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SECUENCIA DE ARRANQUE DE UNA TURBINA A GAS FRAME 5, MS5001 MARCA GENERAL ELECTRIC Ó HITACHI Cuando damos señal de arranque el circuito de Control Maestro y Protección se energizan activándose el equipo auxiliar requerido para el proceso. Las Unidades Turbogas poseen, sensores para monitorear la velocidad de la turbina, temperatura del wheel space, temperatura del escape, la presión de descarga del compresor axial y otras variables que determinan las condiciones operacionales del conjunto Compresor-Turbina-Generador. La detección exacta de la velocidad es importantísima en el control de la secuencia de arranque y parada de la turbina, existen unos sensores o captores magnéticos que se encargan de medir la velocidad en los siguientes estados: -

Sensor de velocidad cero, a 0% aproximadamente de la velocidad máxima. Sensor de velocidad mínima, a 16% aproximadamente de la velocidad máxima. Sensor de aceleración, a 50% aproximadamente de la velocidad máxima. Sensor de velocidad operacional, a 95% aproximadamente de la velocidad máxima.

Refiriéndome específicamente al arranque de una turbina a gas,

el parámetro

“tiempo” es la magnitud física que utilizamos para medir la duración de episodios de la secuencia y por consiguiente la duración del proceso de arranque entre la velocidad cero y la máxima velocidad, esto sería el periodo de arranque, por eso cuando hacemos el minucioso seguimiento al proceso de arranque podemos concluir diciendo, por ejemplo: El volteo entra muy atrasado, el volteo para cuadrar su posición correcta en una vuelta se “demora mucho” y el “Diesel tranquilo, relajado tomándose ese tiempo para excitarse térmicamente en mínima velocidad”, el Diesel se acopla y demora para acelerar, la ignición se demora para entrar o dura poco cuando funciona, la turbina realiza un periodo de aceleración muy rápido, o la máquina cumple perfectamente su secuencia, etc., etc. Fabricantes, Sistemas de Controles Modernos, Compañías Operadoras, Ingenieros y personal especializado en turbinas a gas registran los acontecimientos y la duración

total del proceso de arranque en una gráfica bidimensional de coordenadas, llamada CURVA DE ARRANQUE, como:
Presión de descarga del Compresor axial (eje y) versus tiempo (eje x) .
Electronic Control Volt –VCE- (eje y) versus tiempo (eje x) .


Velocidad(eje y) versus tiempo (eje x)
Escape Temperatura (eje y) versus tiempo (eje x) También se llevan a cabo otras gráficas bidimensionales de coordenadas diferentes a las anteriores. CURVA DE ARRANQUE: VELOCIDAD VS. TIEMPO

Sensor de velocidad operacional se energiza

SALE DIESEL

Sensor de velocidad de aceleración se energiza

Sensor de velocidad mínima se energiza HAY LLAMA Sensor de velocidad cero se desenergiza

La grafica representa el comportamiento de la TURBINA A GAS, marca HITACHI-GE, Frame 5, MS5001, después del OVERHAUL ejecutado por el Ing. Gonzalo Castro con técnicos de la región, en CORELCA, año 1995

Un arranque normal toma un tiempo aproximado de seis (6) minutos desde velocidad cero hasta velocidad nominal Un arranque en caliente toma hasta cinco (5) minutos desde velocidad cero hasta velocidad nominal.




DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA DE ARRANQUE 1º. Señal de START 2º. Arranca el mecanismo de volteo para cuadrar la posición de embrague, (debe dar una vuelta completa). 3º. Se acopla el Diesel y Turbina Observación: En ocasiones los “acoples” no quedan bien cuadrados y el embrague no se realiza completamente lo cual es detectado por un microswitch que desenergiza una solenoide de acople y el volteo operará continuamente hasta que se realice perfectamente el “embrague”. Aquí, es cuando el “operador ó técnico” realiza un cuadre manual, con una señal de Start activa, operación de riesgo y que no debe ser costumbre. 4º. Una vez hecho o completado el embrague el Diesel acelera recibiendo la turbina en movimiento por el mecanismo de volteo que opera en ciclos continuos durante el arranque, hasta que el “sensor de velocidad cero” se desenergiza a 10 RPM aproximadamente para “detenerlo”. 5º. El Diesel continua acelerando la turbina y al 20% de la velocidad nominal, 1000 RPM aproximadamente, se energiza un sensor de velocidad mínima para producir encendido abriendo las válvulas de control de gas a un valor predeterminado y se produce chispa en las “bujías” efectuándose el encendido. 6º. Cuando se detecta llama en las cámaras, el valor de la señal de control de combustible lo disminuye a un punto predeterminado para el periodo de calentamiento por espacio de un minuto después de lo cual la temperatura aumentará a una rata de 35.6°F/segundo, aumentando simultáneamente la velocidad. Nota: Cuando la turbina alcanza este estado ocurre la homogenización de esfuerzos térmicos y mecánicos, es decir como que la máquina misma se evalúa o se revisa o se prepara para proseguir en su secuencia de arranque.

