FR3018561A1 - Procede de controle du fonctionnement de vannes d'un dispositif d'alimentation en gaz de turbine a gaz - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un procédé de contrôle du fonctionnement d'au moins une vanne (5,6) d'un dispositif d'alimentation en gaz d'une turbine à gaz (3), le dispositif comprenant sur un conduit d'alimentation en gaz (8) une première vanne (5) reliée en série à un ensemble d'une ou plusieurs deuxièmes vannes (6) disposées en parallèle, chaque deuxième vanne (6) étant reliée à au moins une chambre de combustion (2) de la turbine à gaz (3), le dispositif comprenant en outre des moyens de contrôle (7) du fonctionnement de chaque première (5) et deuxième vanne (6), caractérisé en ce que le procédé comprend : - une étape d'ouverture de vannes comprenant une ouverture partielle de la première vanne (5) et d'au moins une deuxième vanne (6), le degré d'ouverture de chaque vanne (5,6) étant réglé de manière à contrôler le débit massique total de gaz issu de l'ensemble de deuxièmes vannes (6), étape pendant laquelle les moyens de contrôle (7) contrôlent le fonctionnement de la première vanne (5) et/ou d'au moins une deuxième vanne (6).
Description
PROCEDE DE CONTROLE DU FONCTIONNEMENT DE VANNES D'UN DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN GAZ DE TURBINE A GAZ La présente invention a pour objet un procédé de contrôle du fonctionnement d'au moins une vanne d'un dispositif d'alimentation en gaz d'une turbine à gaz, en particulier un procédé permettant des tests de course partielle. Elle a également pour objet un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé. Les tests de course partielle (PST pour « partial stroke test » en langue anglaise) permettent de détecter des défaillances d'une vanne telles qu'un grippage ou un blocage mécanique de la vanne. Ces tests permettent d'espacer les tests complets des vannes, en augmentant la durée entre les arrêts de maintenance. Des tests de course partielle pour les vannes sont par exemple décrits dans les documents US 8,579,252 et US 7,079,021. Les systèmes d'alimentation en gaz utilisés dans les procédés industriels, et notamment les systèmes d'alimentation en combustible gazeux pour des turbine à gaz, sont munis de dispositifs permettant d'arrêter d'urgence l'alimentation en gaz afin d'assurer la sécurité et/ou la maintenance des installations. Les dispositifs d'arrêt sont généralement des vannes d'isolation à fermeture rapide qui restent ouvertes en fonctionnement normal ou sous contrôle.
Toutefois, des tests réguliers sur ces vannes d'isolation sont nécessaires, car les vannes ont tendance à se gripper voire se bloquer, ce qui représente un problème de fiabilité du système en cas d'arrêt d'urgence. Il est ainsi connu de tester les vannes d'isolation afin de vérifier leur fonctionnement sans pour autant réaliser une fermeture complète qui risquerait de couper complètement le système d'alimentation. Des tests en ligne sur chaque vanne d'isolation ont été aussi proposés afin d'éviter une coupure complète du réseau d'alimentation en gaz. On connaît par exemple un système de test de fermeture partiel sur les vannes d'isolation, la course de la vanne étant positionnée dans une position intermédiaire prédéterminée entre la position normale et la position d'arrêt d'urgence. Le système peut comprendre des moyens pour détecter une perte de signal électrique de commande de la vanne et un moyen pour détecter un fonctionnement correct de la vanne comme la mesure de la pression du fluide qui commande l'actionneur. Ainsi, il est bien connu que les vannes d'arrêt d'urgence peuvent être actionnées jusqu'à une course partielle comme garantie contre le blocage de vannes, et ceci reste un moyen simple, sûr et fiable pour tester ces vannes sans nuire à l'alimentation en gaz. Par ailleurs, le mouvement imposé lors du test de la vanne permet d'éviter le grippage de la vanne, ce qui permet de diminuer la probabilité d'un dysfonctionnement en cas d'arrêt d'urgence. Cette approche permet également d'améliorer la sécurité de l'opération. Il est par ailleurs connu du document US 2012/0310582 un procédé pour réaliser un test de course partielle en ligne pour une vanne d'isolation. Le système d'alimentation en gaz utilise en plus de la vanne d'isolation une deuxième vanne de régulation et d'isolation. Le système comprend une tuyauterie de dérivation, pour contourner la vanne, afin de réaliser un test de fermeture complète de celle-ci sans perturber l'alimentation en gaz. En effet, la fermeture partielle en ligne peut provoquer des phénomènes transitoires, ce qui crée des perturbations en amont du ou des injecteurs des chambres de combustion de la turbine à gaz, ces perturbations pouvant perturber le