TURBINE A GAS E A VAPORE
Prevenzione e linee guida per l'assunzione di rischi di costruzione, montaggio, guasto macchine

INDICE 1. Macchinari 1.1 Tipologia 1.2 Considerazioni sui prototipi 1.3 Sistemi di automazione 1.4 Impianti ausiliari 2. Produzione 2.1 Monitoraggio 2.2 Controlli giornalieri 2.3 Controlli periodici 2.4 Controllo delle vibrazioni 2.5 Sistemi di sicurezza 2.6 Gestione dell'impianto 3. Manutenzione 3.1 Considerazioni generali 3.2 Ispezione delle turbine a vapore 3.3 Ispezione dell'alternatore 3.4 Controllo dei trasformatori 4. Varie 4.1 Addestramento 4.2 Sicurezza 5. Terminologia

1. MACCHINARI

1.1 Tipologia

1.1.1 Turbine a vapore di vecchia generazione

Possono essere catalogate tra quelle da 50 Mw, 100 Mw e 300 Mw rispettivamente.
Queste tre categorie, negli impianti di produzione di energia elettrica, venivano progettate per l'esercizio al carico nominale. Tuttavia, negli anni, si è fatto ricorso ad esse anche per produzioni minori, per punte di carico e utilizzo in "stand-by''.
Ciò ha determinato un impiego in condizioni diverse da quelle per le quali erano state commissionate e progettate, con ricorso a modifiche costruttive ed a nuove procedure operative.

In questo caso per la valutazione del rischio occorre tenere conto dei seguenti fattori:

- numero degli avviamenti
- ore di funzionamento produttivo
- criteri assunti per la manutenzione durante i periodi di fermata.


1.1.2 Turbine di nuova generazione

Occorre fare una distinzione tra unità di piccola taglia e turbine impiegate in processi più complessi, comprendenti anche turbine a gas e/o cicli combinati (cogenerazione).
I macchinari progettati per operare al carico nominale si identificano per:

- numero di avviamenti all'anno: inferiori a 30
- ore di esercizio all'anno: superiori a 6000

1.1.3 Turbine a gas

Le società di produzione di energia elettrica preferiscono utilizzare, sempre di più, turbine a gas invece di quelle a vapore per varie ragioni, ma, principalmente in forza dei più bassi costi di gestione, sia nei cicli normali che in quelli combinati.
I costi di gestione, a parità di prestazioni della macchina, variano in funzione del rendimento termico e di quello di combustione (consumo del combustibile), dipendendo inoltre dalle condizioni climatiche e meteorologiche e dalla pressione atmosferica (altitudine).

Non sono molti i costruttori di turbine a gas: essi, di norma, vendono le proprie turbine a società di "general contracting'', che a loro volta le inseriscono negli impianti ad esse commissionati, secondo le modalità e le necessità dei loro clienti.
I gruppi turbo-gas sono, di solito, pre-assiemati e provati nelle officine del costruttore.

Aspetti pratici:

a) Periodo di costruzione e collaudo

• tutte le condizioni operative (località, tipo di combustibile, tipo di impiego, ecc.) devono essere approvate dal costruttore
• i risultati ed i certificati delle prove eseguite in officina devono essere consegnati al gestore delle macchine
• dopo il collaudo i componenti HGP (vedi definizione punto 5 - i) dovrebbero essere ispezionati e sostituiti, se necessario.

b) Periodo di esercizio

• tutti gli impianti debbono essere gestiti in stretto accordo con i dati di progetto e di esercizio indicati dal costruttore
• l'esercizio commerciale della turbina non dovrebbe mai avvenire prima del completamento del collaudo
• devono essere evitati i cicli transitori rapidi
• la temperatura della miscela all'ingresso nella turbina, allo scopo di produrre maggior energia elettrica, non deve mai superare il valore indicato dal costruttore, neppure per un breve periodo
• la produzione di energia deve essere ridotta quando il cosiddetto "ronzio'' durante la combustione supera i valori ammissibili indicati dal costruttore
• gli avviamenti e gli arresti, dovuti a blocchi temporanei, devono essere accuratamente registrati.

1.2 Considerazioni sui prototipi

Le compagnie di assicurazione che trattano i rischi tecnologici considerano che una macchina od un componente non rientrino nella categoria dei prototipi, qualora macchine o componenti dello stesso tipo abbiano funzionato per almeno 8000 ore, senza problemi, in un ubicazione diversa da quella dove si trova il rischio in esame.

Per ottenere un miglior rendimento vengono attualmente impiegate nuove tecnologie, unitamente a metodi di trattamento dei gas di scarico e ricerca di maggior potenza della macchina.

