5/4/2021 Teknologi Terbaru untuk Turbin Uap Halaman 1 Teknologi Terbaru untuk Turbin Uap Kenji Nakamura † Takahiro Tabei † Tetsu Takano † ABSTRAK Menanggapi masalah lingkungan global, efisiensi yang lebih tinggi dan peningkatan keandalan operasional semakin meningkat diminta untuk turbin uap, peralatan penting untuk pembangkit listrik termal. Dengan meningkatkan suhu tekanan dan tekanan dari kondisi operasi turbin uap, pembangkit listrik yang lebih efisien terwujud, dan teratur untuk merealisasikan turbin yang diterapkan dengan kondisi temperatur lebih tinggi 700 C di masa mendatang, Fuji Electric berpartisipasi dalam pengembangan pembangkit listrik canggih ultra-superkritis canggih yang disponsori METI, dan sedang mengevaluasi serta memverifikasi keandalan bahan yang digunakan untuk katup suhu tinggi. Selain itu, untuk turbin uap panas bumi, Fuji telah pelapis permukaan berpelapis dan teknologi lain untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi guna meningkatkan keandalan. Fuji juga bergerak maju dengan pengembangan turbin pembangkit listrik tenaga panas bumi yang menggunakan titik didih rendah titik medium. 1. Perkenalan Dalam beberapa tahun terakhir, tindakan lingkungan seperti 2. Peningkatan Efisiensi Melalui Pemanfaatan Uap Bertekanan Tinggi Suhu Tinggi Kondisi untuk mengurangi emisi CO 2 telah diterapkan pada skala global. Permintaan untuk tenaga panas yang lebih efisien er juga meningkat dari sebelumnya. Efisiensi yang lebih tinggi juga dibutuhkan turbin uap, yang merupakan ma- 2.1 Teknologi material suhu tinggi untuk komponen utama ponents Kenaikan harga energi jangka panjang dan meningkat ture teknologi konversi energi. Peningkatan keandalan kesadaran akan masalah lingkungan, ditambah dengan CO 2 ity, pengoperasian dan kemudahan perawatan diminta pembatasan emisi, adalah faktor-faktor yang mendorong secara bersamaan untuk memastikan kelanjutan panjang- efisiensi termal pabrik. Turbin baru cenderung pasokan jangka waktu yang stabil. untuk menggunakan suhu tinggi dan tekanan tinggi con- Untuk meningkatkan suhu dan suhu uap masuk selokan. Dalam turbin berkapasitas besar saat ini menjadi- membuktikan efisiensi secara signifikan di seluruh pabrik, Fuji diproduksi, kondisi uap 25MPa (abs) Listrik bekerja untuk mengembangkan material yang dimilikinya tekanan uap utama, suhu uap utama 600 ° C, kekuatan yang lebih tinggi, umur lebih panjang, dan mampu dengan- Suhu steam reheat 620 ° C telah menjadi penggunaan berdiri di uap suhu lebih tinggi daripada di aliran. masa lalu, dan juga mengembangkan teknologi aplikasi- Gambar 1 menunjukkan material bersuhu tinggi ogy. Sedangkan untuk meningkatkan efisiensi steam teknologi yang digunakan dalam komponen utama sebuah perusahaan besar turbin itu sendiri, Fuji Electric juga mengembangkan dan kapasitas turbin uap, dan item ini dijelaskan mercializing teknologi baru untuk baris bilah turbin secara detail di bawah. dan area segel uap yang memiliki efek besar pada ef- (1) Pengembangan bahan untuk suhu tinggi ficiency. turbin Fuji Electric tidak hanya memproduksi Dalam mengejar suhu yang lebih tinggi, keandalan yang tinggi turbin uap nasional, tetapi, di bidang pembaharuan kemampuan dapat dipastikan dengan menggunakan material tingkat lanjut mampu energi panas bumi, juga diproduksi memiliki karakteristik creep suhu tinggi yang sangat baik- dan mengirimkan lebih dari 60 turbin panas bumi tics, tanpa mengubah struktur turbin dasar. Di selama periode hampir 50 tahun, dimulai dengan khususnya, dalam pembangkit listrik tenaga uap kelas 600 hingga 620 ° C, pembangunan tenaga panas bumi praktis baja canggih 12% Cr digunakan pada rotor (Gbr. 2), a pabrik pada tahun 1960. Saat ini, Fuji Electric diperhitungkan- komponen utama, dan sebagai bahan casing (Gbr. 3). ed di antara pabrikan top dunia. Ini (2) Pengelasan overlay kertas juga memperkenalkan teknologi di bidang ini. Rotor yang terbuat dari baja Cr 12% digunakan di rotor tekanan tinggi dan tekanan menengah itu https://translate.googleusercontent.com/translate_f 1/7 5/4/2021 Teknologi Terbaru untuk Turbin Uap membutuhkan kekuatan suhu tinggi. Berikut ini alasan, bagaimanapun, rotor ini memiliki karakter gesekan yang burukacteristics dibandingkan dengan rotor baja rendah-Cr. (a) Konduktivitas termal rendah. (b) Film oksida sulit terbentuk di permukaan. † Grup Solusi Energi, Fuji Electric Systems Co., Ltd. 123 Halaman 2 Gbr. 1 Teknologi material suhu tinggi untuk turbin uap berkapasitas besar Casing eksternal bertekanan tinggi Casing internal bertekanan tinggi Casing internal bertekanan menengah Rotor bertekanan menengah menggunakan baja Cr 12% canggih menggunakan baja Cr 12% canggih menggunakan baja Cr 12% canggih menggunakan baja Cr 12% canggih Tahap pertama bertekanan tinggi pisau stasioner menggunakan struktur dengan perisai cincin terpasang Rotor bertekanan tinggi menggunakan lanjutan 12% Baja Cr Pengelasan overlay Pengelasan overlay Pengelasan overlay gema T Pencipta Energi : Isu Tekanan menengah pisau stasioner tahap pertama menggunakan struktur dengan perisai cincin terpasang dan pendinginan pusaran Turbin bertekanan tinggi Turbin tekanan menengah Gbr.2 Prototipe rotor sedang dibangun Turbin bertekanan rendah Gbr.3 Selubung internal bertekanan sedang dalam konstruksi turbin tekanan makan, pisau stasioner dengan perisai ring digunakan sehingga uap masuk suhu tinggi tidak melakukan kontak langsung dengan permukaan rotor. Steam suhu rendah, setelah melewati blade stasioner tahap awal, mengalir menuju rotor permukaan sehingga permukaan rotor dipertahankan pada tingkat yang rendah suhu dan peningkatan konsumsi kehidupan creep (c) Senyawa berkarbonisasi dibentuk dengan mudah dari karbon dalam minyak pelumas dan Cr. Sebagai tindakan penanggulangan, baja Cr rendah di-overlay-las- ditekan. (4) Pendinginan pusaran (Gbr.4) Pada tahap pertama dari interme- tipe aliran ganda ed ke permukaan rotor di area jurnal, dorong turbin tekanan diate, sebagian dari steam reheat area kerah dan area lintasan bantalan dari saluran masuk aliran uap tangensial terbuka ke pelindung https://translate.googleusercontent.com/translate_f 2/7 5/4/2021 Teknologi Terbaru untuk Turbin Uap alas, dan konten Cr di lapisan permukaan rotor cincin membentuk aliran berputar-putar dan dibuang, dan vor- diatur ke jumlah yang setara dengan 1% Cr baja ke pendinginan tex digunakan untuk mendinginkan permukaan rotor. Di antar mencegah kerusakan pada poros dari luka bakar atau gesekan. turbin tekanan menengah, pendinginan pusaran gabungan (3) Pisau stasioner dengan cincin pelindung (Gbr.4) dengan cincin pelindung tersebut mencegah rotor Pada tahap pertama tekanan tinggi dan menengah permukaan dari mencapai suhu tinggi dan sup- 124 Teknologi Terbaru untuk Turbin Uap Halaman 3 menekan peningkatan konsumsi kehidupan creep. suhu 700 ° C atau lebih tinggi dan tekanan uap 24.1 MPa atau lebih tinggi harus dikembangkan. Untuk mengembangkan ini teknologi unsur, pada tahun 2008, Kementerian Jepang 2.2 Pengembangan teknis unsur untuk kelas 700 ° C katup suhu tinggi Ekonomi, Perdagangan dan Industri memulai proyek pendanaan Untuk aplikasi praktis dari ultra-canggih