niveau de puissance de la turbine. La présente invention a pour objet un procédé de test de course partielle permettant de s'affranchir des problèmes ci-dessus et notamment 25 éviter l'utilisation d'une tuyauterie de dérivation tout en contrôlant la puissance de la turbine. L'invention a ainsi pour objet un procédé de contrôle du fonctionnement d'au moins une vanne d'un dispositif d'alimentation en gaz d'une turbine à gaz, le dispositif comprenant sur un conduit d'alimentation en 30 gaz une première vanne reliée en série à un ensemble d'une ou plusieurs deuxièmes vannes disposées en parallèle, chaque deuxième vanne étant reliée à au moins une chambre de combustion de la turbine à gaz, et notamment à des injecteurs dans chaque chambre de combustion de la turbine à gaz, le dispositif comprenant en outre des moyens de contrôle du fonctionnement de chaque première et deuxième vanne. Le procédé selon l'invention comprend : - une étape d'ouverture de vannes comprenant une ouverture partielle de la première vanne et d'au moins une deuxième vanne, le degré d'ouverture de chaque vanne étant réglé de manière à contrôler le débit massique total de gaz issu de l'ensemble de deuxièmes vannes, étape pendant laquelle les moyens de contrôle contrôlent le fonctionnement de la première vanne et/ou d'au moins une deuxième vanne.
Ainsi, le réglage spécifique permettant de régler le débit massique de gaz introduit par les injecteurs dans les chambres de combustion de la turbine, et donc de régler la puissance de la turbine, permet de maintenir en position d'ouverture partielle la première et les deuxièmes vannes, et ainsi de pouvoir les tester simultanément, sans que la puissance de la turbine en soit affectée.
Le procédé permet également de s'affranchir de la présence de circuits de dérivation, ce qui simplifie le dispositif. Le degré d'ouverture de chaque vanne peut être réglé de manière à ce que le débit massique total de gaz issu de l'ensemble de deuxièmes vannes soit compris entre une valeur inférieure prédéterminée et une valeur supérieure prédéterminée, et soit en particulier égal à une valeur constante prédéterminée. Au début de l'étape d'ouverture de vannes, le degré d'ouverture de la première vanne peut être diminué, de manière à diminuer la pression dans le conduit situé entre la première vanne et la ou les deuxièmes vannes, tandis que le degré d'ouverture de chaque deuxième vanne peut être augmenté. En effet, en fonctionnement normal, avant le début du procédé, les deuxièmes vannes peuvent ne pas être complètement ouvertes, ce qui permet d'augmenter leur degré d'ouverture pendant le procédé. L'évolution du degré d'ouverture de la première vanne en fonction du 30 temps peut comprendre une première phase de diminution, puis une deuxième phase stationnaire suivie d'une troisième phase d'augmentation.
L'évolution du degré d'ouverture de chaque deuxième vanne en fonction du temps peut comprendre une première phase d'augmentation, puis une deuxième phase stationnaire suivie d'une troisième phase de diminution. Les moyens de contrôle du fonctionnement de chaque première et 5 deuxième vanne peuvent être aptes à déterminer si la vanne est grippée et/ou bloquée. L'invention a également pour objet un dispositif d'alimentation en gaz d'une turbine à gaz, permettant la mise en oeuvre d'un procédé décrit ci-dessus. 10 Le dispositif comprend sur un conduit d'alimentation en gaz une première vanne reliée en série à un ensemble d'une ou plusieurs deuxièmes vannes disposées en parallèle, chaque deuxième vanne étant reliée à au moins une chambre de combustion de la turbine à gaz, notamment via des injecteurs de la turbine à gaz, le dispositif comprenant en outre des moyens de contrôle 15 du fonctionnement de chaque première et deuxième vanne, et des moyens de commande aptes à commander une ouverture partielle de la première vanne et d'au moins une deuxième vanne, les moyens de commande étant aptes à régler le degré d'ouverture de chaque vanne de manière à contrôler le débit massique total de gaz issu de l'ensemble de deuxièmes vannes, les moyens de 20 contrôle étant aptes à contrôler le fonctionnement de la première vanne et/ou d'au moins une deuxième vanne lors de l'ouverture partielle de ces vannes. Le degré d'ouverture de chaque vanne peut être réglé de manière à ce que le débit volumique total de gaz issu de l'ensemble de deuxièmes vannes soit égal à une valeur constante prédéterminée. 25 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un dispositif de mise en oeuvre 30 du procédé selon l'invention, et - la figure 2 est un diagramme utile à la compréhension de l'invention. Tel qu'illustré à la figure 1, une turbine à gaz 3 est alimentée en gaz à l'aide d'un dispositif d'alimentation en gaz.