Miglior rendimento:

• riduzione delle perdite in fase di compressione
• uso di sistemi di raffreddamento intermedi
• temperature di combustione più elevate
• avanzati sistemi di raffreddamento dei componenti HGP

Trattamento dei gas di scarico:

• combustori DLE (vedi definizione punto 5 - m)
• combustori catalitici

Incremento della potenza:

• macchine di maggiori dimensioni
• miglioramento dei sistemi di raffreddamento.

Aspetti pratici:

• verifica dell'esistenza di analoghe installazioni con riscontro del numero di ore operative di servizio e relative esperienze
• livello di aggiornamento tecnologico dei costruttori
• prove effettuate in officina
• caratteristiche tecniche

a) parametri operativi:

• temperatura del gas all'ingresso in turbina
• rapporto di compressione
• rapporto tra temperatura del gas in ingresso ed in uscita

b) aspetti progettuali:

• caratteristiche costruttive dei combustori (emissione gas di scarico a temperature minori, sistemi di iniezione acqua/vapore)
• caratteristiche costruttive dei bruciatori
• quantità ed ubicazione dei cuscinetti (controllo delle temperature di zona)
• caratteristiche costruttive del rotore (rigidità)
• sistemi di raffreddamento dei componenti HGP
• materiali costruttivi: materiali impiegati, verniciature usate
• possibilità di effettuare riparazioni su materiali di avanzata tecnologia (leghe)
• parti di ricambio disponibili durante il periodo di costruzione e montaggio e durante l'esercizio.

1.3 Sistemi di automazione

1.3.1 Obbiettivi

Le centrali elettriche, oggi, sono caratterizzate da un alto grado di automazione; questo significa poter disporre di una supervisione continua di tutte le operazioni unitamente ad un controllo computerizzato dei sistemi e degli equipaggiamenti elettromeccanici.
L'automazione di una centrale viene progettata altresì allo scopo di fornire assistenza al personale addetto così da ottenere la maggior produzione possibile.

1.3.2 Aspetti Pratici

1.3.2.1 Produzione

• monitoraggio continuo in automatico dei parametri operativi
• sorveglianza e supervisione dell'intera centrale
• segnalazione, tramite allarmi, dei valori che eccedano quelli critici
• procedure di avviamento e fermata in accordo alle specifiche dai costruttori
• verifica continua del sincronismo degli alternatori
• registrazione dell'energia prodotta
• registrazione dei parametri operativi.

1.3.2.2 Manutenzione

• pianificazione della manutenzione preventiva in accordo alle istruzioni dei costruttori
• manutenzione programmata in conformità alle indicazioni dei costruttori
• gestione oculata delle parti di ricambio

1. 4 Impianti Ausiliari

1.4.1 Rete Acqua

Questa rete provvede all'alimentazione della turbina a vapore e della caldaia.
Nel circuito, qualora sia di tipo "chiuso'', di norma sono inserite le seguenti apparecchiature:

• impianto di condensazione comprendente il condensatore, due pompe di estrazione del condensato e due pompe di circolazione
• stazione pompe di alimento (almeno due)
• impianto di trattamento dell'acqua per il normale reintegro di acqua demineralizzata dovuto alle perdite inevitabili del circuito.

1.4.2 Installazioni di emergenza

1.4.2.1 Requisiti

Per ciascun generatore la rete elettrica di alimentazione degli impianti ausiliari dovrebbe essere progettata come segue:

(a) Utenze Dirette

Queste utenze si riferiscono ai motori critici per il generatore; essi dovrebbero essere alimentati direttamente da un trasformatore posto a valle dell'alternatore.

(b) Servizi Generali

Sono, in genere, alimentati da un trasformatore collegato direttamente alla sbarra di alta tensione principale. Il "layout'' della rete elettrica dovrebbe essere progettato in modo tale, che i seguenti equipaggiamenti, vitali per la sicurezza dell'impianto, siano sempre sotto tensione, in ogni circostanza:

• pompe olio di lubrificazione
• viratore
• sala di controllo principale
• luci di emergenza
• sistemi di comunicazione
• mezzi antincendio

1.4.2.2 Aspetti Pratici

• all'avviamento o nel caso di problemi al trasformatore delle utenze dirette, queste ultime possono essere alimentate anche tramite la rete dei servizi generali
• nel caso in cui ambedue le reti siano fuori servizio è necessario ricorrere ad un generatore di emergenza
• per ogni unità produttiva deve esservi almeno un quadro elettrico a 380 volt per l'alimentazione degli ausiliari della turbina; il quadro, inoltre, deve poter essere alimentato dal gruppo diesel di emergenza
• infine, sempre per ogni unità produttiva, vi dovrebbe essere almeno un quadro a 220 volt per l'alimentazione della strumentazione di regolazione e controllo.
• il quadro, a sua volta, dovrebbe essere collegato sia ad una serie di batterie che al diesel di emergenza.