hibah terkait dengan pengembangan elemen praktis pembangkit tenaga termal tekanan superkritis (A-USC) teknologi tal untuk pembangkit listrik termal A-USC. teknologi erasi, dengan efisiensi termal Fuji Electric sedang bekerja untuk mengembangkan suhu tinggi diharapkan secara dramatis lebih tinggi daripada konvensional teknologi elemen katup, salah satu item untuk teknik- pembangkit listrik berbahan bakar batubara, boiler berkapasitas besar pengembangan kal dalam proyek bantuan hibah ini. sistem turbin untuk digunakan dalam industri tenaga dan ca- (1) Tinjauan pengembangan teknis unsur pable menahan kondisi steam dari steam Katup suhu tinggi dipasang di saluran masuk ke turbin uap, dan memainkan peran penting dalam operasi erasi terkait dengan pengoperasian dan penghentian yang aman Gbr.4 Blade stasioner dengan cincin pelindung dan pendinginan pusaran pada saluran masuk turbin tekanan menengah turbin uap, yaitu pengatur aliran uap dan keadaan darurat shutdown ketika perangkat proteksi telah diaktifkaned, dan harus sangat andal setiap saat. Karena terkena uap suhu tinggi, maka bagian geser diproses dengan pengerasan permukaan Perlengkapan tulis Pedang Gbr.5 Penguji keausan suhu tinggi Cincin pelindung SEBUAH Aliran uap masuk (b) Tampilan yang diperbesar dari cincin perisai Aliran pusaran Rotor Rotor SEBUAH (c) Pendinginan pusaran (Penampang AA) (a) Tahap pertama tekanan menengah turbin Gbr.6 Jadwal pengembangan A-USC Desain sistem, pengembangan teknologi desain 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 (H20) (H21) (H22) (H23) (H24) (H25) (H26) (H27) (H28) Desain dasar, Pengoptimalan tata letak, Perhitungan kelayakan ekonomi Pengembangan material baru untuk pipa berdiameter besar dan tabung penukar panas, Perbaikan material Pengembangan material Uji material jangka panjang suhu tinggi (30.000 hingga 70.000 jam) Ketel Verifikasi bahan Pengembangan & pengujian teknologi pengelasan, uji Bending manufakturabilitas Perbaikan material perencanaan spesifikasi, dll. Pengembangan material Pembuatan prototipe komponen ukuran sebenarnya Teknologi pengelasan besar dan fabrikasi prototipe untuk rotor, casing, dll., Turbin https://translate.googleusercontent.com/translate_f 3/7 5/4/2021 Teknologi Terbaru untuk Turbin Uap Uji material jangka panjang suhu tinggi (30.000 hingga 70.000 jam) Perkembangan unsur Struktural, elemental & pengembangan material Pembuatan prototipe Desain percobaan Katup suhu tinggi Komponen boiler & uji turbin kecil (termasuk katup suhu tinggi) Peralatan perencanaan Manufaktur peralatan, Manufaktur peralatan Tes, Evaluasi Instalasi 125 Vol. 56 No. 4 TINJAUAN LISTRIK FUJI Halaman 4 pengobatan yang menghasilkan skala teroksidasi ulang yang sangat baik memasukkan beban pada setiap tahap bilah LP, dan sistance, wear resistance, seizing resistance and slid- mengurangi jumlah tahapan turbin ing resistensi. Di pabrik A-USC bersuhu tinggi lingkungan dimana temperatur steam adalah 700 ° C atau lebih tinggi, dengan mempertimbangkan kekuatan material, nikelpaduan berbasis harus digunakan sebagai bahan utama. Itu pisau (c) Keandalan tinggi berdasarkan bekas operasi ekstensif pengalaman dengan pisau generasi sebelumnya Apalagi penerapan seri ini canggih karakteristik gesekan dan oksida suhu tinggi- pisau LP kecil untuk turbin panas bumi dipertimbangkan karakteristik tion paduan berbasis nikel dan permukaan- ered selama tahap perencanaan, dan sebagai tambahan pada bahan konvensional yang mengeras belum karakteristik yang disebutkan di atas, karakter berikut- diklarifikasi. teristik juga