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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