1.4.3 Sistemi di filtrazione dell'aria

L'aria esterna è sempre inquinata in modo più o meno intenso, per la presenza di particelle, la cui natura dipende dal sito e dal periodo dell'anno preso in considerazione; le particelle possono essere suddivise in:

• particelle naturali, dovute all'erosione del suolo, di granulometria superiore al mm
• particelle di natura varia provenienti da processi industriali, veicoli a combustione interna, ecc., di granulometria inferiore al mm.

Danni risultanti:

• erosione delle parti rotanti dei macchinari a causa di presenza di polvere abrasiva
• incrostazione delle pale dei compressori con significative alterazioni del profilo e conseguenti perdite di rendimento
• nel caso in cui le incrostazioni vengano rimosse, si potrebbero avere pericolosi sbilanciamenti, con la conseguenza che i cuscinetti verrebbero sottoposti a sforzi eccessivi
• incrostazioni nei refrigeranti intermedi, con riduzione della capacità di raffreddamento e conseguente perdita di rendimento
• l'aria umida per effetto della combinazione con acidi anidri, sali ed altre sostanze corrosive, potrebbe indurre fenomeni corrosivi dannosi, specialmente nei primi stadi del compressore del turbo-gas
• la corrosione per alta temperatura è in primo luogo dovuta al tipo ed alla qualità del combustibile, cui si aggiungono sostanze inquinanti come i gas provenienti dalla desolforazione dei fumi oppure anche ossidi metallici provenienti da altri processi industriali di lavorazione insediati nelle stessa zona
• l'intasamento dei condotti di raffreddamento dell'aria e relativo distacco di particelle provoca la microfessurazione delle pale della turbina, diminuendo la resistenza a fatica dei materiali.
  Per ridurre questo inconveniente vengono posizionati dei filtri all'ingresso dei condotti di aspirazione dell'aria, mitigando così gli effetti nocivi dell'aria inquinata.

Elementi caratteristici nel progetto di filtri aria per turbo-gas

- primo stadio: sistemazione al coperto/separatore inerziale/dispositivi contro la formazione di ghiacci
- secondo stadio: pre-filtrazione
- terzo stadio: sistema di filtrazione ad alto rendimento

1.4.4 Pulizia dei compressori

Il rendimento o le prestazioni di un turbo-gas sono in funzione del rapporto di compressione raggiunto.
Durante la fase operativa, una notevole quantità d'aria passa attraverso la sezione di compressione di un gruppo, con la possibilità di provocare, in svariati modi, una diminuzione delle prestazioni della macchina.

Deterioramento recuperabile

• durante il normale esercizio sulla superficie delle palette e dei condotti del gas si accumulano particelle di sporcizia, polvere, ecc.
• la situazione peggiora nel caso di perdite d'olio all'ingresso del compressore o in concomitanza di idrocarburi presenti nell'atmosfera.
• le sostanze oleose presenti nell'aria di ingresso agiscono come collante fissando le particelle sporche sulle pale del compressore e sulle superfici della cassa. Nella parte finale del compressore, dove la temperatura è notevolmente alta, l'olio "cuoce'', formando sulle superfici uno strato di un certo spessore.

Deterioramento non recuperabile

Danni alle condotte aria-gas, corrosione ed erosione delle superfici, deterioramento della parte superiore delle palette e minor affidabilità delle tenute.

Deterioramento permanente delle prestazioni

Non è inusuale che, anche dopo un intervento di manutenzione straordinaria, le prestazioni della macchina non raggiungano i precedenti livelli, a causa di deformazioni indotte o di un aumento della ruvidità delle superfici.

Per rimediare alla situazione di deterioramento sopra descritta, denominata "fouling'', ciascuna unità dovrebbe essere equipaggiata di un apposito sistema di pulizia.

I metodi più noti, senza dover ricorrere allo smontaggio delle macchine, sono:

• pulizia manuale, a macchine ferme, del condotto di ingresso, delle alette della presa d'aria e, possibilmente, delle pale del primo stadio del compressore
• a macchine in movimento, pulizia del compressore a secco mediante introduzione di materiale abrasivo (lolla di riso, gusci di noce, ecc.)
• sempre a macchine in movimento, lavaggio del compressore con acqua o soluzioni acquose detergenti

2. PRODUZIONE

2.1 Monitoraggio

2.1.1 Requisiti

Si dovrebbe esercitare una sorveglianza continua dell'impianto, così che, qualunque problema sorga, venga immediatamente segnalato ed una soluzione venga trovata al più presto.