disediakan. Fuji Electric telah membuat keausan suhu tinggi tester (Gbr. 5), dan dengan mengukur jumlah keausan, telah memverifikasi ketahanan aus dan gesekan yang dievaluasi karakteristik. Selain itu, pengujian oksidasi uap sedang dipertimbangkan untuk mengevaluasi resistensi terhadap oxiskala dized. Berdasarkan hasil dari setiap uji verifikasi, material dipilih untuk bagian geser dan kedap udara bagian, dan langkah ini mengarah ke desain celah (a) Keandalan tinggi sebagai hasil dari pemilihan bahan dan desain kekuatan untuk lingkungan yang korosif gema (b) Penggunaan akar sederhana berbentuk T terbalik pada semua stages untuk mencegah penurunan kekuatan dan kepercayaan kemampuan karena konsentrasi stres (c) Efisiensi yang lebih tinggi dengan memasang selubung ke semua tahapan untuk mengurangi kehilangan kebocoran di ujung blade Gambar 7 menunjukkan sebuah rotor menggunakan blade 555 mm, yang merupakan pisau ukuran terbesar dalam seri ini. T Pencipta Energi : Isu (clearance) di setiap bagian geser. (2) Jadwal pengembangan Dalam perkembangan ini, sebagai hibah nasional Jepang- 3.2 Teknologi segel Untuk meningkatkan kinerja turbin uap, di proyek bantuan, turbin dan boiler Jepang domestik Selain pengembangan bilah turbin tersebut di atas produsen bergabung dengan lembaga penelitian ment, pengembangan teknis untuk meningkatkan efisiensi dan dimulai pada tahun fiskal 2008 untuk memajukan elemental juga dibutuhkan. pengembangan teknologi, pengembangan material dan desain sistem sesuai jadwal yang ditunjukkan pada Gambar. 6. Fuji Electric bertanggung jawab untuk mengkonsolidasikan pengembangan- Gbr.7 Rotor menggunakan blade 555 mm (selama implementasi uji getaran rotasi) katup suhu tinggi dan rencana untuk membangun katup saluran masuk ukuran penuh dan, mulai tahun 2013, untuk memverifikasi fungsinya dalam kondisi uap itu sama dengan kondisi sebenarnya dengan melakukan boiler komponen dan uji turbin kecil. 3. Peningkatan Efisiensi Melalui Pengembangan Teknologi Elemental 3.1 Pisau LP kecil yang canggih Dengan menerapkan teknik desain untuk mahir bilah tekanan rendah (LP) dikembangkan untuk tujuan umum turbin uap ukuran besar dengan desain bilah LP dengan panjang 560 mm atau kurang, serangkaian efisiensi tinggi pisau LP kecil yang bertujuan untuk meningkatkan kinerja telah dikembangkan secara signifikan (Tabel 1). Gbr.8 Lokasi di mana teknologi segel diterapkan Fitur utama rangkaian iklan Fuji Electric Segel ujung pisau pisau LP kecil vanced adalah sebagai berikut. (a) Efisiensi yang lebih tinggi dari desain yang menggunakan Segel ujung poros teknologi CFD (computational fluid dynamics) terbaru nologi (b) Realisasi ukuran yang lebih kompak dengan https://translate.googleusercontent.com/translate_f 4/7 5/4/2021 Teknologi Terbaru untuk Turbin Uap Rotor Tabel 1 Seri pisau LP kecil efisiensi tinggi Penggunaan 50 Hz (luas lingkaran nominal) Penggunaan 60 Hz (luas lingkaran nominal) Pisau 555 mm (3,2 m 2 ) Pisau 462 mm (2,2 m 2 ) Pisau 487 mm (2,5 m 2 ) Pisau 406 mm (1,7 m 2 ) Pisau 348 mm (1,6 m 2 ) Pisau 290 mm (1,1 m 2 ) 126 Teknologi Terbaru untuk Turbin Uap Halaman 5 Jarak harus disediakan antara putaran tion. badan dan benda diam dalam turbin uap sehingga, Uji verifikasi perakitan, ketahanan aus di semua zona operasi, yaitu startup, normal pengujian dan pengujian karakteristik kebocoran telah dilakukan. operasi dan penghentian, berputar dan stasioner selesai, dan segel sikat mulai digunakan tubuh tidak akan saling menghubungi. Akibatnya, file turbin uap di pembangkit listrik di Jepang. jarak harus lebih besar