Mantenimiento
de Turbinas de vapor
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La
mayor parte de la
energía generada en el mundo se produce con
turbinas de vapor. Se trata de un equipo robusto, bien conocido y muy
experimentado. Casi la mayor parte de los problemas que puede tener se
conocen
bien, y se conoce además como solucionarlos. Por ello,
respetar las
instrucciones de operación y realizar un mantenimiento
adecuado conduce a una
alta disponibilidad y a bajos costes de mantenimiento
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LA TURBINA DE VAPOR, UN EQUIPO BIEN CONOCIDO
La turbina de vapor de una planta de
producción de energía es un equipo sencillo, y como máquina industrial,
es una
máquina madura. La turbina de vapor es una máquina muy conocida para
los
diseñadores, constructores, instaladores y mantenedores. Se conoce casi
todo de
ella, y de hecho, más del 70% de la energía eléctrica generada en el
mundo se
produce diariamente con turbinas de vapor.
El funcionamiento es muy sencillo: se introduce vapor a una temperatura
y
presión determinadas y este vapor hace girar unos álabes unidos a un
eje rotor;
a la salida de la turbina, el vapor que se introdujo con un nivel
energético
determinado tiene una presión y una temperatura inferior, es decir, ha
cedido
energía. Parte de la energía perdida por el vapor se emplea en mover el
rotor.
Necesita también de unos equipos auxiliares muy sencillos, como un
sistema de
lubricación, de refrigeración, unos cojinetes de fricción, un sistema
de
regulación y control, y poco más. Así de simple.
Fig
2 Esquema de funcionamiento de una planta con turbina de vapor
La turbina es un equipo tan conocido y tan robusto que si no se hacen
barbaridades con él tiene una vida útil larguísima y exenta de
problemas. Eso
sí, hay que respetar cinco normas muy sencillas:
- Utilizar un vapor de las características
físico-químicas apropiadas
- Respetar las instrucciones de operación en
arranques, durante la marcha y durante las paradas del equipo
- Vigilar muy especialmente el aceite de lubricación.
Realizar análisis periódicos y comprobar que la calidad del aceite, su
presión, temperatura, y presencia de contaminantes está dentro de los
márgenes adecuados
- Respetar las consignas de protección del equipo
(valores de alarma y disparo para cada uno de los parámetros
controlados por el sistema de control). Si la turbina da algún síntoma
de mal funcionamiento (vibraciones, temperaturas elevadas, falta de
potencia, etc) parar y revisar el equipo: nunca sobrepasar los límites
de determinados parámetros para poder seguir con ella en
producción o incluso para poder arrancarla.
- Realizar los mantenimientos programados con la
periodicidad prevista.
- Si
se produce una parada por alguna causa, investigar y solucionar el
problema antes de poner el equipo en marcha nuevamente
Son normas muy sencillas, y sin embargo, casi todos los problemas que
tienen
las turbinas, grandes o pequeñas, se deben a no respetar alguna o
algunas de
esas cinco sencillas normas.
PRINCIPALES
AVERÍAS
Igual que
sucede en otras máquinas térmicas, detrás de cada avería grave suele
haber una
negligencia de operación o de mantenimiento, ya que las turbinas suelen
ser
equipos diseñados a prueba de operadores.
Los principales
problemas que pueden presentarse en una turbina de vapor se indican a
continuación:
- ALTO NIVEL DE VIBRACIONES (ver cuadro adjunto)
- DESPLAZAMIENTO EXCESIVO DEL ROTOR POR MAL ESTADO
DEL COJINETE DE EMPUJE O AXIAL
- FALLOS DIVERSOS DE LA INSTRUMENTACIÓN
- VIBRACIÓN EN REDUCTOR O ALTERNADOR
- FUGA DE VAPOR
- FUNCIONAMIENTO INCORRECTO DE LA VÁLVULA DE CONTROL
- DIFICULTAD O IMPOSIBILIDAD DE LA SINCRONIZACIÓN
- BLOQUEO DEL ROTOR POR CURVATURA DEL EJE
- GRIPAJE
DEL ROTOR
Fig
3 Causas habituales de
vibración
MANTENIMIENTO
PREVENTIVO
Una turbina de
vapor es un equipo especialmente agradecido con el mantenimiento
preventivo. Al
ser un equipo en general bien conocido (es la máquina térmica más
antigua), los
fabricantes suelen haber resuelto ya la mayor parte de sus problemas de
diseño.
