Projet 4ème

Détection de l’encrassement de compresseurs de turbine à

gazJonathan Goldwasser

Tuteurs : Michel Kinnaert et Rémi Baeyens

Université Libre de Bruxelles Faculté des Sciences appliquéesService d’Automatique2ème Licence

13 avril 2005 2

Plan de la présentation Introduction Cycle de BRAYTON Dépendance aux conditions extérieures Cycle idéal vs cycle réel Le compresseur Origines de l’encrassement Nettoyage Mesure de l’encrassement Wet compression Visite à Drogenbos Conclusion

13 avril 2005 3

Introduction Encrassement

Problème sérieux Marché libre et compétitif

Origines Impuretés de l’air Grands débits (~ 500 kg/s)

Conséquences Chutes des performances Augmentation du coût de production Pertes de puissance entre 2 et 15%

13 avril 2005 4

Cycle de BRAYTON

Rendement fixé par le taux de compression

Puissance fixée par la température T3

13 avril 2005 5

Dépendance aux conditions extérieures

La température T1 intervient dans l’expression de la puissance utile

Si T3 est constante alors Si T1 baisse, Pu augmente Si T1 augmente, Pu diminue

Difficulté pour produire des grosses puissances en été

Haut taux de compression => grande sensibilité aux conditions extérieures

13 avril 2005 6

Idéal vs réel Irréversibilité dans le compresseur et la turbine Chutes de pression Débit non constant Chaleurs massiques non constantes Pertes mécaniques

Cycle idéal vs cycle réel (1)

13 avril 2005 7

Cycle idéal vs cycle réel (2)

Notions de rendements isentropiques Mesure l’irréversibilité des machines

thermodynamiques Le rendement est maintenant fonction

de la température T3

13 avril 2005 8

Le compresseur (1)

Composant le plus délicat du cycle Fixe le taux de compression (Rendement) Doit fournir le débit nécessaire (Puissance)

Compresseurs axiaux à plusieurs étages Grand débit (axiaux) Haut taux de compression (# étages)

Instabilités à faible débit

13 avril 2005 9

Le compresseur (2) Inlet Guide Vanes

Directrices réglables pour le contrôle du débit En tenir compte dans le calcul de

l’encrassement Wet compression

Injection d’eau déminéralisée à l’entrée du compresseur

Pratique si T1 est trop élevée Impact sur l’encrassement ?

13 avril 2005 10

Origines de l’encrassement Pollution industrielle et urbaine Présence de sel dans l’air Vapeurs provenant du lubrifiant Dépôts minéraux Poussière, sable, engrais, insecticides Insectes Fuites d’huile des roulements Vapeurs des tours de refroidissement

13 avril 2005 11

Nettoyage Nettoyage off-line

Atteint tous les étages Rétablit la puissance nominale Arrêt de production de 12 à 36h

Nettoyage on-line Maintient voire améliore l’encrassement Rallonge les périodes entre deux off-line Continuité de service à puissance réduite Coquilles de noix

13 avril 2005 12

Mesure de l’encrassement (1) Facteur de qualité

Rapport entre frottements et travail moteur Nul pour un compresseur parfait Non nul pour un compresseur propre ! Coefficient polytropique Détermination de k

Rapport de compression Humidité relative

13 avril 2005 13

Mesure de l’encrassement (2)

Facteur de salissement S Travaux de frottements reliés au

débit par une relation quadratique Nul pour un compresseur propre Estimation du débit volumique

problématique

13 avril 2005 14

Mesure de l’encrassement (3) Facteur de salissement

Mesure l’importance de la différence de pression entre la pression réelle de sortie du compresseur et celle du compresseur propre

Débit massique estimé à partir de la puissance

Détermination de k Rapport de compression Humidité relative

13 avril 2005 15

Mesure de l’encrassement (4) Analyse en composantes principales

Déterminer les directions de grandes variations Combinaisons linéaires entre variables ! Qualité de représentation

Méthode Retenir 2 CP sur compresseur propre Projeter sur ces 2 CP le compresseur à analyser

13 avril 2005 16

Mesure de l’encrassement (5)

13 avril 2005 17

Mesure de l’encrassement (6)

13 avril 2005 18

Mesure de l’encrassement (7)

13 avril 2005 19

Mesure de l’encrassement (8)

13 avril 2005 20

Mesure de l’encrassement (9)

13 avril 2005 21

Wet compression (1)

13 avril 2005 22

Wet compression (2)

13 avril 2005 23

Visite à Drogenbos

Lundi 11 avril 2005 entre 9h et 11h30

Visite complète du site Ordres de grandeur

MW/m² Taille de la turbine à gaz Taille des filtres

13 avril 2005 24

Conclusion Méthodes thermodynamiques

Indicateurs généralement en concordances Si divergence, moyenne pondérée des indicateurs Doivent être réadaptées en fonction du site

Analyse en composantes principales Indépendant de la turbine, des capteurs Réduit la complexité du problème (2 CP) Facile à implémenter

Meilleure référence nécessaire pour l’ACP Intégrer l’influence des IGV Parler en terme de puissance voire en terme €