dari yang disyaratkan untuk normal (2) Lapisan abrasif operasi, dan ini telah menjadi faktor pembatas untuk im- Lapisan abrasif adalah lapisan yang diterapkan pada bahan membuktikan efisiensi. Dengan menerapkan teknologi segel berikut- chining metal pada permukaan bagian dalam sisi stasioner nologinya, jumlah kebocoran steam pada steam yang menghadap sirip segel dari sisi yang berputar dari bilahnya ujung bilah turbin dan pada segel ujung poros berkurang, area segel tip dan ujung poros. Gambar 10 menunjukkan skema efisiensi ditingkatkan dan keandalan selama operasi diagram matic dari kelenjar pengepakan yang abrad- dipastikan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. lapisan yang mampu telah diterapkan. Lapisan yang mudah terurai (1) Segel sikat mengurangi efek kontak dengan sirip segel selama pengoperasian turbin uap. Apalagi karena Segel sikat adalah agregasi tahan aus kabel dipasang di sisi stasioner dari area segel. segel sirip memotong ke bahan pelapis pada kontak, itu Gambar 9 menunjukkan contoh terverifikasi di mana sebagian jarak optimal dan minimum dapat terbentuk selama sirip segel dari area segel ujung poros telah diganti operasi. dengan segel kuas. Dengan kabel segel sikat, Karakteristik keausan akibat kontak efek dari kontak dengan tubuh yang berputar jauh uji antara bahan pelapis dan sirip segel lebih kecil dari pada kasus sirip segel konvensional, dan telah diverifikasi, dan lapisan yang dapat terurai akan digunakan di jarak minimum dapat dipertahankan selama operasi aplikasi praktis pada 2010. Gbr.9 Segel sikat 4. Pemanfaatan Energi Terbarukan Energi panas bumi adalah energi bersih yang terbarukan sumber, dan pemanfaatannya diharapkan meningkat di masa depan untuk membantu pencegahan pemanasan global. 4.1 Turbin panas bumi Sirip segel (konvensional) Uap panas bumi mengandung berbagai zat korosif zat kimia seperti klorida, sulfat, hidrogen sulfida dan karbon dioksida. Bahkan setelah panas bumi steam diproses dengan separator (steam separator) dan flasher (evaporator vakum) untuk menghilangkan subsikap, jumlah komponen korosif yang terkandung Rotor dalam uap memasuki turbin adalah 100 sampai 1.000 kali turbin uap konvensional. Teknologi untuk Memegang cincin meningkatkan ketahanan terhadap jenis korosi seperti itu secara keseluruhan Segel sikat korosi permukaan komponen, retak korosi teganganing (SCC), kelelahan korosi, korosi erosi dan Gbr.10 Lapisan abrasif Gbr.11 Penerapan lapisan semprotan termal ke rotor Kelenjar pengepakan (sisi stasioner) Tidak ada lapisan (konvensional) https://translate.googleusercontent.com/translate_f Lapisan 5/7 5/4/2021 Teknologi Terbaru untuk Turbin Uap Sirip segel Rotor Izin minimum 127 Vol. 56 No. 4 TINJAUAN LISTRIK FUJI Halaman 6 seperti dibutuhkan. Sebagai teknik utama pengalamatan masalah ini, pelapisan dan teknik peening shot miliki Gbr.12 Konsep sistem pembangkit listrik biner panas bumidiagram tion telah dikembangkan. (1) Teknologi pelapisan Coating adalah teknik penyemprotan termal lapisan diterapkan ke permukaan komponen secara berurutan Kerja uap untuk membatasi seluruh permukaan korosi dan korosi-korosi Turbin komponen, seperti rotor dan stasioner Generator Evaporator pemegang pisau, yang terkena sangat korosif aliran uap panas bumi (Gbr. 11). Pengujian dasar di laboratorium dan pengujian korosi di situs panas bumi telah dilakukan, dan pelapisan teknologi untuk mengaplikasikan semprotan termal berbasis WC-CoCr Panas bumi cairan Air panas (rendah Kerja cairan suhu) material dengan bahan bakar HVOF (High Velocity Oxy-Fuel) Pompa sirkulasi