Por tanto, una operación cuidadosa y un adecuado plan de mantenimiento
programado se traducen necesariamente en una alta disponibilidad
Fig
4 Rotor de turbina durante una revisión
Mantenimiento
Operativo Diario
- Comprobación
de alarmas y avisos
- Vigilancia de parámetros (niveles de vibración,
revoluciones, temperaturas de entrada y salida del vapor, presiones de
entrada y salida, presión, temperatura y caudal de aceite de
lubricación, presión de vacío del depósito de aceite de lubricación,
comprobación de nivel de aceite, presión diferencial de filtros, entre
otros)
- Inspección
visual de la turbina y sus auxiliares (fugas de aceite, fugas de vapor,
fugas de agua de refrigeración, ruidos y vibraciones anormales,
registro de indicadores visuales)
Mantenimiento
Quincenal
- Inspección visual de la turbina
- Inspección de fugas de aceite
- Limpieza de aceite (si procede)
- Comprobación del nivel de aceite
- Inspección de fugas de vapor
- Inspección de fugas de agua de refrigeración
- Lectura de vibraciones (amplitud)
- Inspección visual de la bancada
- Purga de agua del aceite de lubricación
- Inspección visual del grupo hidráulico de aceite de
control
- Inspección
visual del sistema de eliminación de vahos
Tareas de
mantenimiento de carácter mensual
- Muestra de aceite para análisis
- Purga de agua del aceite
- Comprobación de lubricación de reductor y de
alternador
- Análisis
del espectro de vibración en turbina, reductor y alternador, a
velocidad nominal
Revisión anual
Si se realizan
todas las actividades que se detallan en esta lista, en realidad se
están
eliminando todas las causas que provocan las averías más frecuentes. Si
se
compara esta lista de tareas con la lista de averías más frecuentes se
puede
comprobar que esta revisión esta orientada a evitar todos los problemas
habituales de las turbinas. La razón de la alta disponibilidad de estos
equipos
cuando se realiza el mantenimiento de forma rigurosa es que realmente
se está
actuando sobre las causas que provocan las principales averías.
Fig 5 Analizador de
vibraciones
- Análisis
del espectro de vibración de turbina, reductor y alternador,
a distintas velocidades y en aceleración. Se verifica así la posible
ausencia de problemas en cojinetes, el estado de la alineación y el
equilibrado de los tres equipos. Es importante tener en cuenta que es
mucho más adecuado realizar el análisis con los detectores de posición
del eje con los van equipados las turbinas, en vez de hacerlo con
sensores tipo ‘acelerómetro’ que se instalan en la carcasa.
- Inspección boroscópica de álabes. Con esta tarea se comprueba el
estado de los álabes, las posibles incrustaciones que puedan haber
aparecido en la superficie de éstos y defectos en algunos de ellos, por
roces o impactos
- Apertura de cojinetes y comprobación del estado. Cambio de cojinetes si procede. La mayor parte de
los cojinetes pueden cambiarse o revisarse sin necesidad de abrir la
turbina. Esto garantiza un funcionamiento ausente de vibraciones
causadas por el mal estado de los cojinetes de apoyo y/o empuje
- Cambio de aceite, si procede (según análisis). Si es necesario se
sustituye el aceite, pero no es habitual cambiar el aceite de forma
sistemática sin haber detectado síntomas de que está en mal estado.
Esta acción evita trabajar con un aceite en mal estado y garantiza la
ausencia de problemas de lubricación
- Cambio de filtros de aceite. Esto garantiza el buen estado del aceite y la
filtración de partículas extrañas
- Inspección de la válvula de regulación de turbina. Esto garantiza el buen estado de los elementos
internos de la válvula, su correcto funcionamiento, y la comprobación
del filtro de vapor de la válvula, lo que hará que la regulación sea la
correcta, no haya problemas de sincronización ni de regulación y no
pasen elementos extraños a la turbina que puedan haber sido arrastrados
por el vapor
- Inspección del grupo hidráulico. Cambio de filtros y de aceite, si
procede
- Inspección del sistema de eliminación de vahos. El funcionamiento a vacío del depósito de aceite
garantiza que los vapores que se produzcan, especialmente los
relacionados con el agua que pueda llevar mezclado el aceite, se
eliminan. Eso ayudará a que la calidad del aceite de lubricación sea la
adecuada
- Comprobación de pares de apriete de tornillos. El apriete de los tornillos de sujeción a la
bancada y los tornillos de la carcasa, entre otros, deben ser revisado.
