• Скачать в формате PDF

Детлеф Маркс – независимый эксперт

В статье рассмотрены современные стандарты испытания воздушных фильтров для ГТУ, их отличие, а также особенности стандарта Eurovent при проведении технико-экономической оценки при выборе систем воздушной фильтрации.

Качественная очистка циклового воздуха имеет большое значение для современных газовых турбин, обладающих высоким КПД и очень чувствительных к загрязнению. Аварийный останов ГТУ по причине загрязнения проточной части приводит к значительным штрафам оператора за недопоставленную на рынок мощность. Поэтому важно применять именно то оборудование и сменные элементы к нему, которые позволяют получить максимальный экономический эффект и сохранить показатели в процессе эксплуатации.
Международный опыт показывает, что загрязнение компрессора газовой турбины является причиной 70...85 % всех потерь в процессе эксплуатации, которых можно избежать [1]. Если отсутствуют утечки в уплотнениях и воздуховодах, то потери вызваны неэффективной работой фильтров очистки воздуха, поступающего в камеру сгорания. Компрессор потребляет 50...60 % энергии, вырабатываемой ГТУ, следовательно, всё, что влияет на эксплуатационные параметры компрессора, влияет и на работу двигателя в целом и его технико-экономические показатели.
Оптимальный выбор и качественная оценка системы фильтрации является достаточно сложной задачей, так как при ее подборе необходимо учитывать большое количество как технических, так и экономических аспектов.
При подборе системы фильтрации и составлении технического задания на проведение конкурсного отбора поставщиков, специалистам важно не только выбрать наиболее эффективный продукт, но и получить документальное подтверждение соответствия заявленным международным стандартам и критериям завода-изготовителя ГТУ.
В связи с растущими требованиями к качеству систем фильтрации КВОУ ГТУ, появились новые критерии для проведения испытаний воздушных фильтров, при которых лабораторные условия испытаний все больше приближаются к реальным.
Какие же стандарты действуют в настоящее время для проведения испытаний воздушных систем фильтрации, применяющихся на газотурбинных установках? Отвечая на этот вопрос, следует разграничить системы фильтрации, использующиеся в системах кондиционирования и вентиляции, от фильтров, которые применяются в КВОУ газовых турбин. Последние, помимо соответствия международным стандартам качества, должны также соответствовать требованиям завода-изготовителя газовой турбины по обеспечению требуемого межремонтного ресурса, перепада давления на разрыв, защите турбины от проникаемой влаги и растворенных в ней солей и кислот. У таких фильтров обязательно присутствие маркировки «GT» на этикетке с наименованием фильтра. Поэтому каждый производитель ГТУ проводит процедуру аттестации своих поставщиков, в ходе которой необходимо пройти десятки дополнительных лабораторных и натурных испытаний.
Действующие общие стандарты для испытания воздушных фильтров для большинства сфер применения – EN 779-2012 (для фильтров G, M и F классов) и EN 1822-2011 (для E, H, U классов). Данная сертификация является обязательной для всех производителей фильтрующих элементов в Европе. Для сведения: в странах Северной Америки для испытаний фильтрующих элементов применяется стандарт Ashare 52.2, а классы очистки измеряются по шкале от MERV1 до MERV16. В России в настоящее время для проведения испытаний на определение эффективности фильтров очистки воздуха общего назначения применяются стандарты ГОСТ Р ЕН 779-2007 и ГОСТ Р ЕН 18122-1-2010.
Следует также отметить, что существует международный стандарт применения воздушных фильтров для ГТУ – ISO 29461 «Системы фильтрации КВОУ для вращающегося оборудования. Методы испытаний». Стандарт вступил в силу в 2013 г.
ISO 29461 содержит методику определения производительности фильтрующих элементов, применяемых в системах воздухозабора вращающегося оборудования, такого как стационарные газовые турбины, компрессоры, а также другие стационарные двигатели внутреннего сгорания. Данный стандарт используется для воздушных фильтров с эффек-тивностью до 99,9 % на частицы размером 0,4 мкм. Описанная методика применяется для фильтров, работающих в диапазоне расхода воздуха от 0,25 м³/с (900 м³/ч) до 1,67 м³/с (6000 м³/ч).