La conoscenza delle condizioni di una macchina è estremamente importante in relazione alla durata sia della macchina stessa che dei suoi componenti, in particolare, nel caso di un turbo-gas, dei componenti HGP.

Si ha pertanto necessità di poter disporre di un'accurata rilevazione dei dati d'esercizio, ottenibile mediante un sistema di monitoraggio veramente efficace e di alta qualità.

2.1.2 Metodi

• sistema di controllo a distanza per la trasmissione dei dati alla sala controllo o direttamente al fornitore.
  Un normale sistema di controllo comprende:
  - indicatori di velocità
  - indicatori di temperatura
  - rilevatori di vibrazioni
  - indicatori di pressione
  - monitoraggio mediante TV a circuito chiuso.

Per le turbine a gas i dispositivi di controllo dovrebbero altresì includere:

• sistema di monitoraggio della combustione
• sistema di monitoraggio del "ronzio''
• sistemi diagnostici
• misure di manutenzione che registrino con accuratezza tutti quei parametri che possono influire sulla durata dei componenti (per esempio ore totali a carico normale, numero di avviamenti ed arresti, variazioni del carico, ecc.)
• registrazione del rendimento e del numero di ore d'esercizio
• qualora disponibile, si dovrebbe usare un sistema di "gestione della vita'' delle macchine
• registrazione automatica, per analisi a posteriori, delle fermate impreviste.

2.1.3 Presenza di personale

Vi sono alcuni parametri che, difficilmente controllabili dagli strumenti (quali, ad esempio il rumore, il colore, l'odore, ecc.), possono essere analizzati soltanto da personale di guardia, presente in turni regolari. Gli operatori in sala controllo sono in grado di interpretare con competenza i dati rilevati dagli strumenti ed i segnali d'allarme. Durante i turni di guardia gli operatori devono essere altresì preparati a confrontare i valori critici con quelli forniti dal sistema di controllo.

2.2 Controlli giornalieri

2.2.1 Requisiti

Il fatto di stabilire dei parametri operativi, consente di identificare ogni variazione rispetto ad essi e di intervenire quando i valori critici vengano superati.

2.2.2 Parametri operativi

2.2.2.1 Turbine a vapore

- temperatura e pressione dell'olio di lubrificazione
- temperatura dei cuscinetti
- grado di usura dei cuscinetti di spinta
- temperatura e grado di dilatazione dello statore
- espansione differenziale statore-rotore
- caratteristiche del vapore in ingresso
- rilevazione di perdite d'acqua

2.2.2.2 Turbine a gas

- temperatura e pressione dell'olio di lubrificazione
- temperatura dei cuscinetti
- grado di usura dei cuscinetti di spinta
- perdita di pressione nei filtri aria
- distribuzione della temperatura nella camera di combustione
- temperatura fumi allo scarico
- rendimento

2.2.2.3 Alternatori

- pressione e temperatura dell'olio di lubrificazione
- temperatura del refrigerante intermedio

2.2.2.4 Trasformatori

- temperatura dell'olio isolante
- livello dell'olio isolante
- colorazione dei cristalli di silico-gel

2.2.2.5 Condensatori

- grado di vuoto

2.3 Controlli periodici

2.3.1 Requisiti

Ad intervalli prestabiliti, è necessario eseguire periodici controlli dei vari "items'' dell'impianto, inclusi i dispostivi di sicurezza, così come indicato al seguente paragrafo 2.3.2.

2.3.2 Equipaggiamenti da controllare (frequenza)

• sistemi di emergenza: (mensile)
• sistemi di protezione dal fulmine: (annuale)
• valvola principale di blocco turbina e controllo: (settimanale)
• valvola di estrazione del condensato: (settimanale)
• pompa olio di lubrificazione di riserva: (settimanale)
• pompa di alimento di riserva: (settimanale)
• condizioni dell'olio di lubrificazione: (ogni 6 mesi)

2.4 Controllo delle vibrazioni

2.4.1 Obbiettivi

Un accurato controllo delle vibrazioni dei più significativi equipaggiamenti fornisce importanti elementi per l'analisi dei problemi meccanici che possono sorgere dall'esercizio delle macchine rotanti.

L'analisi delle vibrazioni si può eseguire, tramite dati riportati al computer di controllo, mediante sensori opportunamente disposti nei cuscinetti e nella cassa turbina.