Esto evitará, entre otros, problemas de vibraciones debidos a un
deficiente anclaje
- Comprobación de alineación de turbina-reductor y
reductor-alternador. Se haya detectado o no en el análisis de
vibraciones, es conveniente comprobar la alineación mediante láser al
menos una vez al año. Esto evitará problemas de vibraciones
- Comprobación del estado de acoplamiento turbina reductor y reductor-alternador. La
comprobación visual de estos acoplamientos elásticos evitará entre
otros efectos la aparición de problemas de vibración
- Calibración de la instrumentación. Muchas de las señales incorrectas y medidas falsas
que provocarán un mal funcionamiento de la turbina pueden ser evitados
con una calibración sistemática de toda la instrumentación
- Inspección visual de los sellos laberínticos, por si se hubieran dañado desde la
última inspección
- Comprobación de la presión del vapor de sellos. La presión de sellos debe estar regulada a una
presión determinada, ni más ni menos. Una menor presión hará que el
vapor escape al exterior, se pierda energía y se puedan provocar
algunos daños (en algunos casos la contaminación del aceite, al entrar
ese vapor en el cojinete, que suele estar muy cerca; en otros, puede
afectar a algún sensor de medida no preparado para recibir el vapor
caliente)
- Termografía de la turbina. Esta prueba, a realizar con la
turbina en marcha, permitirá saber si se están produciendo
pérdidas de rendimiento por un deficiente aislamiento o por fugas de
vapor
- Limpieza y mantenimiento del cuadro de control. Curiosamente, muchas averías en sistemas
eléctricos y electrónicos están causados por la suciedad. Mantener los
cuadros en su correcto estado de limpieza garantiza la ausencia de
estos problemas
- Inspección del virador. El virador es un elemento
importantísimo durante las paradas. Un mal funcionamiento supondrá una
dificultad o imposibilidad de arrancar la turbina. La inspección es
sencilla y garantiza el correcto arranque tras una parada
- Prueba de potencia. Al finalizar la inspección será conveniente
comprobar las prestaciones de la turbina, especialmente la potencia
máxima que es capaz de alcanzar
- Limpieza de alternador. La limpieza interior del alternador especialmente
los que se refrigeran por aire, suelen realizarlo empresas
especializadas, con productos especiales. Garantiza la ausencia de
graves averías, como
- Verificación eléctrica del alternador. Es necesario verificar tanto el
alternador como sus protecciones. En el caso de que el personal
habitual no tenga los conocimientos oportunos es conveniente realizarlo
con empresas especializadas
- Cambio de filtros del alternador. Los filtros de aire del alternador,
especialmente en los refrigerados con aire, tienen como misión
garantizar que aire en contacto con los bobinados está limpio. La
comprobación del estado de estos filtros y su sustitución aprovechando
la parada anual suelen garantizar la ausencia de problemas en la
filtración del aire.
Fig
6 Rotor de
turbina durante una revisión
Fig 7 Cojinete
de apoyo o radial
Fig 8
Alineación por láser de turbina de vapor
PRINCIPALES
REPUESTOS
Del análisis de
las averías que puede sufrir una turbina se deduce el material que es
necesario
tener en stock para afrontar el mantenimiento. Todas las piezas que la
componen
pueden dividirse en cuatro categorías:
- Tipo A: Piezas que es necesario tener en stock en
la planta,
pues un fallo supondrá una pérdida de producción inadmisible. Este, a
su vez, es conveniente dividirlo en tres categorías:
Material que debe adquirirse necesariamente al
fabricante
del equipo. Suelen ser piezas diseñadas por el propio fabricante
Material estándar. Es la pieza incorporada por el
fabricante del equipo y que puede adquirirse en proveedores locales
Consumibles. Son aquellos elementos de duración
inferior
a un año, con una vida fácilmente predecible, de bajo coste, que
generalmente
se sustituyen sin esperar a que den síntomas de mal estado. Su fallo y
su
desatención pueden provocar graves averías.