Un compresseur 1, constitué d'un ensemble d'ailettes fixes (stator) et mobiles (rotor), comprime de l'air extérieur. Du combustible gazeux est injecté dans une ou plusieurs chambres de combustion 2 via des injecteurs, non représentés, où il se mélange à l'air comprimé pour entretenir une combustion continue. Les gaz chauds se détendent en traversant la turbine 3, où l'énergie thermique et cinétique des gaz chauds est transformée en énergie mécanique. La turbine 3 est constituée d'une ou plusieurs roues également munies d'ailettes précédées d'aubages fixes. Le mouvement de rotation de la turbine 3 est communiqué à un arbre qui actionne d'une part le compresseur 1, d'autre part un générateur 4, typiquement un alternateur. Le dispositif d'alimentation en gaz comprend un conduit 8 d'alimentation en gaz sur lequel est disposée une première vanne 5. La première vanne 5 est typiquement une vanne SRV (« Stop Speed/Ratio Valve » en langue anglaise). Elle est destinée à arrêter en urgence l'alimentation en gaz de la turbine 3, et à réguler le débit massique de gaz de manière à par exemple assurer une pression nommée P2 qui est constante dans le conduit 9 en aval de la vanne 5. Sur le conduit 9 est disposé un ensemble d'une ou plusieurs deuxièmes vannes 6 montées en parallèle. Les deuxièmes vannes 6 sont typiquement des vannes GCV (« Gas Control Valve » en langue anglaise), et sont destinées à commander directement la charge (puissance) de la turbine 3, indépendamment de la pression d'alimentation en gaz, car la pression P2 en amont des deuxièmes vannes 6 est constante et est contrôlée par l'ouverture de la première vanne 5. Pour réduire les émissions d'oxydes d'azote et de monoxyde de carbone, on utilise de préférence plusieurs deuxièmes vannes 6. Le dispositif d'alimentation en gaz comprend en outre un système de commande 7 de l'ouverture des vannes 5,6. Le système de commande 7 permet également de contrôler le fonctionnement des vannes 5,6, en particulier pour vérifier que les vannes 5,6 s'ouvrent bien et ne sont pas grippées. En effet, le système de commande 7 reçoit un signal correspondant à la position de la course de la vanne. La vérification de la course de la vanne se fait par mesure continue durant le test de position d'ouverture de la vanne.
Un signal est envoyé au système de commande 7 lorsque la position finale de la vanne est différente de la valeur prédéterminée définie par le test. Un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention va maintenant être décrit en liaison avec la figure 2.
La figure 2 illustre, d'une part, l'évolution en fonction du temps du degré d'ouverture D5 de la première vanne 5 et du degré d'ouverture D6 de chaque deuxième vanne 6, et d'autre part l'évolution en fonction du temps de la pression dans le conduit 9. Au début du procédé, le système de commande 7 commande une baisse de la pression de référence dans le conduit 9. Pour ce faire, la première vanne 5 est fermée partiellement et les deuxièmes vannes 6 sont ouvertes partiellement, de manière à maintenir la puissance de la turbine au même niveau par une conservation du débit massique de gaz. L'augmentation et la diminution du degré d'ouverture des vannes 5,6 en fonction du temps peuvent être linéaires. Durant une deuxième phase, le degré d'ouverture D5 de la première vanne 5 et le degré d'ouverture D6 des deuxièmes vannes 6 peut être constant. Enfin, dans une troisième phase, le système de commande 7 commande une augmentation de la pression dans le conduit 9 de manière à ce qu'elle retrouve sa valeur initiale P2.