Si durante el arranque, por cualquier razón no se produce el encendido después de un minuto de haber dado la señal para encender, la maquina se dispara automáticamente. 7º. Al 40% aproximadamente de la velocidad nominal, se energiza el sensor de velocidad de aceleración indicando que la UNIDAD ha entrado en el periodo de aceleración a una rata de 100RPM/segundo. 8º. Cuando la Unidad alcanza 2800/2900 RPM, la turbina supera la velocidad nominal del Diesel y este se desacopla y queda en mínima velocidad para enfriarse durante 5 minutos antes de parar automáticamente. La turbina entonces dá inicio a su estado de autosostenimiento, previamente evaluándose. 9º. Hacia el 95% de la velocidad nominal de la turbina, se energiza un sensor o relé de velocidad operacional, el cual a su vez energiza otros sensores que se encargan de realizar las siguientes funciones: - Sacar de servicio la bomba auxiliar de lubricación - Cerrar las Bleed Valve del compresor axial - Otros 10º. Cuando la máquina alcanza el 100% de su velocidad (5100RPM), queda lista para sincronizar. Hasta este momento todos los pasos de la secuencia de arranque se realizan en forma automática y no se puede intervenir en el retraso o adelanto de ninguno de ellos. El arranque de una turbina General Electric, específicamente, puede realizarse por etapas, colocando el selector de operación en: - Crank - Fuego - Auto (go) En la posición “Crank” la máquina arranca y alcanza 1200RPM pero no se produce el ENCENDIDO sino que rueda todo el conjunto a la velocidad nominal del Diesel, esta operación se usa para realizar chequeos y algunas calibraciones o cuando por razones se desee realizar el arranque por etapas.

El tiempo máximo de operación en “crank” es de 20 minutos debido al incremento de temperatura en el CONVERTIDOR DE TORQUE. Si se está rodando en posición “crank”, se puede pasar el selector a posición “Fuego” y se producirá el encendido como se describió antes y la máquina alcanzará 2000RPM aproximadamente y permanecerá rodando a esta velocidad el tiempo que se desee, después se puede pasar el selector a la posición “auto” ó “go” y la unidad completará el resto de la secuencia de arranque. El arranque por etapas, no se debe realizar nunca, cuando la máquina esté caliente y se desee realizar un arranque en caliente, porque estará sometida a un enfriamiento muy acelerado cuando se encuentre en la posición de “cranK”, aunque este enfriamiento nos de mayor seguridad en ese tipo de arranque.

Preparó: Ing. Gonzalo Castro Experiencia certificada de más de 25 años ininterrumpidos en turbinas a gas: General Electric, Hitachi y Westinghouse, equivalentes a 275 MW. Ejecutor de mantenimientos especiales: Combustión, Partes Caliente, Overhauls, alineamiento de turbogrupos, calibraciones electrónicas y neumáticas etc. Observación: Este articulo se preparó con base a situaciones de trabajo vividas directamente en la operación de las Unidades General Electric (cantidad tres), Hitachi (cantidad dos) FRAME 5 y MS5001 en la Corporación Eléctrica de la Costa Atlántica – Corelca- y a intercambio de conocimientos con personal técnico de la General Electric, Hitachi y Westinghouse en sitio de trabajo y fábrica. El sentido de este escrito únicamente se direcciona a mostrar resumidamente el proceso de secuencia de arranque, como guía, coligado a recomendaciones del fabricante y a experiencias. Cada Generador Termoeléctrico privado o público es autónomo en la operación de su equipo o a seguir recomendaciones del fabricante o de personal verdaderamente experimentado y especializado. 

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Barranquilla, marzo 13 de 2010