PÁGINA 1 DE 98
TURBINAS DE GAS PARA ACCIONAMIENTO
DE EQUIPO MECÁNICO EN INSTALACIONES
COSTA AFUERA
HOJA DE APROBACION
ELABORA:
ING. ISM#\E!LPINEDA PINON
COORDINADOR DEL GRUPO DE TRABAJO
N
APRUEBA:
DR. RAUL ALEJ
0 LlVAS ELlZONDO
PRESIDENTEDELC
TE DE NORMALlZACIONDE
CONTENIDO CAPÍTULO PÁGINA 0. INTRODUCCIÓN ... 4 1. OBJETIVO ... 4 2. ALCANCE... 4 3. CAMPO DE APLICACIÓN ... 5 4. ACTUALIZACIÓN ... 5 5. REFERENCIAS ... 5 6. DEFINICIONES ... 8 7. SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS... 13 8. DESARROLLO ... 14 8.1 Diseño básico ... 14
8.2 Requisitos mínimos de diseño de los componentes de la turbina de gas ... 24
8.3 Requisitos mínimos de diseño de los sistemas y componentes auxiliares... 39
8.4 Inspección, pruebas y preparación para embarque ... 60
8.5 Garantías ... 70
8.6 Documentos del proveedor ... 71
9. RESPONSABILIDADES... 78
10. CONCORDANCIA CON NORMAS MEXICANAS O INTERNACIONALES ... 79
11. BIBLIOGRAFÍA ... 79
12. ANEXOS ... 84
0. INTRODUCCIÓN
Petróleos Mexicanos y sus Organismos Subsidiarios en cumplimiento de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, y con la facultad que le confiere la Ley de Adquisiciones, Arrendamientos y Servicios del Sector Público y la Ley de Obras Públicas y Servicios Relacionados con las Mismas, expide la presente Norma de Referencia para el suministro de turbinas de gas para accionamiento de equipo mecánico en instalaciones costa afuera.
En la elaboración de esta Norma participaron: Petróleos Mexicanos.
Pemex Exploración y Producción. Pemex Gas y Petroquímica Básica. Pemex Petroquímica.
Pemex Refinación. Participantes externos:
Instituto Mexicano del Petróleo. Turbinas Solar, S. A. de C. V. PETUGAS SA DE CV.
SIEMENS SICELUB
1. OBJETIVO
Establecer los requisitos técnicos mínimos de diseño, fabricación y pruebas para turbinas de gas para el accionamiento de equipo mecánico en instalaciones costa afuera.
2. ALCANCE
Esta norma de referencia cancela y sustituye a la NRF-100-PEMEX-2004 del 30 de agosto de 2004.
Esta norma de referencia establece los requisitos mínimos de diseño, fabricación y pruebas para turbinas de gas para uso industrial: de ciclo abierto, con o sin recuperación de calor, de dos o más flechas, montadas en patín o base de acero estructural y encabinadas, para accionamiento mecánico en instalaciones costa afuera. La turbina de gas se debe suministrar en cumplimiento con lo establecido en este documento. Todos los sistemas y equipos auxiliares requeridos para arranque, operación, control y protección de la turbina, se indican en esta norma de referencia o se incluyen a través de referencias hacia otras publicaciones. Esta norma cubre específicamente las turbinas de gas que utilizan como combustible: gas, diesel o ambos.
2.1 Exclusiones
Esta norma de referencia no cubre las turbinas de gas de una sola flecha ni las turbinas de gas que accionen generadores eléctricos.
2.2 Requisitos complementarios
La información contenida en las bases de concurso y la requisición es complementaria a los requisitos establecidos por esta norma.
3. CAMPO DE APLICACIÓN
Esta norma de referencia es de aplicación general y observancia obligatoria en la adquisición, arrendamiento o contratación de turbinas de gas para accionamiento de equipo mecánico en instalaciones costa afuera, que lleven a cabo los centros de trabajo de Petróleos Mexicanos y sus Organismos Subsidiarios, por lo que se debe incluir en los procedimientos de contratación: licitación pública, invitación a cuando menos tres personas o, adjudicación directa, como parte de los requisitos que debe cumplir el proveedor, contratista o licitante.
4. ACTUALIZACIÓN
Esta norma de referencia se debe revisar y en su caso modificar al menos cada 5 años o antes si las sugerencias y recomendaciones de cambio lo ameritan.
Las sugerencias para la revisión y actualización de esta norma, deben enviarse al Secretario del Subcomité Técnico de Normalización de Pemex-Exploración y Producción, quien debe programar y realizar la actualización de acuerdo a la procedencia de las mismas y en su caso, inscribirla dentro del Programa Anual de Normalización de Petróleos Mexicanos, a través del Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios.