Ciascun sensore produrrà il proprio specifico ed usuale campo di vibrazioni, che sono un multiplo della frequenza di rotazione della macchina (armoniche);
così facendo, alcune anomalie, quali lo sbilanciamento, il non corretto allineamento, moti irregolari dell'olio nei cuscinetti, possono, all'occorrenza, essere rapidamente evidenziati.

2.4.2 Aspetti pratici

• il gruppo turbo-alternatore deve essere equipaggiato di un sistema di monitoraggio delle vibrazioni che consenta un controllo automatico continuo ed il calcolo dei parametri di vibrazione
• le misure delle armoniche indicanti lo sbilanciamento ed il non-allineamento devono essere confrontate sia con il livello di soglia dell'allarme che con quello precedentemente misurato. Nel caso di significative differenze si dovrebbero produrre automaticamente le condizioni per l'intervento degli allarmi
• nel caso in cui le misure rilevate si discostino da quelle "campione'' di una certa percentuale, dovrebbe scattare il blocco automatico del gruppo.

2.5 Sistemi di sicurezza

2.5.1 Requisiti

I sistemi di sicurezza, regolazione e controllo, installati sulle macchine dai costruttori, devono essere progettati in modo tale da evitare o limitare danni agli equipaggiamenti.
Tali sistemi costituiscono una componente fondamentale del sistema di automazione: infatti, mediante misurazioni continue dei parametri operativi, blocchi ed allarmi scatteranno automaticamente.

2.5.2. Aspetti pratici

2.5.2.1 Turbine a vapore

2.5.2.2 Turbo-gas

2.5.2.3 Alternatore

2.5.2.4 Servizi di sicurezza

2.6 Gestione dell'impianto

Nel corso del normale esercizio, bisognerebbe adottare le seguenti misure precauzionali:

• riparare immediatamente ogni perdita
• rimuovere ogni tipo di scarto e rifiuto
• mantenere pulita ed in ordine la sala macchine, la sala di controllo e la sala quadri elettrici
• proteggere i componenti elettronici dagli effetti atmosferici.

3. MANUTENZIONE

3.1 Considerazioni generali

3.1.1 Obbiettivi

Perché l'impianto continui ad essere sempre in funzione ed efficiente e raggiunga i valori di rendimento previsti, occorre prevedere una manutenzione di livello adeguato.

Questo implica la presenza di un reparto di manutenzione con personale esperto e dotato di adeguate attrezzature.

A causa della loro differenze costruttive le turbine a gas necessitano di un diverso approccio rispetto alle turbine a vapore.
Dal momento che le installazioni sono compatte, il più delle volte racchiuse in cassoni metallici, gli interventi di manutenzione giornaliera di "routines'' possono essere limitati.
Occorre, tuttavia, prestare attenzione alla manutenzione programmata in stretto accordo alle specifiche ed alle raccomandazioni del costruttore.

3.1.2 Manutenzione giornaliera

La squadra di manutenzione giornaliera preposta agli impianti meccanici, elettrici ed ai servizi generali, dovrebbe eseguire, tra le altre operazioni:

• periodico rabbocco e sostituzione dei lubrificanti secondo le prescrizioni del costruttore
• preventiva sostituzione dei materiali e dei componenti di consumo in accordo alle istruzioni del costruttore
• monitoraggio dei componenti principali mediante:
  • analisi delle vibrazioni
  • analisi dell'olio
  • analisi dell'acqua
  • controlli e prove degli equipaggiamenti e delle installazioni elettriche mediante tecniche termografiche
  • riparazione degli equipaggiamenti difettosi
  • lavaggio periodico dei compressori
  • periodiche misure delle perdite di carico nei filtri dell'aria

3.1.3 Manutenzione programmata

3.1.3.1 Ispezioni
Includono verifiche e prove di parti critiche, ma facilmente accessibili, di:

• turbina a vapore:
  • valvola principale di blocco e controllo
  • cuscinetti
  • circuiti olio di lubrificazione
  • sensori
    
    
• turbogas:
  due volte l'anno:
• ispezione boroscopica
• ispezione visiva dell'ingresso e dell'uscita aria/gas
• campionatura dell'olio di lubrificazione
  dopo 24.000 ore di esercizio:
  
• ispezione e riparazione e/o sostituzione della sezione sottoposta a temperatura, in funzione anche dei risultati dell'esame boroscopico e di altri dati rilevati durante l'esercizio.
  (La frequenza delle ispezioni di cui sopra dipenderà dai risultati delle analisi boroscopiche e del monitoraggio delle condizioni di esercizio dell'impianto).
  
