Situação
As juntas de expansão na entrada de ar e na saída de exaustão precisam compensar os movimentos axiais e laterais.
Aplicações confiáveis com alto MTBF para juntas de Expansão na Exaustão de Turbinas a Gás em FPSO:
Juntas de expansão Combine-X para turbinas de gases de exaustão em unidade FPSO.
Desafio
Temperaturas altas, alta vazão e forte turbulência.
Solução
Juntas de expansão Combine-X da EagleBurgmann.
Toda FPSO (Floating Production and Storage Offloading) é autossuficiente na geração de energia para alimentar todos os equipamentos elétricos presentes no processo de extração, lazer e iluminação da embarcação, devido ao fato de estarem localizadas em mar aberto a milhares de quilômetros da costa.
Uma FPSO na costa leste da América do Sul usa cogeração para produzir energia elétrica. O gás natural extraído dos poços de petróleo é usado para movimentar turbinas termelétricas. Como essas turbinas emitem gases de exaustão em altas temperaturas, é importante recuperar o calor com uma Unidade de Recuperação de Calor (WHRU). O gás de exaustão passa por um trocador de calor da WHRU e aquece outro fluído, evitando o uso de outra fonte de energia externa.
A estrutura de sustentação e o sistema de gases de exaustão da WHRU precisam compensar todos os movimentos, como expansões térmicas em todas as direções. Para evitar esforços de origem desconhecida (dilatações de outras tubulações, vibrações de equipamentos externos, etc...) tanto a entrada de ar quanto a saída de exaustão da WHRU são equipadas com juntas de expansão para compensar a expansão térmica axial e lateral da tubulação de exaustão.
No caso específico desta unidade FPSO, o sistema de geração de energia e sua WHRU foram projetados por fabricantes diferentes. Como resultado, o sistema de exaustão acabou com duas juntas de expansão de designs e fabricação muito diferentes, uma instalada diretamente sobre a outra. Devido a essa configuração inadequada, as juntas de expansão não conseguiram compensar os movimentos uma da outra, falhando prematuramente, o que prejudicou a operação, reduziu a produtividade e causou danos financeiros ao operador da FPSO. Além disso, existia o risco de vazamento de gás de exaustão em alta temperatura para a atmosfera.
Insatisfeita com o desempenho abaixo do esperado e o aumento dos riscos, a FPSO solicitou à EagleBurgmann um estudo e análise detalhada da configuração das juntas de expansão. Em conjunto, identificaram que a junta instalada no sistema de exaustão não atendia às condições operacionais da turbina a gás, que incluem alta temperatura, alta velocidade de fluxo, elevada turbulência e a necessidade de manter a temperatura do gás de exaustão constante em relação ao ambiente.
Após a análise, o operador solicitou à EagleBurgmann que projetasse e desenvolvesse novas unidades de juntas de expansão para remover as duas juntas existentes e instalar as novas unidades. O operador especificou características necessárias, incluindo movimentos axiais e laterais mínimos, isolamento interno, consideração da expansão térmica da tubulação e facilidades para instalação.
Em 2018, a EagleBurgmann instalou duas novas juntas de expansão pré-montadas da série Combine-X em duas linhas de energia da FPSO. A função dessas unidades de expansão é compensar a expansão térmica, vedar a entrada de ar e a saída de exaustão, além de manter a temperatura do gás na tubulação, o que aumenta a eficiência do processo e elimina riscos.
As juntas Combine-X são projetadas especialmente para sistemas de turbinas a gás, com o tipo G atendendo às condições do projeto, controlando os movimentos axiais e laterais. Elas têm um design multi-camadas, com isolamento térmico, malha de arame para resistência mecânica, camada extra de vedação com PTFE e camada externa de fibra de vidro também com PTFE. A unidade de expansão foi instalada na flange superior para evitar trincas na estrutura, reduzindo gradualmente a temperatura e ajustando a expansão térmica da parte superior da bolsa com a tubulação WHRU, que é de material diferente.
Esta unidade da EagleBurgmann combina duas juntas de expansão em um único componente, reduzindo a quantidade de itens necessários para manutenção. Em comparação com a solução anterior, que exigia correções a cada dois meses, a Combine-X é totalmente reforçada para suportar condições severas sem manutenção.
Após nove meses de operação, a análise revelou que todos os componentes internos de aço estavam em perfeitas condições, com temperaturas baixas na "flange fria" e na camada externa, como esperado.
A EagleBurgmann forneceu toda a engenharia, suporte e instalação. Após a instalação, o operador percebeu aumento na disponibilidade de máquina, confiabilidade técnica e segurança operacional.
Devido à complexidade, o operador inicialmente comprou duas unidades para uma FPSO, mas depois adquiriu sete para padronizar suas unidades FPSO que utilizam cogeração.
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