Следует обратить внимание, что согласно ISO 29461 результаты оценки производительности фильтров не могут быть количественно применены для определения эффективности и ресурса фильтрующих элементов в реальных условиях эксплуатации.
ISO 29461 состоит из следующих частей:
1. Методика испытаний статических фильтрующих элементов.
2. Методика испытаний и классификации импульсных фильтрующих элементов.
3. Методика испытаний фильтрующих элементов на разрыв.
4. Методика проведения полевых испытаний фильтрующих элементов.
5. Методика проведения испытаний фильтрующих элементов для применения в морских условиях.
6. Методика испытаний импульсных фильтрующих элементов.
В статье «Новые европейские стандарты фильтрации воздуха и соответствие им продукции, поставляемой западными производителями фильтров на отeчественные ТЭС», опубликованной в журнале «Газотурбинные технологии» (январь-февраль 2015 г.), автор ссылается на версию директивы Eurovent 4/11 «Метод калькуляции использования энергии для воздушных фильтров в системах общей вентиляции» как на один из определяющих критериев при выборе фильтров очистки воздуха КВОУ ГТУ. (Действующая версия Eurovent 4/21-2014. Данную версию можно найти на сайте http://www.eurovent-certification.com).
Обратившись к веб-сайту данной организации, можно получить исчерпывающие сведения о ее деятельности, целях и программах. Eurovent – независимая организация, занимающаяся проверкой подлинности сертификации оборудования для систем вентиляции, отопления, охлаждения путем сравнения технических характеристик изделий разных марок и их преимуществ. Этот вид сертификации является добровольным и выполняется на коммерческой основе.
Сертификационный знак «Eurovent» подтверждает, что продукция прошла независимую проверку и классифицирована в соответствии с установленными нормами. Данный знак дает заказчикам и конечным пользователям гарантию того, что продукция, реализованная участником программы сертификации, соответствует установленным нормам [3].
Целью сертификационных программ Eurovent является создание общего набора критериев для классификации продукции.
В процессе сертификации работа инженеров упрощается, поскольку отсутствует необходимость в проведении детального сравнения и анализа эксплуатационных показателей. Консультанты и заказчики могут выбирать продукцию с полной уверенностью, что характеристики, приведенные в каталоге, являются точными. Сертификация Eurovent осуществляет проверку программ испытаний для следующего оборудования:
•    пластинчатые теплообменники «воздух–воздух»;
•    регенеративные теплообменники;
•    прецизионные кондиционеры;
•    приточно-вытяжные системы вентиляции;
•    градирни;
•    контроллеры вентиляторов;  
•    теплообменники для холодильных установок;
•    воздушные фильтры класса M5-F9;
•    жидкостные охладители и тепловые насосы;
•    охлаждаемые шкафы управления;
•    системы с регулируемым расходом хладагента [3].
Eurovent 4/21 – это методика калькуляции, использующая измерительные данные стандарта EN 779-2012. Формула расчета содержит объем воздуха, составляющий 3400 м3/ч, время работы 6000 часов, КПД вентилятора – 0,5. Согласно данному источнику информации рассчитывается использование энергии воздушного фильтра в общих системах вентиляции.
Данная формула не имеет ничего общего с эксплуатацией газотурбинной установки. Расчет потерь выработки ГТУ не просто вводит в заблуждение, но и может нанести непоправимый ущерб газовой турбине в случае неудачного подбора системы воздушной фильтрации.
Для воздушных фильтров EPA/HEPA, оцениваемых согласно стандарту EN 1822-2011, Eurovent 4/21 не может быть применен в связи с особенностями испытаний данных фильтров.
Автор указанной статьи прав, что с повышением перепада давления системы фильтрации снижается и выработка электроэнергии. Но он не говорит о том, что при повышении эффективности системы фильтрации (несмотря на более высокий перепад давления) потери при снижении выработки могут быть, вне всяких сомнений, минимизированы. Это «перевесит» потери от высокого перепада давления. Рекомендации автора для рынка генерации  электроэнергии по выбору фильтрэлементов путем сравнения перепада давления являются ошибочными и не помогут электростанциям увеличить выработку и, соответственно, снизить потери при производстве энергии по причине деградации.