  
• alternatore:
  
  • verifica dell'isolamento dell'avvolgimento rotorico
  • frequenti controlli degli anelli di connessione con l'avvolgimento
  • eccitazione
  • circuiti di raffreddamento
  • cuscinetti
  • circuiti olio di lubrificazione
  • sensori
    
    
• trasformatore:
  • controllo del dielettrico
  • prova del "relay Bucholz''
  • controllo dei passanti degli isolatori

3.1.3.2 Revisioni

Apertura ed ispezione completa della turbina e dell'alternatore e di tutti i loro accessori.

3.1.3.3 Frequenza

La frequenza di un programma di manutenzione dipende dai seguenti fattori:
- raccomandazioni del costruttore
- modo di operare
- problemi noti
- risultati di precedenti revisioni
- risultati di controlli giornalieri e periodici
- variazioni del rendimento

Frequenze raccomandate:
- ispezioni: preferibilmente annuali, almeno ogni due anni
- revisioni: turbine a vapore almeno ogni 6 anni, alternatore ogni 4 anni

3.1.4 Aspetti riguardanti la manutenzione delle turbine a gas

3.1.4.1 Valutazione dei danni

La parte di macchina sottoposta a condizioni di lavoro più severe è quella nella quale si sviluppano le temperature più alte.
Durante il normale esercizio l'andamento dei danni, che usualmente vengono riscontrati durante le ispezioni e le revisioni, è il seguente:

• danni di natura meccanica:
  • raschiamenti della parte superiore delle pale
  • rottura a fatica termica di condotti e pale
  • danni per corrosione
  • danni per ossidazione
  • danni per erosione
    
    
• danni ai rivestimenti:
  • incrinature
  • deterioramento
  • invecchiamento microstrutturale.

Metodi di riparazione:
- pulizia
- eliminazione delle criccature mediante rivestimenti metallici o ripristino del rivestimento
- applicazione di materiali in grado idonei
- raschiature
- trattamenti termici/rigenerazione

3.1.4.2 Note

• la frequenza degli interventi di ricondizionamento e ricostruzione della parte "calda'' è anche in funzione dell'atteggiamento del costruttore in merito all'effettiva possibilità di riparare o ricostruire componenti HGP
• la durata dei suddetti componenti deve essere considerata come un valore statistico per quelli costruiti in serie, mentre la vita dei componenti individuali può variare; con la programmazione di interventi di riparazione o sostituzione si può, ad ogni modo, tenere conto di questa variabilità
• la vita dei componenti HGP è generalmente condizionata dalla qualità dei rivestimenti; tuttavia, considerando che questi dovrebbero proteggere i materiali da vari agenti di degrado (ossidazione, corrosione, carichi meccanici, ecc.), si dovrebbe, idealmente, selezionarne la qualità solo dopo aver eseguito la prima ispezione.
• quando componenti HGP vengono ricondizionati, bisogna prestare massima attenzione al controllo di qualità; tutte le attività comprese nel programma di interventi per massimizzarne la vita (cioè rimozione dello strato di rivestimento, riparazione dei danni, trattamenti termici, riverniciatura) sono altamente specializzate e richiedono l'intervento di più tecnici qualificati, che dovrebbero seguire appropriate procedure di controllo della qualità
• la normale durata dei componenti HGP è, in pratica, molto più breve di quanto previsto dal costruttore (sino al 50-70% della durata prevista)
• vi è spesso una notevole differenza tra i costi di manutenzione e riparazione messi a "budget'' e quelli effettivamente sostenuti, specialmente per i nuovi modelli.

3.2 Ispezione delle turbine a vapore

3.2.1 Rotori

esame visivo per:
- ovalizzazione
- pale della turbina
- tenute a labirinto
- cuscinetti principali

prove di tipo magnetico o con liquidi penetranti:
- tutte le pale della turbina
- controllo di ogni variazione del profilo
- ingranaggi della turbina
- saldature

prova agli ultrasuoni delle saldature

3.2.2 Cassa turbina

- ispezione visiva completa
- controllo magnetico o con liquidi penetranti delle tenute, dello statore e delle saldature

3.2.3 Cuscinetti

- liquidi penetranti per il controllo delle superfici
- prova agli ultrasuoni del metallo bianco

3.2.4 Valvole di blocco e controllo

- ispezione visiva di tutti i componenti
- liquidi penetranti per sede e stelo
- controllo variazioni di sezione
- controllo supporti

3.2.5 Bulloni e sedi

- ispezione visiva: tutti i componenti
- esame magnetico: tutti i bulloni estraibili
- prova ultrasuoni: tutti i bulloni non estraibili
- estensione di queste misure a tutti i bulloni operanti a temperature elevate

