Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Université Libre de Bruxelles Faculté des Sciences appliquées Service d’Automatique 2ème Licence Projet 4ème Détection de l’encrassement de compresseurs de turbine à gaz Jonathan Goldwasser Tuteurs : Michel Kinnaert et Rémi Baeyens

Plan de la présentation Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Plan de la présentation Introduction Cycle de BRAYTON Dépendance aux conditions extérieures Cycle idéal vs cycle réel Le compresseur Origines de l’encrassement Nettoyage Mesure de l’encrassement Wet compression Visite à Drogenbos Conclusion 13 avril 2005

Introduction Encrassement Origines Conséquences Problème sérieux Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Introduction Encrassement Problème sérieux Marché libre et compétitif Origines Impuretés de l’air Grands débits (~ 500 kg/s) Conséquences Chutes des performances Augmentation du coût de production Pertes de puissance entre 2 et 15% 13 avril 2005

Cycle de BRAYTON Rendement fixé par le taux de compression Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Cycle de BRAYTON Rendement fixé par le taux de compression Puissance fixée par la température T3 13 avril 2005

Dépendance aux conditions extérieures Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Dépendance aux conditions extérieures La température T1 intervient dans l’expression de la puissance utile Si T3 est constante alors Si T1 baisse, Pu augmente Si T1 augmente, Pu diminue Difficulté pour produire des grosses puissances en été Haut taux de compression => grande sensibilité aux conditions extérieures 13 avril 2005

Cycle idéal vs cycle réel (1) Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Cycle idéal vs cycle réel (1) Idéal vs réel Irréversibilité dans le compresseur et la turbine Chutes de pression Débit non constant Chaleurs massiques non constantes Pertes mécaniques 13 avril 2005

Cycle idéal vs cycle réel (2) Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Cycle idéal vs cycle réel (2) Notions de rendements isentropiques Mesure l’irréversibilité des machines thermodynamiques Le rendement est maintenant fonction de la température T3 13 avril 2005

Le compresseur (1) Composant le plus délicat du cycle Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Le compresseur (1) Composant le plus délicat du cycle Fixe le taux de compression (Rendement) Doit fournir le débit nécessaire (Puissance) Compresseurs axiaux à plusieurs étages Grand débit (axiaux) Haut taux de compression (# étages) Instabilités à faible débit 13 avril 2005

Le compresseur (2) Inlet Guide Vanes Wet compression Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Le compresseur (2) Inlet Guide Vanes Directrices réglables pour le contrôle du débit En tenir compte dans le calcul de l’encrassement Wet compression Injection d’eau déminéralisée à l’entrée du compresseur Pratique si T1 est trop élevée Impact sur l’encrassement ? 13 avril 2005

Origines de l’encrassement Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Origines de l’encrassement Pollution industrielle et urbaine Présence de sel dans l’air Vapeurs provenant du lubrifiant Dépôts minéraux Poussière, sable, engrais, insecticides Insectes Fuites d’huile des roulements Vapeurs des tours de refroidissement 13 avril 2005

Nettoyage Nettoyage off-line Nettoyage on-line Atteint tous les étages Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Nettoyage Nettoyage off-line Atteint tous les étages Rétablit la puissance nominale Arrêt de production de 12 à 36h Nettoyage on-line Maintient voire améliore l’encrassement Rallonge les périodes entre deux off-line Continuité de service à puissance réduite Coquilles de noix 13 avril 2005

Mesure de l’encrassement (1) Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Mesure de l’encrassement (1) Facteur de qualité Rapport entre frottements et travail moteur Nul pour un compresseur parfait Non nul pour un compresseur propre ! Coefficient polytropique Détermination de k Rapport de compression Humidité relative 13 avril 2005

Mesure de l’encrassement (2) Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Mesure de l’encrassement (2) Facteur de salissement S Travaux de frottements reliés au débit par une relation quadratique Nul pour un compresseur propre Estimation du débit volumique problématique 13 avril 2005

Mesure de l’encrassement (3) Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Mesure de l’encrassement (3) Facteur de salissement Mesure l’importance de la différence de pression entre la pression réelle de sortie du compresseur et celle du compresseur propre Débit massique estimé à partir de la puissance Détermination de k Rapport de compression Humidité relative 13 avril 2005

Mesure de l’encrassement (4) Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Mesure de l’encrassement (4) Analyse en composantes principales Déterminer les directions de grandes variations Combinaisons linéaires entre variables ! Qualité de représentation Méthode Retenir 2 CP sur compresseur propre Projeter sur ces 2 CP le compresseur à analyser 13 avril 2005

Mesure de l’encrassement (5) Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Mesure de l’encrassement (5) 13 avril 2005

Mesure de l’encrassement (6) Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Mesure de l’encrassement (6) 13 avril 2005

Mesure de l’encrassement (7) Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Mesure de l’encrassement (7) 13 avril 2005

Mesure de l’encrassement (8) Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Mesure de l’encrassement (8) 13 avril 2005

Mesure de l’encrassement (9) Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Mesure de l’encrassement (9) 13 avril 2005

Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Wet compression (1) 13 avril 2005

Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Wet compression (2) 13 avril 2005

Visite à Drogenbos Lundi 11 avril 2005 entre 9h et 11h30 Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Visite à Drogenbos Lundi 11 avril 2005 entre 9h et 11h30 Visite complète du site Ordres de grandeur MW/m² Taille de la turbine à gaz Taille des filtres 13 avril 2005

Conclusion Méthodes thermodynamiques Jonathan Goldwasser 13 avril 2005 Conclusion Méthodes thermodynamiques Indicateurs généralement en concordances Si divergence, moyenne pondérée des indicateurs Doivent être réadaptées en fonction du site Analyse en composantes principales Indépendant de la turbine, des capteurs Réduit la complexité du problème (2 CP) Facile à implémenter Meilleure référence nécessaire pour l’ACP Intégrer l’influence des IGV Parler en terme de puissance voire en terme € 13 avril 2005