gema Kondensator semprotan mal telah terbentuk dan sedang diterapkan turbin aktual sebagai teknik yang Kukus dengan baik Injeksi ulang dengan baik ketahanan rosion dan ketahanan korosi erosi. (2) Teknologi tembakan peening Teknologi shoot peening telah dikembangkan dan Isu diterapkan ke turbin sebenarnya. Dengan shot peening, tinggi adalah turbin uap, dan medium dengan titik didih rendah adalah area tegangan rotor dipukul dengan bola baja, digunakan sebagai fluida kerja. Sejalan dengan itu, pembangunan menghasilkan tegangan sisa tekan pada komponen bergerak maju untuk memenuhi dua teknis berikut permukaan nent dan meningkatkan ketahanan terhadap SCC dan tantangan. kelelahan korosi. (1) Desain jalur aliran optimal dan baris bilah itu Hasil uji SCC dan uji kelelahan korosi pada material blade dan material rotor yang diberi perlakuan T Pencipta Energi : menggunakan media dengan titik didih rendah Untuk mengoptimalkan bentuk jalur aliran, termasuk shot peening mengungkapkan resis- blade, metodologi desain harus ditetapkan kembali tance. dan diverifikasi ulang. Untuk media dengan titik didih rendah benar-benar berbeda dari uap uap, alat desain op- 4.2 Turbin untuk pembangkit listrik tenaga panas bumi biner Dalam beberapa tahun terakhir, sistem pembangkit listrik biner, diatur waktunya untuk karakteristik berdasarkan dinamika termal, dinamika fluida dan kekuatan analisis material akan mampu memulihkan tenaga tidak hanya dari temperamen tinggi- dikembangkan, dan teknik desain untuk jalur aliran ature sumur panas bumi tetapi juga dari suhu rendah bentuk dan desain baris bilah akan ditetapkan. sumber energi panas bumi yang belum dimanfaatkan (2) Perkembangan teknologi segel sebelumnya karena sulitnya mengekstraksi en- Karena medium titik didih rendah yang digunakan adalah ergy, telah menarik perhatian karena besar mudah terbakar, tidak boleh ada kebocoran ke luar. jumlah lokasi yang tersedia (Gbr. 12). Biasanya, bagaimanapun, struktur segel digunakan dalam steam Karena energi panas suhu rendah memiliki a turbin rentan terhadap kebocoran. Karena itu, segel baru penurunan panas rendah dan sulit untuk diekstraksi, sering kali dibuang struktur yang mampu sepenuhnya mencegah kebocoran- digaruk tanpa digunakan. Untuk memulihkan energi usia cairan internal sedang dikembangkan dan teknologi- dari energi panas suhu rendah, medium hav- nologi sedang dibuat dan diverifikasi. dengan titik didih yang lebih rendah daripada uap uap konvensional. por harus digunakan. Untuk mengkomersialkan pembangkit listrik 5. Catatan akhir yang menggunakan energi panas suhu rendah, teknik tantangan kal yang khusus untuk media dengan titik didih rendah harus Fuji Electric telah meningkatkan keandalan dan kinerja diidentifikasi. Yaitu, metode untuk menganalisis dan mengevaluasi kekuatan turbin uap, termasuk turbin panas bumi mengukur (1) karakteristik energinya, (2) karakteristik fluida bines. teristik, (3) karakteristik kekuatan, (4) karakteristik segel teristik dan sejenisnya, harus dikembangkan. Dalam pembangkit listrik biner, mesin utama https://translate.googleusercontent.com/translate_f Fuji Electric berkomitmen untuk mengembangkan ketertiban untuk terus memberikan kinerja tinggi, efisiensi tinggi turbin uap yang efisien dan mudah digunakan. 6/7 5/4/2021 Teknologi Terbaru untuk Turbin Uap Teknologi Terbaru untuk Turbin Uap 128 Halaman 7 * Semua nama merek dan nama produk dalam jurnal ini mungkin merupakan merek dagang atau merek dagang terdaftar dari masing-masing perusahaan. https://translate.googleusercontent.com/translate_f 7/7