Quand il devient nécessaire de réévaluer votre système de filtration GT offshore

L’industrie pétrolière et gazière offshore a depuis longtemps conscience de l’importance de la maintenance des moteurs de turbines à gaz mais la maintenance des systèmes de filtration d’air passe souvent au second plan. Ces systèmes qui sont situés à l’avant de la turbine à gaz sont capables d’améliorer les performances et la disponibilité de la turbine à gaz et de garantir à la fois le niveau de propreté du compresseur et l’intégrité des pièces sur le long terme.

Les turbines à gaz sont essentielles dans la production de pétrole et de gaz puisqu’elle font fonctionner des applications d’entraînement mécanique et de production d’énergie sur les plateformes offshore. Elles sont néanmoins souvent exposées de manière répétée aux conditions atmosphériques les plus difficiles.

L’environnement le plus rude

L’air dans l’environnement offshore contient de nombreuses particules en suspension dans l’air qui peuvent endommager les turbines à gaz (GT) de manière permanente. Ce sont notamment les gouttes d’eau, les aérosols de sel marin, le sel en solution et les particules sub-microniques ; Il peut également y avoir des particules industrielles en suspension dans l’air créées par des hydrocarbures brûlés et non brûlés, les activités de forage, le brûlage de la boue et la projection de sable. Les aubes de compresseurs, les aubes directrices variables d’admission et les pièces pneumatiques sont particulièrement exposées à la contamination et à la corrosion offshore. Ces particules peuvent provoquer des dommages, un grippage et finalement la panne de ces pièces critiques.

Dans la section turbine de la GT, les passages de refroidissement sur les aubes de turbine coûteuses doivent être protégés contre toute contamination. S’ils ne sont pas protégés, un blocage peut entraîner une surchauffe, une fatigue et des fissures. Par ailleurs lorsqu’elles fonctionnent avec du carburant acide, les pièces de la section turbine sont exposées à une corrosion accélérée de l’extrémité chaude. Ce processus provient de la combustion du gaz combustible acide, riche en sulfure d’hydrogène (H2S), réagissant avec le sel (NaCl) de l’air d’admission, pour provoquer un raccourcissement de la durée de vie des pièces critiques et coûteuses.

Filtration offshore classique

En Europe les produits sont testés et analysés dans des laboratoires conformément aux normes EN779 et EN1822. Les degrés d’efficacité de filtration EN vont de G1 à U17 ; Plus le chiffre est élevé, plus le niveau de filtration est fort. Sur le marché des GT, la filtration va généralement de G3 à E12. Les filtres de la gamme G3-M5 sont normalement utilisés comme préfiltres.

En général, les systèmes de filtration de GT modernes terrestres sont au minimum classés F9, même si des systèmes sont fréquemment mis en service avec des niveaux de filtration allant jusqu’à EPA E12. En revanche dans l’environnement offshore, environ 85 % des GT offshore sont protégées par de petits systèmes de filtration à grande vitesse qui entrent dans la gamme de classification de préfiltration G3-M5. Ce type de filtre ne protège que contre les grosses particules et ne peut pas capturer les particules sub-microniques offshore. Cela peut entraîner une perte de revenus de production, des arrêts non planifiés des turbines à gaz, une diminution de la durée de vie utile des pièces et des moteurs, une panne prématurée des moteurs et finalement une efficacité de compression des turbines réduites et des émissions de CO₂ élevées.

Ces systèmes ont été largement adoptés à partir de la fin des années 1970. Le choix était basé sur les recherches menées par le National Gas Turbine Establishment sur un navire de haute mer. Il consistent en des prélèvements d’échantillons d’air juste au-dessus du niveau de la mer pour obtenir un indicateur de la qualité de l’air en mer. Les tests effectués à cette époque considéraient que 95 % des particules offshore étaient supérieures à 5 microns et que les sacs de filtration seraient efficaces pour les retenir. Des recherches récentes ont démontré que 98 % des particules sur les plateformes offshore ont une taille inférieure à 1 micron (Tableau 2).

Les sacs filtrants traditionnels à faible efficacité contenus dans ces petits boîtiers garantissent une filtration et un arrêt des particules minimes pour les particules inférieures à 1 micron. Ils sont conçus pour laisser l’eau, l’humidité ou le brouillard coalescer lorsqu’ils passent au travers des sacs filtrants. Cela crée des gouttes plus grosses qui sont capturées par un séparateur à chicane en aval. Mais l’eau et le sel en solution traversent les filtres à poche et peuvent s’accumuler au sol en aval des sacs et en amont des séparateurs à chicane finales. L’eau s’évapore alors au fil du temps et provoque une augmentation de la cristallisation du sel ; les sels sont captés par le flux d’air et entraînés dans la GT.

Tableau 1 :Comparaison entre les aérosols provenant de la mesure de la plateforme du National Gas Turbine Establishment (NGTE) et AAF, qui souligne la différence de taille des particules au niveau de la plateforme.

Tableau 2 : Propreté de l’air à 0,3 micron. La technologie de filtration N-hance EPA E12 d’AAF est 1 900 fois plus propre que la technologie traditionnelle à haute vitesse.  Remarque : l’échantillon d’air utilisé a été prélevé sur une plateforme en mer du Nord.

Filtration EPA E12

Les filtres à air classés EPA E12 capturent 99,95 % des particules à la Taille de particule la plus pénétrante – la taille de particule la plus difficile à capturer à un débit d’air prédéfini. Cela contraste largement avec les filtres à poches classiques peu efficaces qui ne capturent que 5 % de ces particules ; Les opérateurs doivent ainsi effectuer des lavages à l’eau très fréquents et faire face à des arrêts imprévus et à une réduction de la durée de vie des moteurs en mer.

Lorsqu’elle a été disponible pour la première fois en mer, la technologie EPA E12 a eu besoin d’une grande enveloppe d’équipement mais cette mise à niveau est désormais disponible comme adaptation dans l’ensemble du système de filtration à grande vitesse existant ; Il n’est désormais plus nécessaire de remplacer le petit boîtier par un boîtier de filtre plus grand. Ce système exclusif est appelé N-hance Performance Filtration et vous trouverez plus de détails sur cette solution sur le site Internet d’AAF. La mise à niveau est conçue pour traiter de grandes quantités d’humidité et de sel. Ce type de filtration élimine le besoin de laver souvent à l’eau, augmente l’efficacité de la production et réduit les émissions de CO₂ ; Cette filtration garantit également une durée de vie opérationnelle plus longue de la turbine à gaz.

Une turbine à gaz performante en mer apporte globalement de plus grandes perspectives d’efficacité, de rentabilité et de durabilité. Ce dernier point contribue à l’amélioration de la situation financière de la société, ce qui est de plus en plus nécessaire étant donné que l’industrie a de plus en plus conscience du fait que résister à la décarbonisation est à fois futile et mauvais au niveau commercial. N-hance pourrait bien représenter une nouvelle frontière en matière de gains d’efficacité globale en mer.