Capire l'impatto dell'umidità sui filtri delle turbine a gas

L’acqua è presente nel nostro ambiente sotto forma di gocce, come pioggia, spruzzi marini, neve, nebbia e foschia. È presente anche sotto forma di vapore, la cui quantità viene misurata come umidità relativa. L’acqua sfusa e le gocce d’acqua di grandi dimensioni hanno un impatto diretto sull’erosione delle pale del compressore. Anche le piccole gocce o il vapore presenti nell’aria possono essere dannosi in quanto favoriscono o accelerano altri fattori che causano potenziali danni alla turbina a gas e prestazioni non ottimali.

L’umidità può anche avere un effetto negativo sui filtri progettati per proteggere una turbina a gas, con conseguente riduzione delle prestazioni. Analizzeremo i diversi modi in cui l’acqua agisce su questi filtri e cosa si può fare per alleviare o addirittura eliminare questi effetti.  Verranno analizzati alcuni dei fatti fondamentali e le modalità con cui è possibile ridurre i problemi che si presentano.

Ingresso dell’acqua

L’acqua passa attraverso molti filtri delle turbine a gas, motivo per cui la selezione dei filtri è così importante in questo settore. Esistono sul mercato filtri che impediscono l’ingresso dell’acqua, ma devono essere considerati prodotti specialistici. Chi ha avuto a che fare con una tubatura che perde a casa propria, sa che i danni causati dall’acqua, anche di piccola entità e per un periodo prolungato, se non controllati, possono avere effetti devastanti. L’acqua corrente che passa attraverso i filtri porta con sé inquinanti solubili che a loro volta danneggiano i componenti della turbina. In genere, il sale disciolto è il principale ‘trasgressore’  che causa la corrosione di componenti vitali e costosi.

Il passaggio dell’acqua può verificarsi anche in caso di filtri e/o alloggiamenti del filtro mal progettati o costruiti, ad esempio, seguendo il percorso di minor resistenza attorno a guarnizioni mal progettate.

L’effetto dell’acqua

Storicamente, per la produzione di materiali filtranti sono state utilizzate fibre di cellulosa. Queste erano particolarmente inclini a gonfiarsi in presenza di umidità elevata, nebbia o foschia a causa dell’elevato assorbimento di umidità. Quando le fibre si gonfiano, i vuoti tra di esse si chiudono e di conseguenza si ha un aumento della pressione differenziale (dP).

In questo tipo di filtro per turbine a gas l’aumento della dP è molto più comune e comporta una riduzione della potenza in uscita. Va inoltre notato che il picco di dP può portare a arresti non programmati se viene raggiunto il limite di allarme. Ciò comporta costosi tempi di inattività non programmati e può portare i filtri a raggiungere prematuramente la fine della loro vita utile, il che rappresenta un’ulteriore spesa da considerare.

I diversi tipi di filtro si comportano in modo molto diverso in presenza di acqua, e questo dovrebbe essere discusso con qualsiasi potenziale fornitore.

Soluzione al rigonfiamento delle fibre

Per i filtri fini e soprattutto per i filtri a impulsi, le fibre sintetiche sono state ampiamente adottate per attenuare l’effetto dell’acqua sui filtri, in quanto le fibre sintetiche hanno caratteristiche idrofobiche.

Un’altra risposta è stata quella di aggiungere un rivestimento idrofobico a un mezzo di base in cellulosa o a una miscela di mezzi sintetici e cellulosa. A seconda di come viene applicato il rivestimento, del suo spessore e della sua composizione, l’effetto idrofobico può proteggere le fibre in misura variabile.

Sebbene la caratteristica idrofobica possa contribuire a evitare l’effetto dP negativo causato dal rigonfiamento delle fibre, non ne consegue che un mezzo idrofobico costituisca una buona barriera all’acqua. Si tratta di una questione complessa, poiché alcuni filtri sintetici offrono eccellenti proprietà di barriera all’acqua, mentre altri permettono semplicemente il passaggio dell’acqua.

L’effetto dell’acqua sul particolato

In presenza di umidità elevata, nebbia e foschia, le gocce d’acqua si coalizzano sui mezzi filtranti. Questo può saturare le particelle catturate sulla superficie del mezzo, che assorbono l’acqua, provocando un rigonfiamento delle particelle. Ciò aumenta le dimensioni delle particelle che bloccano il percorso del flusso d’aria, con conseguente aumento della pressione differenziale.

Questo fenomeno può verificarsi con qualsiasi tipo di mezzo di filtrazione, poiché è la composizione del particolato ad essere interessata, non il mezzo di filtrazione stesso. Queste particelle possono quindi asciugarsi e formare ‘caking’ solidi sulla superficie del mezzo per i filtri a caricamento superficiale, oppure all’interno del filtro stesso.

Se sono solubili, gli inquinanti possono essere lavati attraverso il mezzo, il che è ugualmente indesiderabile, come abbiamo visto sopra.

Ridurre gli effetti dell’acqua sul particolato catturato

Una soluzione potenziale è quella di ridurre la quantità di acqua che entra in contatto con il filtro installando un prefiltro con proprietà di coalescenza dell’acqua. Un’adeguata prefiltrazione ridurrà anche la quantità di particelle su un singolo filtro. In questo modo, si allunga la vita del sistema.

Abbiamo visto che l’acqua e il vapore acqueo in massa influiscono sulle prestazioni dei filtri e di conseguenza sulle prestazioni, sull’efficienza e sulla durata dei componenti delle turbine a gas. L’interazione è complessa, ma esistono soluzioni per attenuare alcuni degli effetti dannosi. Conoscere l’ambiente in cui opera la turbina è un primo passo fondamentale per fornire soluzioni di filtrazione adeguate. In questa sede abbiamo solo accennato ad alcuni dei fattori in gioco, pertanto è sempre consigliabile discutere con il proprio fornitore di filtri le condizioni ambientali specifiche, i requisiti di efficienza, le aspettative di durata del filtro e gli obiettivi di risparmio di carburante.

Conclusione

Il ‘punto chiave’ è che gli effetti dell’umidità sui filtri delle turbine a gas sono un argomento complesso che varia notevolmente a seconda dell’ambiente circostante e del sistema di filtrazione. La semplice indicazione di un tipo di mezzo potrebbe non fornire i risultati desiderati per proteggere la turbina dagli effetti dell’acqua. Pertanto, è importante rivolgersi a un fornitore esperto di filtrazione che possa dimostrare la propria competenza nell’attenuare gli effetti dell’acqua sui filtri e sulle turbine a gas.

AAF ha un’ampia esperienza in questo settore e sarà più che lieta di dimostrarvela; contattateci se desiderate ricevere assistenza specifica per la vostra installazione di turbine a gas.