Las propuestas y sugerencias de cambio deben elaborarse en el formato CNPMOS-001-A01 de la Guía para la Emisión de Normas de Referencia CNPMOS-001-A01, Rev. 1 del 30 de septiembre de 2004 y dirigirse a:
Pemex-Exploración y Producción. Subcomité Técnico de Normalización.
Bahía de Ballenas 5, Edificio “D”, PB., entrada por Bahía del Espíritu Santo s/n. Col. Verónica Anzures, México D. F., C. P. 11 300
Teléfono directo: 1944-9286
Conmutador: 1944-2500 extensión 380-80, Fax: 3-26-54 Correo electrónico: [email protected]
5. REFERENCIAS
5.1 NOM-001-SEDE-2005 – “Instalaciones Eléctricas (Utilización)”. 5.2 NOM-008-SCFI-2002 – “Sistema General de Unidades de Medida”.
5.3 NOM-085-SEMARNAT-1994 – “Contaminación atmosférica –Fuentes fijas.- Para fuentes fijas que utilizan combustibles fósiles sólidos, líquidos o gaseosos o cualquiera de sus combinaciones, que establece los niveles máximos permisibles de emisión a la atmósfera de humos, partículas suspendidas totales, bióxidos de
azufre y óxidos de nitrógeno y los requisitos y condiciones para la operación de los equipos de calentamiento indirecto por combustión, así como los niveles máximos permisibles de emisión de bióxido de azufre en los equipos de calentamiento directo por combustión”.
5.4 ISO 261:1998 – General Purpose Metric Screw Threads - General Plan-Second Edition-1986 (Cuerdas métricas de tornillos para propósito general – Plan general-Segunda Edición-1998).
5.5 ISO 262:1998 – General Purpose Metric Screw Threads - Selected Sizes for Screws, Bolts and Nuts-Second Edition-1998 (Cuerdas métricas de tornillos para propósito general – Tamaños seleccionados para tornillos, pernos y tuercas – Segunda Edición - 1998).
5.6 ISO 724:1993 – General-Purpose Metric Screw Threads - Basic Dimensions-Second Edition-1993 (Cuerdas métricas de tornillos para propósito general – Dimensiones básicas – Segunda Edición - 1993).
5.7 ISO 965-1:1998 – General Purpose Metric Screw Threads - Tolerances - Part 1: Principles and Basic Data-Third Edition (Cuerdas métricas de tornillos para propósito general – Tolerancias – Parte 1: Principios y datos básicos – Tercera Edición).
5.8 ISO-1940-1:2003 – Mechanical Vibration - Balance Quality Requirements for Rotors In A Constant (Rigid) State - Part 1: Specification And Verification of Balance Tolerance-Second Edition (Vibración mecánica - Requerimientos de calidad para equilibrio de los rotores en un estado (rígido) constante - Parte 1: Especificación y verificación de tolerancia de equilibrio - Segunda Edición).
5.9 ISO-1940-2:1997 – Mechanical Vibration / Balance Quality Requirements of Rigid Rotors / Part 2: Balance Errors First Edition (Vibración mecánica / Requerimientos característicos de control para rotores rígidos / Part 2: Errores de balanceo, Primera Edición).
5.10 ISO 2941:1974 – Hydraulic fluid power – Filter elements - Verification of collapse/burst resistance (Poder del fluido hidráulico - Elementos filtrantes - Verificación de colapso/resistencia a la ruptura).
5.11 ISO 2942:2004 – Hydraulic fluid power – Filter elements – Verification of fabrication integrity and determination of the first bubble point (Poder del fluido hidráulico - Elementos filtrantes -Verificación de la integridad de fabricación y determinación del primer punto de burbujeo).
5.12 ISO 2943:1998 Hydraulic fluid power – Filter elements – Verification of material compatibility with fluids (Poder del fluido hidráulico - Elementos filtrantes - Verificación de la compatibilidad del material con fluidos). 5.13 ISO 3968:2001 – Hydraulic fluid power – Filters – Evaluation of differential pressure versus flow characteristics (Poder del fluido hidráulico – Filtros - Evaluación del diferencial de presión contra las características del fluido).
5.14 ISO 4406:2003 – Hydraulic fluid power - Fluids – Method for coding the level of contamination by solid particles (Poder del fluido hidráulico – Fluidos - Método de codificación del nivel de contaminación por partículas sólidas).
5.15 ISO 7005-1:1992 – Metallic Flanges / Part 1: Steel Flanges First Edition (Bridas metálicas /Parte 1 Bridas de acero, Primera Edición).
5.16 ISO 7005-2:1988 – Metallic Flanges / Part 2: Cast Iron Flanges (Bridas metálicas /Parte 2 Bridas de hierro fundido, Primera Edición).