Pendant le fonctionnement normal du dispositif d'alimentation en gaz, c'est-à-dire en dehors du procédé selon l'invention, la pression P2 dans le conduit 9, entre la première vanne 5 et les deuxièmes vannes 6, a une valeur constante prédéterminée et cette valeur imposée détermine le degré d'ouverture de la première vanne 5.
Lors du procédé, la valeur de pression est modifiée de manière à atteindre une valeur P2'. Le degré d'ouverture D5 de la première vanne 5 varie avec le temps avec une pente lente pour ne pas créer des phénomènes transitoires nuisant. Le système de commande modifie aussi les ouvertures des deuxièmes vannes 6 pour conserver la puissance initiale de la turbine. A la fin du test la pression dans le conduit 9 est de nouveau égale à la valeur initiale P2.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle du fonctionnement d'au moins une vanne (5,6) d'un dispositif d'alimentation en gaz d'une turbine à gaz (3), le dispositif comprenant sur un conduit d'alimentation en gaz (8) une première vanne (5) reliée en série à un ensemble d'une ou plusieurs deuxièmes vannes (6) disposées en parallèle, chaque deuxième vanne (6) étant reliée à au moins une chambre de combustion (2) de la turbine à gaz (3), le dispositif comprenant en outre des moyens de contrôle (7) du fonctionnement de chaque première (5) et deuxième vanne (6), caractérisé en ce que le procédé comprend : - une étape d'ouverture de vannes comprenant une ouverture partielle de la première vanne (5) et d'au moins une deuxième vanne (6), le degré d'ouverture de chaque vanne (5,6) étant réglé de manière à contrôler le débit massique total de gaz issu de l'ensemble de deuxièmes vannes (6), étape pendant laquelle les moyens de contrôle (7) contrôlent le fonctionnement de la première vanne (5) et/ou d'au moins une deuxième vanne (6).
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le degré d'ouverture (D5,D6) de chaque vanne (5,6) est réglé de manière à ce que le débit massique total de gaz issu de l'ensemble de deuxièmes vannes (6) soit égal à une valeur constante prédéterminée.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, au début de l'étape d'ouverture de vannes, le degré d'ouverture (D5) de la première vanne (5) est diminué, de manière à diminuer la pression dans le conduit (9) situé entre la première vanne (5) et la ou les deuxièmes vannes (6), tandis que le degré d'ouverture (D6) de chaque deuxième vanne (6) est augmenté.
- 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'évolution du degré d'ouverture de la première vanne (5) en fonction du tempscomprend une première phase de diminution, puis une deuxième phase stationnaire suivie d'une troisième phase d'augmentation.
- 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'évolution du degré d'ouverture (D6) de chaque deuxième vanne (6) en fonction du temps comprend une première phase d'augmentation, puis une deuxième phase stationnaire suivie d'une troisième phase de diminution.
- 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (7) du fonctionnement de chaque première (5) et deuxième vanne (6) sont aptes à déterminer si la vanne (5,6) est grippée et/ou bloquée.
- 7. Dispositif d'alimentation en gaz d'une turbine à gaz (3), permettant la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend sur un conduit d'alimentation en gaz (8) une première vanne (5) reliée en série à un ensemble d'une ou plusieurs deuxièmes vannes (6) disposées en parallèle, chaque deuxième vanne (6) étant reliée à au moins une chambre de combustion (2) de la turbine à gaz (3), le dispositif comprenant en outre des moyens de contrôle (7) du fonctionnement de chaque première (5) et deuxième vanne (6), et des moyens de commande (7) aptes à commander une ouverture partielle de la première vanne (5) et d'au moins une deuxième vanne (6), les moyens de commande (7) étant aptes à régler le degré d'ouverture (D5,D6) de chaque vanne (5,6) de manière à contrôler le débit massique total de gaz issu de l'ensemble de deuxièmes vannes (6), les moyens de contrôle (7) étant aptes à contrôler le fonctionnement de la première vanne (5) et/ou d'au moins une deuxième vanne (6) lors de l'ouverture partielle de ces vannes (5,6).
- 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le degré d'ouverture (D5,D6) de chaque vanne (5,6) est réglé de manière à ceque le débit volumique total de gaz issu de l'ensemble de deuxièmes vannes (6) soit égal à une valeur constante prédéterminée.
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