3.2.6 Condotte principali vapore ad alta e media pressione

- esame magnetico per saldature, curve e gomiti, raccordi per drenaggi
- misurazione del diametro e dello spessore di curve e gomiti

3.2.7 Tubazioni di collegamento tra media e bassa pressione

- esame visivo e con i liquidi penetranti dei giunti di dilatazione

3.3 Ispezione dell'alternatore

3.3.1 Statore

• esame visivo delle condizioni dell'isolamento
• controllo dei bloccaggi di: barre - avvolgimenti - anelli di tenuta - lamelle
• frequenti controlli dei collegamenti tra avvolgimento ed anelli di tenuta
• gammagrafia per rilevare lo stato di degrado del rame
• controllo endoscopico per il rilevamento del passaggio dell'aria di raffeddamento nel "core'' negli anelli di tenuta
• controllo del dielettrico, comprendente:
  
  • "Megger test'' dell'isolamento
  • indice di polarizzazione
  • resistenza del dielettrico
  • "DLA test''
  • "tg d test''

3.3.2 Rotore

• "Megger test'' dell'isolamento
• misurazione dell'impedenza di ciascun polo
• controllo dell'avvolgimento e delle chiavi di bloccaggio
• controllo delle tenute della connessione centrale
• controllo degli anelli di tenuta tramite ispezione visiva, liquidi penetranti, ultrasuoni.

3.4 Controllo dei trasformatori

• controllo visivo della cassa (max. estensione ruggine: 5%)
• funzionalità del relay Bucholz
• analisi dell'olio con "tests'' normali e con gas disciolti
• perdite dell'olio (max 5 cc al mese)
• rumorosità:
  • senza carico: max 1,5 dB oltre il valore di avviamento
  • a pieno carico: max 3,0 dB oltre il valore indicato dal costruttore.
    

4. VARIE

4.1 Addestramento

4.1.1 Personale coinvolto

Addetti alla produzione ed alla manutenzione.

4.1.2 Aspetti pratici

4.1.2.1 Quadro generale

• addestramento in nuove tecniche fornito dai costruttori o da laboratori o studi tecnici specializzati
• scambio di informazioni su problemi di natura tecnica
• analisi di incidenti occorsi da effettuarsi con costruttori, laboratori o studi tecnici specializzati
• scambio di informazioni con i gestori di altre centrali elettriche
• partecipazioni a convegni delle associazioni degli utenti

4.1.2.2 Produzione

• addestramento interno per nuovi assunti
• addestramento interno mediante rotazione degli incarichi
• addestramento in nuove tecniche presso costruttori, laboratori o studi tecnici specializzati nelle ispezioni degli impianti e/o collaudi
• addestramento presso impianti produttivi già esistenti o in piccole unità operative già sperimentate
• addestramento mediante tecniche di simulazione

4.1.2.3 Reparto di produzione

• addestramento interno per i nuovi assunti
• addestramento interno mediante rotazione degli incarichi
• addestramento nelle nuove tecniche presso costruttori, laboratori o studi tecnici specializzati nei controlli degli impianti
• addestramento in centrali già in produzione.

4.2 Sicurezza

4.2.1 Obbiettivi

Assicurare la miglior protezione dell'impianto, degli addetti e dei terzi

4.2.2 Aspetti pratici

• l'intera centrale deve racchiusa all'interno di una recinzione e sorvegliata mediante tv a circuito chiuso
• nel sistema di controllo dell'accesso deve essere prevista la registrazione di tutti i visitatori
• tutte le zone considerate a rischio devono essere tenute chiuse e chiaramente segnalate mediante cartelli
• tutte le macchine rotanti e/o in movimento debbono essere adeguatamente "inscatolate'' e protette
• durante i turni di lavoro, è importante che il personale addetto indossi sempre appropriati indumenti protettivi (scarpe di sicurezza, elmetto, occhiali di protezione, guanti, ecc.).

