Sfide della valvola di bypass della turbina

Jan 13, 2024

Le valvole di bypass della turbina sono una delle applicazioni più difficili in una centrale elettrica. Mantenere queste valvole funzionanti in modo efficiente ed evitare guasti imprevisti è fondamentale per il funzionamento dell’impianto.

Quando agli ingegneri viene chiesto di elencare le applicazioni più difficili delle valvole di controllo, le valvole di bypass della turbina vengono invariabilmente menzionate. Cicli termici frequenti, cadute di pressione elevate e la necessità di una chiusura ermetica spingono queste valvole al limite. Sfortunatamente, molti impianti tendono a ignorare queste valvole fino a quando non si guastano, creando interruzioni non pianificate, perdita di produzione e costi elevati per la manutenzione reattiva. Questo articolo fornisce metodi di ispezione suggeriti per anticipare e mitigare i problemi in anticipo e offre alternative di aggiornamento nel caso in cui una valvola debba essere riparata o sostituita.

Le valvole di controllo per servizi gravosi vengono utilizzate nelle installazioni più difficili all'interno degli impianti di processo. Queste installazioni includono comunemente fluidi cavitanti, erosivi, corrosivi, rumorosi, ad alta pressione, ad alta temperatura, con elevata caduta di pressione o ad alta velocità. Le valvole di bypass della turbina sono esposte a molte di queste condizioni di processo; tuttavia, devono rispondere in modo impeccabile e rimanere esenti da perdite quando sono chiusi.

Come suggerisce il nome, le valvole di bypass della turbina vengono utilizzate per bypassare le turbine a vapore durante l'avvio e l'arresto dell'impianto, nonché quando una turbina va fuori linea (Figura 1). Nel funzionamento normale le valvole sono completamente chiuse, forzando tutto il vapore attraverso una turbina. Durante l'avvio, le valvole di bypass deviano il vapore lontano dalla turbina finché le proprietà e le condizioni del vapore non sono adeguate per inviarlo alla turbina. Questo processo avviene al contrario allo spegnimento. L'utilizzo di valvole di bypass all'avvio e allo spegnimento aiuta a proteggere la turbina deviando il vapore potenzialmente umido e garantendo che solo condizioni e flussi di vapore adeguati raggiungano la turbina stessa.

1. A seconda del progetto della centrale elettrica, è possibile utilizzare diverse valvole di bypass della turbina per deviare istantaneamente il vapore attorno a una turbina nel caso in cui dovesse disattivarsi. Per gentile concessione: Emerson

In caso di intervento della turbina, il vapore deve continuare a fluire per evitare danni all'apparecchiatura dovuti a sovrapressione e temperatura elevata, quindi la valvola di bypass della turbina si apre immediatamente per mantenere il flusso attraverso il sistema.

Mentre funziona, una turbina utilizza il vapore per eseguire lavoro, riducendo la temperatura e la pressione del vapore in uscita. Quando una valvola di bypass della turbina si apre, la pressione diminuirà, ma il vapore in uscita rimarrà piuttosto surriscaldato, distruggendo potenzialmente le apparecchiature a valle. Per evitare questa situazione, le valvole di bypass della turbina incorporano un sistema di iniezione dell'acqua nel corpo della valvola oppure impiegano un desurriscaldatore separato per l'iniezione di acqua appena a valle, in entrambi i casi per abbassare la temperatura del vapore in uscita.

Di conseguenza, le valvole di bypass della turbina affrontano una tempesta perfetta di condizioni di servizio severe. Durante il funzionamento dell'impianto tali valvole devono rimanere ben chiuse per evitare sprechi di energia. Quando si verifica un intervento della turbina, le valvole di bypass devono rispondere immediatamente, esponendole a rapidi cambiamenti di temperatura e richiedendo loro di far passare flussi molto elevati con cadute di pressione elevate, creando un rumore elevato e vibrazioni potenzialmente estreme.

Dato il servizio gravoso, la realtà è che praticamente ogni valvola di bypass della turbina alla fine fallirà in qualche modo. Sfortunatamente, molte di queste valvole sono installate in posizioni di difficile accesso, sono generalmente saldate sul posto e tendono ad essere fortemente isolate. Di conseguenza, vengono spesso ignorati finché i problemi non iniziano a emergere. La perdita di vapore attraverso la valvola è solitamente il primo sintomo notato, ma possono verificarsi danni molto più significativi e potenzialmente pericolosi.

Le cadute di pressione estreme generano invariabilmente rumore elevato e vibrazioni elevate. Nel corso del tempo queste vibrazioni, insieme ai frequenti sbalzi di temperatura, affaticano il metallo della valvola, i collegamenti idraulici e le tubazioni stesse (Figura 2). Tale fatica del metallo può provocare guasti catastrofici sotto pressione.

2. Nel corso del tempo, le elevate vibrazioni e lo shock termico subiti dalle valvole di bypass della turbina affaticano il metallo e creano crepe sia nella valvola stessa che nelle tubazioni circostanti. Per gentile concessione: Emerson