Manutenção da pureza do hidrogénio em geradores de energia de turbina

A importância da medição do ponto de orvalho para garantir a eficiência e a segurança

O hidrogénio tem uma vasta gama de propriedades que o tornam um gás ideal para muitas aplicações. Em particular, tem uma baixa densidade - cerca de 14 vezes inferior à do ar atmosférico -, uma elevada condutância térmica e um excelente coeficiente de transferência de calor. Estes factores levaram à utilização do hidrogénio como um mecanismo de arrefecimento eficaz para grandes turbinas geradoras de energia.

Em termos simples, a utilização do hidrogénio como gás de arrefecimento ajuda a reduzir as perdas de calor por fricção dentro de um gerador de turbina, permitindo que uma maior proporção de combustível seja convertida em energia; quando comparado com um sistema de arrefecimento baseado no ar, o arrefecimento por hidrogénio também significa que pode ser utilizada uma turbina mais pequena e mais eficiente.

Tipicamente, o hidrogénio de alta pureza circula através de condutas não magnéticas colocadas de ponta a ponta na turbina, removendo o calor dos enrolamentos do estator e do rotor, dos rolamentos e de outras peças rotativas, sendo o sistema de arrefecimento mantido a uma pressão de pelo menos 30 psig; isto minimiza o risco de o ar externo entrar na caixa da turbina e criar uma mistura gasosa potencialmente explosiva. O hidrogénio circula por meio de ventiladores localizados nas extremidades do rotor do gerador e passa por permutadores de calor cheios de água para remover o calor latente. As vedações pressurizadas cheias de óleo são utilizadas para evitar a fuga de hidrogénio do gerador para a atmosfera circundante, onde pode criar novamente o risco de uma explosão ou incêndio de hidrogénio.

Claramente, manter o mais alto nível de pureza do hidrogénio é crucial, tanto para a eficiência operacional como para a segurança. As explosões de hidrogénio em centrais de produção de turbinas são extremamente raras e, quando ocorrem, estão principalmente relacionadas com erros no manuseamento do gás durante a purga do gerador ou a transferência de camiões-cisterna para recipientes de armazenamento no local.

Contaminação por humidade no hidrogénio

Embora a mistura do hidrogénio com o ar seja o maior risco nos geradores de turbina, existem também perigos potenciais se o teor de humidade do gás hidrogénio não for cuidadosamente controlado. Se os níveis de humidade aumentarem, podem reduzir a condutividade térmica e aumentar a viscosidade do hidrogénio, levando a um aumento das perdas por resistência ao vento. A longo prazo, a humidade excessiva também provocará a corrosão do aço nas superfícies internas, como os anéis de retenção do gerador. Talvez o mais preocupante, se a humidade se condensar em peças metálicas activas, seja o perigo subsequente de formação de arcos voltaicos ou flashover, com consequências que podem ser desastrosas. Vale a pena ter em mente que a presença de vapor de água no hidrogénio também pode ser um indicador de vazamento de ar na carcaça do gerador.

A entrada de humidade pode surgir de várias fontes, incluindo fugas nos permutadores de calor arrefecidos a água, contaminação por água do óleo utilizado nos vedantes e sistemas de lubrificação e purga incorrecta do gás após a manutenção de rotina do gerador. Para resolver estes problemas, é normalmente utilizado um secador dessecante regenerativo no circuito de circulação do gás para remover o vapor de água do gás hidrogénio.

Medição do ponto de orvalho para arrefecimento do hidrogénio

Os sensores de ponto de orvalho são utilizados tanto para monitorizar o funcionamento do sistema de secagem - melhorando a eficiência e ajudando a reduzir o consumo de energia - como o estado do gás hidrogénio à saída da caixa do gerador. Para este último, é prática normal que o ponto de orvalho do gás hidrogénio seja mantido numa margem segura abaixo da temperatura mínima da caixa; normalmente, é estabelecido um limite superior de 0 °C de ponto de orvalho à pressão do sistema. Se o ponto de orvalho subir acima deste limite, é necessário tomar medidas imediatas para desligar o gerador e realizar uma reparação ou - mais provavelmente - bombear hidrogénio fresco e seco para o sistema para evitar o risco de condensação de humidade no ambiente do estator, o que poderia levar a flashover ou explosão.

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