turbinas de acuerdo al requerimiento de operación del proceso en donde sea implementado y con ende estas cumplen una función esencial dentro del proceso productivo lo que nos indica que está catalogado como un equipo crítico.

En las centrales de Ciclo Combinado, tienen esta denominación Se denomina ciclo combinado en la generación de energía a la co-existencia de dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es el vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de una combustión.

En las centrales térmicas denominadas de ciclo combinado, la generación de energía se debe gracias a la co-existencia de dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es el vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de una combustión.

En una central eléctrica el ciclo de gas genera energía eléctrica mediante una turbina de gas y el ciclo de vapor de agua lo hace mediante una o varias turbinas de vapor. El principio sobre el cual se basa es utilizar los gases de escape a alta temperatura de la turbina de gas para aportar calor a la caldera o generador de vapor de recuperación, la que alimenta a su vez de vapor a la turbina de vapor. La principal ventaja de utilizar el ciclo combinado es su alta eficiencia, ya que se obtienen rendimientos superiores al rendimiento de una central de ciclo único y mucho mayores que los de una de turbina de gas. [pic 2]

Consiguiendo aumentar la temperatura de entrada de los gases en la turbina de gas, se obtienen rendimientos de la turbina de gas cercano al 60%. Este rendimiento implica una temperatura de unos 1.350oC a la salida de los gases de la cámara de combustión. El límite actualmente es la resistencia a soportar esas temperaturas por parte de los materiales cerámicos empleados en el recubrimiento interno de las cámaras de combustión de esas turbinas.

1. Plan de Mantención para la Central Térmica de Ciclo Combinado

Para formular un plan de mantención para central térmica de CC, se debe conocer cuales son las fuentes de probables de fallas y componentes que refieren una eventual mantención para su continuidad operacional.

Dentro de las posibles fallas y componentes afectados podemos destacar los siguientes:

4.1        Fallos en cajas de filtros

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 impacto 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.
• Entrada de suciedad por cierre no estanco de la caja de filtros
• Corrosión en caja de filtros.

4.2        Fallas en álabes

El fallo en los álabes es un fallo 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 se exponen algunos de los más importantes:

• Impactos
• Fisuras (Cracks)
• Roturas por velocidad crítica
• Pérdida de recubrimiento cerámico (coatings loss)
• Obstrucción de orificios de refrigeración
• Corrosión (fretting)
• Erosión
• Roces (rubbing)
• Deformación por influencia térmica (Creep)
• Sobretemperatura (overfiring)
• Decoloración en compresor

4.3        Fallas en la Cámara de combustión

La cámara de combustión es el lugar donde se produce la 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

4.4        Fallos de Rotor

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