- Tipo
B: Piezas que no es necesario tener en stock, pero que es necesario
tener localizadas. En caso de fallo, es necesario no perder
tiempo buscando proveedor o solicitando ofertas. De esa lista de piezas
que es conveniente tener localizadas deberemos conocer, pues,
proveedor, precio y plazo de entrega
- Tipo
C: Consumibles de uso habitual. Se trata de materiales que
se consumen tan a menudo que es conveniente tenerlos cerca, pues ahorra
trámites burocráticos de compra y facilita la operatividad del
mantenimiento
- Tipo
D: Piezas que no es necesario prever, pues un fallo en ellas
no supone ningún riesgo para la producción de la planta (como mucho,
supondrá un pequeño inconveniente)
En cuanto
a los criterios de selección del stok, hay que tener en cuenta cuatro
aspectos:
- Criticidad del fallo. Los fallos críticos son aquellos que, cuando
suceden, afectan a la seguridad, al medioambiente o a la producción.
Por tanto, las piezas necesarias para subsanar un fallo que afecte de
manera inadmisible a cualquiera de esos tres aspectos deben ser tenidas
en cuenta como piezas que deben integrar el stock de repuesto
- Consumo.
Tras el análisis del histórico de averías, o de la lista de elementos
adquiridos en periodos anteriores (uno o dos años), puede determinarse
que elementos se consumen habitualmente. Todos aquellos elementos que
se consuman de forma habitual y que sean de bajo coste deben
considerarse como firmes candidatos a pertenecer a la lista de repuesto
mínimo. Así, los elementos de bombas que no son críticas pero que
frecuentemente se averían, deberían estar en stock (retenes, rodetes,
cierres, etc.). Determinados elementos sensores, como termopares,
sensores de posición, presostatos, etc., que trabajan en condiciones
difíciles que por tanto sufren averías frecuentes, suelen
formar parte de este stock por su alto consumo. Por último, aquellos
consumibles de cambio frecuente (aceites, filtros) deberían
considerarse.
- Plazo
de aprovisionamiento. Algunas piezas se encuentran en stock permanente
en proveedores cercanos a la planta. Otras, en cambio, se fabrican bajo
pedido, por lo que su disponibilidad no es inmediata, e incluso, su
entrega puede demorarse meses. Eso puede suponer una alta
indisponibilidad del motor, en caso de llegar a necesitarse. Por tanto,
aquellas piezas necesarias para la reparación de un fallo no crítico
cuya entrega no sea inmediata y pueda demorarse durante meses, podría
ser interesante que en algunos casos formaran parte del almacén de
repuesto.
- Coste
de la pieza. Puesto que se trata de tener un almacén con el menor
capital inmovilizado posible, el precio de las piezas formará parte de
la decisión sobre el stock de las mismas. Aquellas piezas de gran
precio (grandes ejes, coronas de gran tamaño, equipos muy especiales)
no deberían mantenerse en stock en la planta, y en cambio, deberían
estar sujetas a un sistema de mantenimiento predictivo eficaz. Para
estas piezas también debe preverse la posibilidad de compartirse entre
varias plantas. Algunos fabricantes motores ofrecen este interesante
servicio.
Teniendo en
cuenta todo esto, las piezas que suelen mantenerse en stock para
afrontar el
mantenimiento de una turbina de vapor son los siguientes:
Descripción
del repuesto habitual para turbinas de vapor
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Juego de cojinetes radiales y axiales
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Tarjetas de entradas/salidas del sistema de control
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Sellos de carbón (si los tiene)
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Válvula de admisión: elementos internos de la
válvula, set completo + filtro de vapor
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Instrumentación:
- Sensores de velocidad y posición (pick-up)
- Sensores de temperatura y termopares
- Sensores de presión
- Transmisores
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Manómetros y termómetros visuales
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Filtros de aceite y aire
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Filtros de aire del alternador
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Válvulas manuales y trampas de vapor
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