Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

MT TVA- 00254_B_F - Rév. 1 03/12/2005 Raffinage-Pétrochimie-Chimie-Ingénierie —

MT TVA- 00254_B_F - Rév. 1 03/12/2005 Raffinage-Pétrochimie-Chimie-Ingénierie ——— SONATRACH/IAP-CU Boumerdes COMPRESSEURS CENTRIFUGES ET TURBINES À VAPEUR TURBINES À VAPEUR I - THERMODYNAMIQUE ............................................................................................................. 1 1 - Conservation de l’énergie............................................................................................................. 1 2 - Triangles des vitesses.................................................................................................................. 2 3 - Dimensionnement d’une turbine................................................................................................... 4 4 - Types de turbines selon les applications...................................................................................... 9 II - CONSTRUCTION.................................................................................................................... 12 1 - Organes d’admission ................................................................................................................. 12 2 - Tuyères - Diaphragmes.............................................................................................................. 13 3 - Ailettes ....................................................................................................................................... 14 4 - Analyse vibratoire....................................................................................................................... 14 5 - Obturateur à grille pour extraction réglée................................................................................... 14 6 - Étanchéités de sortie d’arbres.................................................................................................... 15 III - SÉCURITÉS TURBINE ........................................................................................................... 16 1 - Déclenchement .......................................................................................................................... 16 2 - Alarmes ...................................................................................................................................... 16 IV - RÉGULATION ......................................................................................................................... 17 1 - Utilisation des turbines à vapeur industrielle .............................................................................. 17 2 - Régulation de vitesse ................................................................................................................. 18 3 - Régulations de procédé ............................................................................................................. 18 4 - Extractions ................................................................................................................................. 19 © 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 00254_B_F © 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 1 I - THERMODYNAMIQUE 1 - CONSERVATION DE L’ÉNERGIE ΔH = ΔV2 2 H en J/kg V en m/s Puissance d’Euler et triangles des vitesses. W3 W2 V3 V2 U3 U2 α3 α2 Aubes mobile en rotation D T 1622 A P puissance développée Qm débit massique V vitesse absolue U vitesse tangentielle ou d’entraînement W vitesse relative 1 conditions d’entrée distributeur 2 conditions d’entrée roue 3 conditions de sortie roue Vu projection de V sur la direction u P = Qm (U2 V2u – U3 V3u) - attention : cette expression, définissant la puissance dite d’Euler correspond à un calcul sans pertes (frottement, fuites, …) - P dépend de déviation de la vitesse absolue par la roue, c’est-à-dire des angles α 2 et α 3 - pour une sortie axiale, α 3 = 90°, P est maximale 00254_B_F © 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 2 2 - TRIANGLES DES VITESSES C’est le tracé, sur une même figure, des vecteurs vitesses entrée et sortie roue mobile en utilisant la même origine pour les vitesses absolues et relatives. W3 W2 V3 V2 U3 U2 α3 β3 β2 α2 D T 1623 A V2 vitesse absolue sortie distributeur (entrée roue) W2 vitesse relative entrée roue W3 vitesse relative sortie roue V3 vitesse absolue sortie roue (entrée distributeur suivant) Machine axiale : variation faible de U U2 ≅ ≅ ≅ ≅ U3 variation faible de la vitesse axiale (les projections axiales des vitesses sont sensiblement constantes) a - Action / Réaction Taux de réaction = σ = ΔHroue ΔHétage • Action Toute la chute d’enthalpie se fait dans le distributeur : ΔHdistributeur = ΔHétage = 1 2 (V22 – V12) avec V1 = vitesse entrée distributeur. W3 W2 V3 V1 V2 U3 U2 β3 β2 α2 D T 1624 A 00254_B_F © 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 3 Ce tracé correspond à : U2 = U3 = U vitesse axiale constante = V1 alors β2 = β3, c’est-à-dire que les angles d’entrée et de sortie de l’aubage monté sur la roue sont égaux ΔH U2 = 4 U2 2 U2 = 2 • Cas particulier de la roue double (ou roue Curtis) Pour de fortes déviations, et donc pour des chutes enthalpiques élevées, la déviation peut se faire sur deux roues séparées par un redresseur. • Réaction La chute d’enthalpie se partage entre le distributeur et la roue : ΔHdistributeur + ΔHroue = ΔHétage = V22 – V12 2 + W32 – W22 2 W3 W2 V3 V1 V2 U U β3 α2 D T 1625 A Ce tracé correspond à : U = U2 = U3 σ = 0,5 Vitesse axiale constante = V1 ΔH U2 = U2 2 U2 + U2 2 U2 = 1 • Rendements Le tracé des triangles de vitesse est optimal lorsque V3 est axial, c’est-à-dire (selon l’angle α2 choisi) : - étage à action U V optimal = 0,4 à 0,5 - étage double U V optimal = 0,2 à 0,3 - étage à réaction U V optimal = 0,7 à 1,2 00254_B_F © 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 4 Un calcul théorique simplifié montre que l’optimum de rendement est obtenu pour un taux de réaction σ = 0,5, c’est-à-dire lorsque le distributeur et la roue se partagent également la chute enthalpique. Toutefois : - pour un étage à réaction, du fait de la différence de pression dans la roue, un débit de fuite évite le passage dans l’aubage mobile et donc ne travaille pas - pour un étage à réaction, du fait de la différence de pression dans la roue, la poussée axiale à reprendre par une butée sur le rotor peut être importante et génératrice de pertes mécaniques - pour une technologie donnée, donc à U constant, il faut plus d’étages sur une turbine à réaction que sur une turbine à action pour la même chute d’enthalpie disponible 3 - DIMENSIONNEMENT D’UNE TURBINE a - Influence des caractéristiques vapeur à l’admission et à l’échappement • Diagramme de Mollier H2 H1 H P1 T1 P2 T2 H2 is Enthalpie Entropie Vapeur séche Diphasique S = ct D T 661 B Co ur be de sat urat ion 1 2 2 S Intérêt à avoir le plus grand écart de température pour avoir une plus grande variation d’enthalpie (élévation du rendement de cycle). 00254_B_F © 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 5 Facteurs défavorables liés à cet écart de température : - dilatations élevées, dilatations différentielles lors des changements d’allure du fait des durées de stabilisation thermique différentes sur stator et rotor - baisse des caractéristiques mécaniques des matériaux avec l’augmentation des températures de fonctionnement Conséquemment, coût plus élevé. Classiquement, on limite la température maximale d’entrée à 550°C. Pour une puissance donnée, la recherche d’une variation d’enthalpie élevée peut conduire à un débit vapeur faible. Il y a alors augmentation des pertes si la hauteur des aubages est trop faible : frottement de parois, débit relatif de fuites augmenté, etc. On limite cet inconvénient en recourant à une injection partielle, c’est-à-dire que l’on injecte la vapeur sur un secteur limité. R o u e Secteur d'admission sur la roue en correspondance avec le secteur d'admission des distributeurs Capotage pour reduire la ventillation générée par le passage des aubages non alimentés par la vapeur D T 583 B • Qualité de la vapeur admise Voir page suivante le tableau limitant les impuretés de la vapeur afin de réduire les érosion, corrosion, attaques chimiques des matériaux, encrassement. • Saturation en cours de détente - perte de rendement d’environ 1 % par % d’humidité - érosion des aubages : stellite/traitements - intérêt à surchauffer avant entrée turbine pour limiter l’incursion en phase diphasique 00254_B_F © 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 6 b - Choix du nombre d’étages Voir exemple de dimensionnement ci-après. Source chaude T1 température entrée Source froide T2 donc P2 (turbine à condensation) P1 imposé ou choix P1 température entrée de P1 pour ΔH optimal Limitations mécanique Umaxi U V optimal ΔHétage = nombres d'étages Lecture de ΔHis sur diagramme de Mollier ΔHis LIMITATION THERMIQUE ET MÉCANIQUE ΔV2 2 D T 1628 A Pour une conception simple, avec peu de pertes énergétiques, l’écoulement reste subsonique dans la roue. W < a = √ ⎯⎯⎯ γ RT 00254_B_F © 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 7 c - Qualité vapeur (Thermodyn) Valeurs à respecter pour permettre la pleine application des garanties. Notes Marche continue Conductivité acide de la vapeur condensée micro S/cm Paramètres surveillés en continu b, e, g 0,2 Silice SiO2 mg/kg Sodium mg/kg Chlorures mg/kg Oxygène dissous mg/kg Paramètres surveillés en continu b b, h b b 0,01 0,005 0,005 0,01 Cuivre mg/kg Fer Rapport molaire Na/PO4 Sulfites et sulfates a a a, d c 0,002 0,02 2,3 - 2,7 Notes : a - paramètres qui devraient être analysés au moins une fois par semaine b - contrôle chimique par une mesure de la vapeur condensée à l’admission de la turbine c - moins que le minimum décelable ; devraient être analysés au moins une fois par semaine d - pour les centrales avec traitement de l’eau au phosphate e - conductivité mesurée sur un échantillon à 20°C après élimination du CO2 et passage de l’eau dans un échangeur cationique qui fixe les hydroxydes et transforme les sels en acide f - dans les chaudières à circulation forcée la valeur de la conductivité devrait être inférieure à 0,2 micro S/cm (microsiemens ou micromhes par cm) g - valeur pour le sodium plus le potassium inférieure à 0,01 d - Exemple de dimensionnement d’une turbine • Choix du nombre d’étages, du diamètre, de la vitesse de rotation, des modules Données : - conditions vapeur • admission = 40 bar.abs/400°c • échappement = 3 bar abs. - puissance = 7000 KW 00254_B_F © 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 8 • Estimation du débit T1 (400° C) P2 (3 B.ABS) H1 H2 Enthalpie P1 (40 B.ABS) Entropie D T 584 B Lecture sur Mollier H1 = uploads/Finance/ 009-turbines-vapeur.pdf