HYPOTHESIS DEVELOPMENT

Muchos daños son provocados por la EPS en las toberas, inyectores de vapor y en los álabes(fijos y móviles), de una de turbina de vapor. Cuando los costos, debido a la reducción y pérdida de la eficiencia para la generacion de energía, se le agregan los costos de las reparaciones y el reemplazo de componentes erosionados, los costos aproximados de los daños por EPS llegan a ser de $150 millones de dólares por año. En consecuencia, es de considerable interés para la industria identificar soluciones prácticas al problema de la EPS. En orden para reducir al mínimo los daños en la turbina de vapor, se deben tener programas activos en tres áreas:

 Desarrollo de una comprensión fundamental de los mecanismos de erosion vía computacional para la trayectoria y las velocidades de las partículas.

 Evaluación de los recubrimientos de las toberas/inyectores para mejorar la resitencia a la erosión.

 Implementando mejoras en el diseño que incorporen recubrimientos con resistencia a EPS y modificar la trayectoria del vapor basándose en resultados de estudios realizados.

Las mejoras significativas en la resistencia contra la erosión en los componentes de la turbina se pueden alcanzar usando los recubrimientos mencionados.

En los años 50´, las inspecciones en las áreas de entrada de las turbinas de vapor con temperaturas de 482 ºC(900 ºF) mostraron pruebas de daños por erosión en dos partes principalmente; en los componentes móviles así como en los fijos que estan en la trayectoria del vapor. Se observó además que las acumulaciones de partículas de óxido de hierro estaban presentes en áreas fijas de la turbina.

FIGURA 4.20

Aplicación de recubrimiento por el método de alta velocidad de combustible y oxígeno (HVOF).

La fuente de estas partículas era la exfoliación, estas fueron formadas en las superficies internas de los tubos de la caldera y de la tubería del vapor, estas piezas las estuvieron acumulando por mucho tiempo a temperaturas elevadas. La erosión por EPS ha aumentado continuamente en las últimas tres décadas al punto donde ahora se reconoce como problema importante de la industria. Como se espera que la severidad de este problema continúe aumentando mientras que la edad de servicio aumenta y más unidades trabajan en condiciones de operación cíclica.

El daño sufrido por EPS en la trayectoria del vapor hacia la turbina puede ser tan severo como lo evidenciado en los alabes erosionados en la fig. 4.21. Este nivel del daño puede resultar después de los períodos cortos de tres años, con varios períodos severo de tiempo de la erosión que experimentan las unidades en tan corto tiempo como un año.

Por lo tanto no es de sorprenderse que la erosión por partículas sea culpable de contribuir a los problemas más generales como:

 Pérdida de eficacia sostenida

 Causa de salidas forzadas por daños

 Interrupciones extendidas del mantenimiento

 Intervalos cortos de inspección

 Costos elevados de mantenimiento

La erosión por partículas sólidas es un problema costoso que ha tenido un interés considerable de la industria en busca de soluciones prácticas rentables. Cada uno le parece conveniente una solución más lógica que es la eliminación de la fuente de las partículas sólidas, se han hecho trabajos extensos en el área de proporcionar una difusión de cromo a las capas de las superficies internas de los tubos de la caldera que inhibe la formación de óxidos. Los resultados del servicio experimental y de campo que se han observado hasta la fecha indican que al cromarlos se puede proporcionar una solución permanente contra la erosión en turbinas. Las valoraciones de costos para el proceso aparecen estar dentro de los valores estimados. Desafortunadamente, y a menos que por el reemplazo de tubos, este proceso no se

FIGURA 4.21

4.9 COSTOS

En este inciso se tratarán los costos comparativos entre la reparación realizada por un contratista y la realizada en la Central, esto es para una rueda completa de un promedio de 70 álabes.

Se llevó acabo una investigación con las diferentes empresas que se dedican a dar mantenimiento a las turbinas de vapor que hay en nuestro país y se llegó a un promedio de $600,000 pesos por rueda, esto incluyendo el recubrimiento especial que llevan.