Требования к механическим свойствам фильтров
Требования к механическим свойствам фильтров, использующимся для очистки воздуха в ГТУ, значительно отличаются от тех, которые применяются для фильтров в составе систем кондиционирования помещений. Данные требования не регламентируются стандартом Eurovent. Некомпетентность покупателей в этом вопросе часто приводит к ошибочному выбору фильтров для ГТУ. В связи с этим необходимо тщательно изучать требования к фильтрам, которые определены производителями газовых турбин.
Большинство производителей ГТУ в спецификации на оборудование указывают, что при достижении перепада давления в КВОУ более 1,5 кПа на пульт оператора поступает сигнал тревоги, сообщающий о наличии каких-либо проблем или неисправностей в КВОУ. При перепаде давления, достигшем 2,0 кПа, должен быть произведен аварийный останов газовой турбины. Кроме того, КВОУ и воздуховоды должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать внешний перепад давления или разряжение не менее 3,5 кПа. Отсюда следует, что минимальные требования к системе фильтрации на разрыв должны составлять 3,5 кПа, как в сухих, так и во влажных условиях. Важным фактором является также устойчивость самой системы воздухоподготовки к загрязнению, поскольку оператор ГТУ должен быть уверен в цельности и надежности системы фильтрации.
Стекловолоконный материал мокрой укладки обеспечивает наивысшую эффективность очистки воздуха в фильтре, поэтому он используется для изготовления фильтров тонкой очистки (в частности, классов F и Н) для большинства газовых турбин. Однако надо учитывать, что практически все виды стекловолоконных материалов отличаются низкой прочностью во влажном состоянии. Это означает, что материал фильтра, находясь во влажном состоянии, не выдерживает внешнего перепада давления 3,5 кПа без дополнительных мер по повышению прочности фильтра. Причем, это относится ко всем типам фильтров – и с глубокими складками, и с микроскладками.
Заказчики, не подозревая о существовании данной проблемы, приобретают фильтры, применяющиеся в системах кондиционирования, по причине их более низкой стоимости.
В результате материал фильтра при высоком перепаде давления во влажных условиях попросту рвется, и это уже является проблемой заказчиков, которые предпочли приобрести фильтры по более низкой цене. При замене фильтров необходимо убедиться, что приобретаемые фильтры подходят для использования в составе ГТУ – в их названии присутствует  маркировка «GT». Кроме того, нужно обращать внимание на то, чтобы минимальный предел разрыва материала фильтра соответствовал перепаду давления 3,5 кПа независимо от типа фильтра.

Выводы
1. До настоящего времени стандарты испытаний воздушных фильтров для ГТУ не ратифицированы в России. Поэтому нужно опираться на требования международных стандартов при эксплуатации импортных газовых турбин, а также на рекомендации заводов-изготовителей ГТУ с учетом особенностей местоположения и эксплуатации энергообъекта.
2. Эксплуатационные годовые потери ГТУ, рассчитанные в соответствии со стандартом Eurovent, составили 1034009 кВт·ч. При этом потери, рассчитанные согласно кривой приемочных испытаний ГТУ, – 3126063 кВт·ч.
Учитывая трехкратную разницу годовых потерь, рассчитанную по различным методикам, следует отметить, что стандарт Eurovent не может являться определяющим для выбора системы фильтрации КВОУ газотурбинных установок.
3. Подбор фильтров для ГТУ и оценка их испытаний должны проводиться индивидуально, с учетом местоположения электростанции, уровня запыленности, требований к межремонтному ресурсу и с учетом минимизации годовых потерь.

Использованная литература:
1. F.W. Muscroft. Combustion air treatment for gas turbines. 1995.
2. ISO 29461 «Системы фильтрации КВОУ для вращающегося оборудования. – Методика испытаний. – Часть 1: Статические фильтрэлементы».
3. Eurovent 4/21-2014 «Метод калькуляции использования энергии для воздушных фильтров в системах общей вентиляции».