5.17 ISO 7919-4:1996 – Mechanical Vibration of Non-Reciprocating Machines – Measurements on Rotating Shafts and Evaluation Criteria – Part 4: Gas Turbine Sets (Vibración mecánica en máquinas no reciprocantes – Mediciones en flechas y criterio de evaluación – Parte 4: Conjuntos de turbines de gas).
5.18 ISO 8821:1989 – Mechanical Vibration / Balancing / Shaft And Fitment Key Convention First Edition; (NZS/ISO 8821: 1989), (Vibración mecánica / Equilibrio / Convención clave para equipo y eje, Primera Edición; (NZS / ISO 8821: 1989).
5.19 ISO 10438-1:2007 – Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries - Lubrication, Shaft-Sealing and Control-Oil Systems and Auxiliaries - Part 1: General Requirements, Second edition (Industrias del Petróleo, Petroquímica y Gas Natural - Sistemas de lubricación, sello de flechas y control de aceite y auxiliares - Parte 1: Requerimientos generales).
5.20 ISO 10438-2:2003 – Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries - Lubrication, Shaft-Sealing and Control-Oil Systems and Auxiliaries - Part 2: Special-Purpose Oil Systems, First edition (Industrias del petróleo, petroquímica y gas natural - Sistemas de lubricación, sello de flechas y control de aceite y auxiliares - Parte 2: Sistemas de aceite para servicio especial).
5.21 ISO 10441:2007 – Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries - Flexible Couplings for Mechanical Power Transmission - Special-Purpose Applications, Second edition (Industrias del petróleo y gas natural - Coples flexibles para transmisión de potencia mecánica – Aplicaciones especiales) Primera Edición). 5.22 ISO 10816-4:1998 – Mechanical Vibration – Evaluation of Machine Vibration by Measurements on Non-Rotating Parts – Part 4: Gas Turbine Driven Sets Excluding Aircraft Derivatives. (Vibración mecánica – Evaluación de vibración en maquinaria por medio de mediciones en las partes no rotatorias – Parte 4: Conjuntos accionadores de turbinas de gas excluyendo derivadas para aeronaves).
5.23 ISO 13691:2001 – Petroleum and Natural Gas Industries High-Speed Special-Purpose Gear Units (Industrias del petróleo y gas natural - Unidades de engranes de ata velocidad para servicio especial).
5.24 ISO 16889:1999 – Hydraulic fluid power filters – Multi-pass method for evaluating filtration performance of a filter element (Poder del fluido hidráulico - Método multipass para evaluación del desempeño de un elemento filtrante).
5.25 NRF-003-PEMEX-2007 – “Diseño y evaluación de plataformas marinas fijas en el Golfo de México”. 5.26 NRF-009-PEMEX-2004 – “Identificación de productos transportados por tuberías o contenidos en tanques de almacenamiento”.
5.27 NRF-020-PEMEX-2005 – “Calificación y certificación de soldadores y soldadura”.
5.28 NRF-027-PEMEX-2001 – “Espárragos y tornillos de acero de aleación y acero inoxidable para servicios de alta y baja temperatura”.
5.29 NRF-036-PEMEX-2003 – “Clasificación de áreas peligrosas y selección de equipo eléctrico”.
5.30 NRF-045-PEMEX-2002 – “Determinación del nivel de integridad de seguridad de los sistemas instrumentados de seguridad”.
5.32 NRF-048-PEMEX-2007 – “Diseño de instalaciones eléctricas”. 5.33 NRF-049-PEMEX-2006 – “Inspección de bienes y servicios”. 5.34 NRF-050-PEMEX-2007 – “Bombas centrífugas”.
5.35 NRF-089-PEMEX-2004 – “Calentadores a fuego directo para plantas de proceso”. 5.36 NRF-095-PEMEX-2004 – “Motores eléctricos”.
5.37 NRF-102-PEMEX-2005 – “Sistemas fijos de extinción a base de bióxido de carbono”. 5.38 NRF-105-PEMEX-2005 – “Sistemas digitales de monitoreo y control”.
5.39 NRF-111-PEMEX-2006 – “Equipos de medición y servicios de metrología”. 5.40 NRF-134-PEMEX-2005 – “Cambiadores de calor enfriados por aire”.
6. DEFINICIONES
6.1 Actualización o repotenciación – Se refiere al cambio de algunos elementos o componentes de la turbina de gas (básicamente generador de gases y turbina de potencia) para desarrollar a condiciones de sitio una potencia mayor que la potencia en el punto de garantía original.
6.2 Álabes – Superficies de sustentación rotativas para compresores y turbinas. Elementos aerodinámicos fijos o móviles que definen la trayectoria del fluido de trabajo.
