Gaz türbini periyodik bakımlarının sistem performansına etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of gas turbine periodic maintenance on system performance
Yazar: ORHAN ÖZAY KÖSE
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ZEKİ YILMAZOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği = Petroleum and Natural Gas Engineering
Dizin: Doğal gaz = Natural gas ; Elektrik enerji sistemleri = Electrical energy systems ; Gaz türbini = Gas turbine ; Gaz türbinli motorlar = Gas turbine engines ; Güç türbini = Power turbine ; Hava filtresi = Air filter ; Kestirimci bakım sistemleri = Predictive maintenance systems ; Koruyucu bakım planlaması = Preventive maintenance planning ; Kritik bakım = Critical care ; Tespit muayenesi = Detection inspection

Özet:
Gaz türbinlerinin elektrik üretiminde ve kojenerasyon sistemlerinde kullanımı oldukça yaygındır. Günümüzde enerji talebinin gelişen ekonomi ve sanayi ile birlikte gün geçtikçe artması enerji arz güvenliğinin önemini de büyük oranda artırmaktadır. Enerji arz güvenliğini sağlamak amacıyla, elektrik üreten tesislerde sürekli ve belirli performans değerlerinde kesintisiz ve kaliteli bir enerji sağlamak için kullanılan gaz türbinlerinin periyodik bakımlarının zamanında yapılması önem arz etmektedir. Bu periyodik bakımların önceden belirlenmiş bir eşdeğer işletme saatinde (EOH) yapılması gerekmektedir. Yapılan periyodik bakımlar sonucunda gaz türbinlerinin sürdürülebilir çalışma koşulları ve istenilen performans değerlerinde kesintisiz enerji üretimlerinin sağlanması büyük oranda güvence altına alınmaktadır. Bu çalışmada, gaz türbinlerinin çalışma prensibi, tarihsel gelişimi, sınıflandırılması, bileşenleri, gaz türbinlerindeki degradasyon faktörleri ve periyodik bakımlar hakkında kapsamlı bir bilgilendirme yapılmıştır. Gaz türbinlerinde, özellikle türbin giriş havasından kaynaklanan, filtre sisteminde meydana gelen kirlenmenin sistem çalışma performansına etkileri incelenerek filtre değişim periyotlarının maliyet analizi yapılmıştır. Bu çalışmada değerlendirilmek üzere, Türkiye'de kurulu bulunan bir gaz türbinli kombine çevrim santrali örnek olarak ele alınmıştır. Türbin giriş havası filtre sistemindeki basınç farkının (∆p) türbin işletme saatine (OH) göre değişim profili oluşturularak, basınç farkının ∆p=15 mbar değerine kadar artışının giriş hava debisi, yakıt tüketimi, türbin çıkış gücü, ısı oranı ve verim üzerindeki etkileri incelenmiştir. Türbin giriş havasındaki basınç farkı artışının sistem performansına etkileri yönünden filtre değişiminin maliyet analizi yapıldığında, belirlenen koşullar altında, her 2500 işletme saatinde (OH) ve basınç farkının ∆p=5 mbar değerine ulaştığında filtrelerin yenilenmesinin maliyet yönünden optimum seçenek olduğu değerlendirilmiştir. Ayrıca gaz türbininde yapılan C tipi bakım kapsamında tespit edilen bulgulara yönelik uygulanan işlemlerin gaz türbinindeki degradasyon etkilerini azaltarak bir sonraki bakıma kadar emre amadelikte ve güvenilirlikte önemli bir artış sağlayacağı öngörülmektedir.

Abstract:
Gas turbines are widely used in electricity generation and cogeneration systems. Today, energy demand is increasing day by day with the developing economy and industry, which greatly increases the importance of energy supply security. In order to ensure energy supply security, it is important to carry out periodic maintenance of gas turbines used to provide uninterrupted and quality energy at continuous and certain performance values in electricity generating facilities on time. These periodic maintenances should be carried out within a predetermined equivalent operating hours (EOH). As a result of the periodic maintenance, sustainable working conditions of gas turbines and uninterrupted energy production at the desired performance values are largely ensured. In this study, a comprehensive information about the working principle, historical development, classification, components, degradation factors, and periodic maintenance of gas turbines is given. The effects of fouling in the filter system of gas turbines, especially caused by the turbine inlet air, on the operating performance of the system are examined and the cost analysis of filter replacement periods is performed. A gas turbine combined cycle power plant in Türkiye is taken as an example to be evaluated in this study. By profiling the variation of the differential pressure (∆p) in the turbine inlet air filter system according to the turbine operating hours (OH), the effects of the differential pressure increase up to ∆p=15 mbar on inlet air flow rate, fuel consumption, turbine output power, heat rate and efficiency are analyzed. When the cost analysis of the filter replacement in terms of the effects of the differential pressure increase in the turbine inlet air on the system performance is performed, it is evaluated that under the specified conditions, replacement of the filters at every 2500 operating hours (OH) and when the differential pressure reaches ∆p=5 mbar is the optimum option in terms of cost. In addition, it is predicted that the treatments applied for the findings detected within the scope of C type maintenance performed on the gas turbine will provide a considerable increase in availability and reliability until the next maintenance by reducing the degradation effects on the gas turbine.