Dare una seconda vita a un compressore centrifugo ricondizionato

By Andrea Fusi, Andrea Betti and Emanuele Burberi07 March 2022

Durante la vita dei compressori centrifughi, gli utenti finali e le società di servizi spesso sperimentano una riduzione delle prestazioni così come il deterioramento/malfunzionamento dei componenti o addirittura devono affrontare la necessità di adeguare la macchina alle nuove condizioni operative richieste. Ovviamente, quando possibile, è fondamentale evitare una sostituzione della macchina inutile, costosa e dispendiosa in termini di tempo. Pertanto, è fondamentale sfruttare le sempre crescenti opportunità disponibili nella ristrutturazione/rivalutazione dei vecchi compressori centrifughi per dare loro una seconda vita efficiente.

Numerose tecnologie innovative sviluppate negli ultimi decenni consentono di effettuare attività di ristrutturazione che qualche tempo fa non erano fattibili. Le nuove tecnologie di produzione insieme allo sviluppo di materiali innovativi con proprietà meccaniche migliorate consentono oggi di continuare a spingersi oltre i precedenti limiti tecnici per l’applicazione industriale. Inoltre, i recenti strumenti avanzati per l'acquisizione della geometria (es. scansione 3D) consentono di indagare eventuali danni, difetti e altri dettagli geometrici che altrimenti non verrebbero rilevati. Infine, la crescente accuratezza e affidabilità dei moderni strumenti di simulazione, come CFD, FEA e analisi rotore-dinamiche (laterali e torsionali), consentono di eseguire indagini più accurate dei fenomeni fisici che causano i problemi che possono verificarsi.

Lo scopo principale di questo documento è quello di diffondere la conoscenza di tali innovazioni e consentire agli utenti finali, alle società di servizi e a tutti i soggetti coinvolti negli impianti di processo industriale di essere consapevoli di alcune delle innumerevoli opportunità che le nuove tecnologie hanno creato nel campo del service dei compressori centrifughi. e aggiornamenti. Tra le numerose attività di ristrutturazione/rerating svolte da Compression Service Technology–CST negli ultimi anni su turbomacchine, in questo articolo vengono descritti due case histories, che mostrano come problemi di diversa natura possano essere risolti con successo per migliorare l'efficienza anche di macchine molto vecchie .

Un ventilatore per l'aria comburente di un impianto di produzione di acido solforico, azionato da motore elettrico e controllato da Inlet Guide Vane (IGV), aspira aria alle condizioni atmosferiche e la eroga ad una pressione di scarico di 1,4 bar; la portata massica d'aria richiesta è di circa 200.000 kg/h mentre la potenza all'albero è di circa 2,6 MW. Come mostrato nella Figura 1, il compressore è una girante a sbalzo monostadio, composta da una girante semiaperta 3D di tipo saldato (diametro esterno 1600 mm) con un anello di collegamento sulla punta delle pale sulla sezione di ingresso, un diffusore corto senza palette e una ventola saldata -tipo voluta con sezione trasversale rettangolare.

Nel corso della sua vita, l'utente finale ha riscontrato un progressivo decremento delle prestazioni del compressore, sia in termini di portata erogata che di efficienza, fino a decidere di ristrutturarlo per recuperarne le prestazioni originali. CST è stata coinvolta in tale attività dal Fornitore del servizio incaricato della manutenzione del ventilatore dell'aria comburente.

È stata eseguita una scansione laser 3D per ottenere il modello 3D del compressore da analizzare. Come mostrato nella Figura 2, la scansione della girante ha rilevato un gioco elevato. È stato osservato un elevato divario, aumentato dall'erosione, tra la punta delle pale della girante e la copertura dello statore: la sua grandezza è stata trovata variabile lungo la lunghezza della pala da 3,5‰ a 8‰ del diametro della girante, invece del solito intervallo previsto di 1-2‰. Inoltre, lo spazio tra l'anello delle pale della girante e la relativa fessura statica è risultato piuttosto ampio.

È stata effettuata un'analisi CFD per verificare il comportamento fluidodinamico del compressore danneggiato, concentrandosi su quanto le prestazioni del compressore potrebbero essere influenzate dall'elevato gioco della punta sopra menzionato. Come mostrato nella Figura 3, la presenza di gioco eccessivo porta ad un campo di flusso non ottimale. Sono stati individuati due principali fenomeni fluidodinamici che influenzano negativamente il flusso ottimale:

Tali anomalie sono state considerate come le principali cause della ridotta efficienza dello stadio e della ridotta portata di erogazione.

Si è ipotizzata la possibile presenza di una tenuta a labirinto nella configurazione originaria del compressore, dato l'elevato gap riscontrato tra l'anello delle pale della girante e la cava statorica. La guarnizione potrebbe allentarsi a causa dell'erosione o di altri eventi durante il funzionamento del compressore. Sfortunatamente, dai documenti e dai disegni disponibili non è stata trovata alcuna informazione che confermasse tale ipotesi.