5. TERMINOLOGIA

a) Leghe

Per le pale delle turbine vengono impiegate leghe di avanzata tecnologia, quali:

- leghe a base di Nickel
- leghe a solidificazione direzionale
- leghe a cristalli singoli

b) Rivestimento

Strato protettivo applicato ai componenti HGP per proteggere la superficie dei materiali dai fumi aggressivi che si sviluppano per combustione ad alta temperatura (corrosione, ossidazione, crepe).
Il rivestimento è a base di cobalto, nickel ed alluminio, tra loro mescolati e ricoperti da uno strato finale ceramico.
Sulla superficie di determinati componenti (camera di combustione e organi di trasmissione) vengono applicati strati di materiale ceramico speciale, per migliorare il rendimento termodinamico innalzando la temperatura dei gas.
L'applicazione di questi strati consente di raggiungere temperature più elevate dei gas, senza un contestuale aumento della temperatura superficiale del componente.

c) Parti di consumo

La vita di un turbo-gas dipende moltissimo dalla durata dei componenti HGP.
La vita di questi componenti dipende dalle caratteristiche meccaniche e chimiche sia dei materiali con i quali sono stati costruiti, che dal rivestimento protettivo applicato, oltre che da una quantità di parametri operativi.
I componenti HGP devono, pertanto, essere periodicamente sostituiti, e, sotto questo punto di vista, vanno considerati come materiali di consumo.

d) Snervamento

Quando un materiale sotto sforzo è sottoposto ad alta temperatura si ha un degrado delle sue caratteristiche meccaniche, con innesco di deformazione e/o rottura.
La capacità dei metalli di resistere a questo deterioramento viene chiamato limite di deformazione a rottura.

e) Combustibile

Le turbine a gas sono alimentate da combustibili gassosi.
Viene chiamato "gas naturale'', un gas avente la seguente composizione:

ossido di carbonio 1,584 % (vol. %)
azoto: 3,619 %
metano: 87,438 %
etano: 5,399 %
propano: 1,513 %
butano: 0,430 %
pentano: 0,120 %
anidride solforosa: meno di 5 mg/Nm3
zolfo: totale meno di 150 mg/Nm3
mercaptani: tracce

caratteristiche
potere calorifico superiore: 49, 735 kJ/kg
potere calorifico inferiore: 44, 978 kJ/kg.

f) Turbogas

Motore a combustione interna, nel quale l'aria è convogliata e successivamente compressa con iniezione del combustibile nell'aria stessa.
I gas caldi che così si producono azionano le pale di una turbina.

Elementi principali
- compressore aria, del tipo a flusso assiale
- una o più camere di combustione
- turbina a pale rotanti da 2 a 5 stadi con statore ad anelli intermedi
- sistema di evacuazione fumi

Elementi secondari
- riduttore
- sistema d'avviamento
- sistema d'alimentazione
- sistema di lubrificazione
- sistema di controllo

g) Ossidazione ad alta temperatura

Intorno alla temperatura di 1000 C° lo zolfo evapora con formazione di placche ossidanti che corrodono i materiali
In queste condizioni, lo "sfagliamento'' dovuto all'azione dell'ossigeno aumenta rapidamente, inducendo ulteriori cricche e rotture, aumentando ancor più la fragilità della struttura metallica del componente.

h) Corrosione a caldo

Tra gli 800°C ed i 1000 C°, i solfati di sodio, calcio, ecc., per effetto della combustione condensano nei componenti della turbina, aggredendo rapidamente il metallo; questo fenomeno viene denominato corrosione a caldo o di tipo 1. Il danno causato da questi sali liquefatti appare sotto forma di cavità ben definite e localizzate.
Tra i 600°C e gli 800C° l'attacco è più uniforme e viene denominato di tipo 2 o corrosione a bassa temperatura.

i) Componenti soggetti al flusso di gas caldi (in inglese "Hot Gas Path'', HGP)

Sono quelle parti della turbina situate lungo il percorso dei gas di combustione, cioè:

• camera di combustione
• condotti
• primo e secondo stadio del rotore

l) Vita dell'impianto

Per vita dell'impianto si intende il tempo di utilizzo di un componente, senza che siano intercorse rimarchevoli interruzioni d'esercizio.
La vita dipende da numerosi parametri operativi, quali:

• numero di ore di esercizio a carico normale
• frequenza degli avviamenti e degli arresti
• frequenza delle suddette variazioni di carico
• temperatura d'accensione
  

m) Combustione con emissione limitata

Allo scopo di ridurre le emissioni inquinanti dei prodotti della combustione dovuti alle alte temperature generate ed altresì al breve tempo di sosta dei fumi nella camera di combustione, vengono attualmente impiegate tre tecniche:

• riduzione della temperatura dei gas di combustione mediante iniezione di acqua o vapore nel bruciatore
• combustione con emissioni contenute (DLE), riducendo la temperatura di combustione dei gas tramite pre-miscelazione di aria e gas, in modo da assicurare una più uniforme temperatura della fiamma
• iniezione di ammoniaca, tramite reattore catalitico, con formazione di azoto ed acqua

n) Certificazione di collaudo

Sono i documenti redatti dal costruttore indicanti i risultati delle prove eseguite sui turbogas in officina.