La necessità di rivalutare il sistema di filtrazione per le turbine a gas offshore

L’industria petrolifera e del gas offshore si interessa da tempo dell’importanza della manutenzione dei motori delle turbine a gas, ma un aspetto critico che spesso sfugge all’attenzione è quello dei sistemi di filtrazione dell’aria. Situati nella parte anteriore della turbina a gas, questi sistemi possono migliorare le prestazioni e la disponibilità della turbina a gas, promuovendo al contempo una migliore pulizia del compressore e l’integrità a lungo termine dei componenti.

Le turbine a gas sono essenziali per la produzione di petrolio e di gas, in quanto gestiscono applicazioni di azionamento meccanico e di generazione di energia sulle piattaforme offshore. Tuttavia, sono ripetutamente esposte alle condizioni atmosferiche più difficili.

L’ambiente più ostile

L’aria nell’ambiente offshore contiene numerose particelle sospese nell’aria che possono danneggiare in modo permanente le turbine a gas (GT). Si tratta di goccioline d’acqua, aerosol di sale marino, sale in soluzione e particolato sub-micronico, oltre a particolato industriale trasportato dall’aria a causa di idrocarburi bruciati e incombusti, attività di perforazione, combustione di fango e graniglia. Le pale dei compressori, le palette direttrici di aspirazione e le parti pneumatiche sono particolarmente esposte alla contaminazione e alla corrosione in mare aperto. Ciò può causare danni, grippaggi e, in ultima analisi, il guasto di questi componenti critici.

All’interno della sezione turbina della GT, i passaggi di raffreddamento sulle costose pale della turbina devono rimanere privi di contaminazione. Se non sono protetti, l’ostruzione può provocare surriscaldamento, usura e cricche. Inoltre, quando si opera con combustibili acidi, i componenti della sezione turbina sono esposti a una corrosione accelerata delle estremità calde. Questo processo deriva dalla combustione di gas combustibile acido, ricco di idrogeno solforato (H2S), che reagisce con il sale (NaCl) dell’aria di aspirazione e porta alla riduzione della durata di vita dei componenti critici e costosi.

Filtrazione tradizionale offshore

In Europa, i prodotti sono testati e verificati in laboratorio secondo le norme EN779 e EN1822. I gradi di efficienza di filtrazione EN vanno da G1 a U17; più alto è il numero, più alto è il livello di filtrazione. Nel mercato delle turbine a gas, il grado di filtrazione va da G3 a E12. I filtri della gamma G3-M5 sono comunemente utilizzati come prefiltri.

In genere, i moderni sistemi di filtrazione delle turbine a gas a terra hanno una classificazione minima di F9, anche se i sistemi vengono regolarmente messi in funzione con livelli di filtrazione fino a EPA E12. Tuttavia, nell’ambiente offshore, circa l’85% delle turbine a gas offshore è protetto da piccoli sistemi di filtrazione ad alta velocità che rientrano nella classificazione di prefiltrazione G3-M5. Questo tipo di filtro fornisce solo una protezione contro le particelle grossolane e non riesce a catturare le particelle sub-microniche in mare aperto. Ciò può comportare la perdita di ricavi di produzione, arresti non programmati delle turbine a gas, riduzione della durata dei componenti e dei motori, guasti prematuri dei motori, bassa efficienza di compressione delle turbine ed elevate emissioni di CO₂.

Questi sistemi sono stati ampiamente adottati a partire dalla fine degli anni Settanta. La scelta si è basata su una ricerca condotta dal National Gas Turbine Establishment su una nave oceanica. Si trattava di prelevare campioni di aria appena sopra il livello del mare come indicatore della qualità dell’aria in mare aperto. I test condotti all’epoca ritenevano che il 95% delle particelle in mare aperto fosse superiore a 5 micron e che i sacchi filtranti sarebbero stati efficaci nell’arrestarle. Recenti ricerche hanno rivelato che il 98% delle particelle sulle piattaforme offshore è di 1 micron o inferiore (Tabella 2).

I tradizionali sacchi filtranti a bassa efficienza contenuti in questi piccoli alloggiamenti offrono una filtrazione minima e l’arresto delle particelle inferiori a 1 micron. Sono progettati per consentire all’acqua, all’umidità o alla nebbia di coagularsi durante il passaggio attraverso i sacchi filtranti. Questo crea gocce più grandi che vengono catturate da una paletta a valle. Tuttavia, l’acqua e il sale in soluzione passano attraverso i filtri a maniche e possono raccogliersi sul pavimento a valle dei sacchi e a monte delle palette finali. L’acqua evapora con il tempo, provocando la formazione di cristalli salini e i sali vengono raccolti dal flusso d’aria e trasportati nelle turbine a gas.

Tabella 1: Un confronto tra gli aerosol del National Gas Turbine Establishment (NGTE) e la misurazione della piattaforma di AAF, che evidenzia la differenza nelle dimensioni delle particelle a livello di piattaforma.

Tabella 2:Pulizia dell’aria a 0,3 micron. La tecnologia di filtrazione N-hance EPA E12 di AAF è 1900 volte più pulita rispetto alla tecnologia tradizionale ad alta velocità.  Si noti che il campione d’aria utilizzato è stato prelevato su una piattaforma del Mare del Nord.

Filtrazione EPA E12

I filtri dell’aria con classificazione EPA E12 catturano il 99,95% delle particelle con la dimensione delle particelle più penetranti (Most Penetrating Particle Size), ovvero le dimensioni più difficili da catturare a un flusso d’aria predefinito. Ciò è in netto contrasto con i tradizionali sacchi filtranti a bassa efficienza che catturano solo il 5% di queste particelle, motivo per cui gli operatori devono effettuare lavaggi con acqua molto frequentemente e devono fare i conti con arresti imprevisti e riduzione della vita del motore offshore.

Quando è stata resa disponibile per la prima volta in mare aperto, la tecnologia EPA E12 richiedeva un’attrezzatura di grandi dimensioni, ma questo aggiornamento è ora disponibile come aggiornamento all’interno di un sistema di filtrazione ad alta velocità esistente, senza la necessità di sostituire l’alloggiamento più piccolo con un filtro più grande. Questo sistema unico è noto come N-hance Performance Filtration e troverete maggiori dettagli su questa soluzione sul sito web di AAF. L’aggiornamento è progettato per gestire grandi quantità di umidità e sale. Questo tipo di filtrazione elimina i frequenti lavaggi con acqua, aumenta l’efficienza produttiva e riduce le emissioni di CO₂, garantendo al contempo una maggiore durata operativa della turbina a gas.

Una turbina a gas che funziona bene in mare aperto offre maggiori prospettive di efficienza complessiva, redditività e sostenibilità.  Oltre a migliorare la posizione finanziaria di un’azienda, quest’ultima è oggi sempre più necessaria in seguito alla crescente consapevolezza che resistere al processo di decarbonizzazione è inutile e dannoso per gli affari. N-hance potrebbe rappresentare una nuova frontiera per quanto riguarda i guadagni complessivi di efficienza offshore.