Por su parte, en la Central se llevó a cabo un estudio para ver los costos si se realiza aquí. Se tomo en cuenta un par de trabajadores, que es el soldador(Tecnico Superior Soldador) y su ayudante, los cuales tienen un sueldo neto de $ 216.30 y de $ 166.94 pesos por día . Teniendo en cuenta que esto es un nuevo proceso para los soldadores, se les hizo una encuesta, en la cual arrojó que realizarían un promedio de 2 álabes por día ya con el acabado necesario; tomando en cuenta el promedio de 70 álabes nos da como resultado:

Si por día hacen 2, por lo tanto en 35 días harán los 70 álabes.

Dado que la suma de los sueldos es de $ 383.24 pesos, esto multiplicado por los 35 días que duraría la reparación da como resultado:

35 días x 383.24 = $ 13,413.4 M.N.

Esto si se realizaran dos por día, pero si realizaran uno por día daría como resultado: 70 días x 383.24 = $ 26,826.8 M.N.

A esto se le suma el costo del recubrimiento que llevan los álabes, éste se obtuvo de las diferentes empresas a las que se hizo la investigación. Del cual se obtuvo un promedio de $ 200,000 pesos por este trabajo.

Teniendo esto en cuenta se tiene un costo aproximado de: $ 230,000 a $ 250,000 pesos por una rueda de 70 álabes, esto teniendo en cuenta gastos extras por la reparación.

Nos dá como resultado que se tiene un ahorro de un 50% menos que mandándolos a reparar, lo cual a largo plazo beneficia, ya que los trabajadores toman experiencia en la reparación de estos, y así, pueden llegar a especializarse en este proceso.

CONCLUSIONES

El presente trabajo se realizó por las necesidades de la central termoeléctrica para bajar costos en los mantenimientos que aquí se realizan.

Se aplicaron conocimientos adquiridos durante la carrera, los cuales fueron de gran utlilidad, tanto para la investigación así como para la comprensión de este.

Dado que se trata de una central termoeléctrica, se necesitó estudiar así como analizar a detalle el Ciclo Rankine y sus diferentes variantes, también, los diferentes elementos que componen a una unidad; la caldera, de la cuál se obtiene el elemento de trabajo, se estudió su sistema para obtener el vapor analizando el Ciclo Rankine conforme a su curva, para poder comprender el ciclo, comparándola con los equipos que intervienen en la obtención de la energía eléctrica, entre los cuales está el generador eléctrico, sistemas auxiliares, turbina, etc.

De aquí nos concentramos en la turbina, la cual al paso del vapor por medio de los diferentes elementos fijos y móviles, se realiza el trabajo necesario para accionar el rotor.

Los álabes fijos como los móviles, sufren daños por las partículas sólidas exfoliadas dentro de la caldera que conducen el vapor hacia la turbina, esto se debe al tiempo en servicio que tiene la unidad en la que se basó este proyecto, que es de más de 30 años; esto da como resultado, una baja en la eficiencia de la turbina y un incremento en el consumo del combustible para obtener los parámetros requeridos.

Uno de los elementos con mayores daños son los álabes fijos, ya que son los que reciben el vapor proveniente de la caldera, por lo tanto son los que están expuestos a mayor desgate por medio de las partículas sólidas.

Esto nos llevó a realizar este trabajo de investigación para la rehabilitación de estos componentes en la central termoeléctrica y así, disminuir los costos en los mantenimientos; ya que en el único procedimiento que se requiere de un cotratista externo es en el enmetalizado (recubrimiento) que es necesario para la prolongación de su vida útil.

El ahorro estimado en la reparación de una rueda completa es de un 50% comparado con el gasto actual, ya que se cuenta con el personal capacitado en la planta, así como la maquinaria para este propósito.

Dado que se ahorra en la rehabilitación de los diafrgmas, se podría utilizar este ahorro en la asquisición del equipo indispensable para el recubrimiento.

Este equipo podría ser de gran utilidad en los diferentes elementos que requieran de un recubrimiento especial, en la Central Termoeléctrica.

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