터빈 여과의 진화

팀 니콜라스(Tim Nicholas) 2022년 11월 16일

가스 터빈의 손상이나 가동 중단으로 인한 비용은 빠르게 수백만 달러에 달할 수 있습니다. 오염은 터빈을 손상시키고 성능을 저하시킬 수 있습니다. 운영자는 종종 열악한 환경에 설치되는 터빈을 보호하기 위해 여과 시스템이 필요하다는 것을 인식하고 있습니다. 그러나 오늘날 극도로 높은 효율과 정밀하게 설계된 가스 터빈의 경우 기계와 그 성능을 보호하는 것이 그 어느 때보다 중요합니다. 따라서 가스 터빈 기술이 발전함에 따라 여과 시스템도 그에 맞춰 발전해 왔습니다.

최신 고급 GT 기술은 열 전달에 대한 더 나은 이해, 더 높은 소성 온도 및 정밀한 "슈퍼 마감" 공기 역학 설계를 통해 높은 수준의 효율성을 달성합니다. 설계 특징에는 고급 블레이드 공기 역학, 향상된 공기 냉각 흐름, 온도 및 응력 구배를 줄이기 위한 고온 가스 경로 구성 요소의 개선된 설계, 업그레이드된 열 차단 코팅이 포함됩니다. 이러한 기계와 여기에 사용되는 초합금을 미세 조정하려면 입구 공기 흐름에서 발생할 수 있는 미세한 미립자와 오염 물질로 인한 손상으로부터 더욱 엄격한 보호가 필요합니다.

오염 물질에는 염분, 먼지, 모래 및 습기가 포함될 수 있으며, 가스 터빈 여과 시스템은 이들 중 일부 또는 전부를 처리해야 하는 경우가 많습니다. 더 큰 먼지나 모래 입자는 압축기와 터빈 내부의 특수 초합금, 마감재 및 코팅을 침식할 수 있으며 결국 심각한 기계 손상을 초래할 수 있습니다. 더 미세한 먼지 입자는 터빈 블레이드에 달라붙어 작동 공기 역학에 영향을 미치고 터빈 효율성을 감소시키며 운영 비용을 증가시킬 수 있습니다.

소금은 가스 터빈 운전자에게 가장 골치 아픈 오염물질 중 하나입니다. 해양 산업과 바닷물에 가까운 곳에서는 제대로 처리하지 않으면 터빈 손상이 빠르고 심각해질 수 있습니다. 소금은 흡습성이 있어 공기 중 수분을 흡수할 수 있으며 건조하고 끈적한 형태와 액체 형태 사이를 빠르게 이동할 수 있습니다. 소금은 터빈 블레이드에 달라붙어 효율성에 영향을 줄 뿐만 아니라 터빈의 더 뜨거운 부분에서 연료와 결합하여 황산나트륨을 형성할 수 있으며, 이는 터빈 금속과 반응하여 부식을 가속화합니다.

터빈 입구 공기 흐름에 있는 작은 수분 방울은 먼지와 결합하여 필터를 막을 수 있는 진흙을 형성합니다. 이러한 물방울의 크기는 필터 매체의 매트릭스 안으로 들어가서 막힐 수도 있음을 의미합니다. 또한 수분은 흡습성 염 입자의 물리적 상태를 고체에서 액체 형태로 빠르게 변화시켜 여과 시스템이 처리하기 어렵게 만듭니다.

여과 시스템의 주요 요소 중 하나는 여과 매체입니다. 처리해야 할 오염 물질이 다양하기 때문에 대형 고급 가스 터빈은 일반적으로 입자를 수집하기 위해 점점 더 미세한 매체를 사용하는 여러 여과 단계를 갖습니다. 이 매체는 여과 면적을 최대화하고 여과 효율성을 최적화하기 위해 패널에 주름을 형성합니다.

그러나 설치 장소에 적합한 미디어를 선택하는 것은 전체 이야기의 일부일 뿐입니다. 필터가 요소 자체를 견딜 수 있도록 설계 및 제작되지 않은 경우 공기가 매체를 우회하여 쓸모없게 만들 수 있습니다. 공기는 항상 저항이 가장 적은 경로를 택하며 매체를 통과할 수 있는 경우 필터가 가스 터빈에 도달하는 것을 막기 위해 오염 물질과 습기를 함께 운반합니다. 그 결과 시간이 지남에 따라 터빈 성능에 심각한 손상을 입히고 결국 치명적인 고장과 가동 중단을 초래할 수 있는 구멍과 부식이 발생합니다.

공기 우회를 방지하려면 필터 설계가 견고해야 합니다. 필터 구성에 폴리우레탄(PU) 흐름 기술을 사용하면 미디어 주름이 완벽하게 캡슐화됩니다. 습기가 많은 환경에서는 습기에 대한 2차 강화 씰 역할을 하기 위해 주름 가장자리에 연속적인 핫멜트 비드를 적용하는 엣지 씰 기술을 사용하는 것이 합리적일 수도 있습니다.

필터 구성과 관련된 기타 고려 사항에는 녹의 위험이 포함됩니다. 특히 대기 중 염분 입자, 습도가 높고 천연가스의 황화수소가 있는 지역에서는 녹이 발생할 위험이 높습니다. 도시 지역의 디젤 배기 가스, 화산, 샘, 강알칼리, 염화물과 황산염을 함유한 인근 산업의 회반죽 및 시멘트, 산성 빗물 및 냉각탑 드리프트에서 배출되는 이산화황은 모두 부식을 촉진할 수 있습니다. 따라서 필터 하우징의 금속 부분을 분체 코팅하여 신뢰성과 환경 요인에 대한 탄력성을 높이는 것이 합리적입니다. 가교 물질을 포함하는 방수 코팅은 균열, 벗겨짐, 부서짐 및 마모에 대한 필터의 탄력성을 더욱 증가시킵니다.