6.3 Alcance de suministro – Es el conjunto de equipos, accesorios y trabajos solicitados y/o suministrados por el proveedor.
6.4 Carcasa sujeta a presión – Esta compuesta por todas las partes estacionarias de la turbina de gas, sujetas a presión, incluyendo todas las boquillas y otras partes adjuntas.
6.5 Capacidad de potencia máxima – Es la capacidad de potencia esperada y garantizada cuando la turbina de gas es operada a la máxima temperatura de flama permisible, velocidad nominal o bajo otras condiciones limitativas definidas por el fabricante y entre el rango de valores del sitio especificados con el empleo del combustible definido en las hojas de datos.
6.6 Ciclo abierto – Es aquel que toma el aire de la atmósfera que rodea a la turbina de gas, lo comprime, lo calienta, lo expande y finalmente lo descarga directa o indirectamente a la atmósfera, a través del escape o un equipo recuperador de calor. Cuando el medio de trabajo pasa sucesivamente a través del compresor, la cámara de combustión y la turbina se le llama ciclo simple, cuando los gases de escape de la turbina son usados para precalentar el aire de combustión de la descarga del compresor es llamado ciclo regenerativo. 6.7 Condiciones nominales del sitio – Son los valores especificados a la brida de entrada del generador de gas con máxima temperatura del aire de entrada, mínima presión del aire a la entrada y máxima presión de escape para la potencia nominal (en la flecha de la turbina de potencia) requerida en el sitio. Los ductos de succión, escape y otros accesorios, variaciones barométricas y los rangos de temperatura ambiente se deben considerar cuando se especifiquen las condiciones nominales del sitio.
CEC 600 3 t= η CEC 545 2 t= η
6.8 Condiciones de operación en sitio – Son los valores especificados en este documento o en las hojas de datos, de las condiciones ambientales para el diseño y el comportamiento termodinámico y mecánico de la turbina de gas. Incluye también la clasificación del área eléctrica del sitio.
6.9 Consumo específico de combustible “heat rate” – Es el consumo de combustible de la turbina de gas por cada unidad de potencia entregada a la salida de la flecha de la turbina de potencia. Expresado en kJ/kW-h en el sistema internacional o “Btu/hp-h” en el sistema inglés, basados en el poder calorífico inferior del combustible.
6.10 Diagrama de Campbell – Es un diagrama de resonancias que representa en las abscisas el valor de la velocidad de rotación en r/min y en las ordenadas el valor de la frecuencia en Hz. Este diagrama muestra por una parte las frecuencias propias de los distintos componentes de la turbina de gas (álabes, engranes, etc.), en función de la velocidad de giro del rotor. Por otra parte muestra también las frecuencias excitadoras que son función de las revoluciones de la turbina de gas y de un múltiplo entero del número de álabes que tiene la turbina de gas.
6.11 Diagrama de Goodman – Es una gráfica que muestra la resistencia a la fatiga de piezas sometidas a esfuerzos fluctuantes y determinan el criterio de falla. En la práctica se le conoce como diagrama de Goodman modificado y se genera graficando el esfuerzo medio en las abscisas y el límite de resistencia a la fatiga, la resistencia a la fatiga o la resistencia de vida finita, según sea el caso, se llevan como ordenadas por encima o por debajo del origen.
6.12 Dilatación – Término usado para referir al aumento de tamaño (expansión térmica) de un elemento o parte mecánica por efecto del aumento de temperatura.
6.13 Diseño – Este término es utilizado en ésta especificación para definir un requisito particular. Este término se debe usar por el diseñador y el fabricante de la turbina para describir los parámetros de diseño, tales como; presión de diseño, velocidad de diseño, etc.
6.14 Dividida axialmente – Unión, corte o junta paralela a la línea de centros de la flecha.
6.15 Eficiencia térmica – Es la relación entre la energía de salida, obtenida en la flecha de la turbina de potencia y la energía de entrada, (suministrada en el valor del poder calorífico inferior del combustible) expresada en las mismas unidades. Los auxiliares externos no accionados directamente no son incluidos en las pérdidas parásitas.
En el sistema internacional:
Donde.
ηt = Rendimiento térmico.
CEC = Consumo específico de combustible, en (kJ/kW-h). En el sistema inglés:
r
PCI W
ρ =
6.16 Energizado / desenergizado – Ambos términos se refieren a la posición y designación del estado de dispositivos tales como interruptores eléctricos y válvulas de control automáticos.
6.17 Etapa de filtrado – Es una sección del sistema de filtrado del aire, diseñada para remover contaminantes específicos del sitio a una eficiencia no menor a 95 por ciento en tamaño de partículas de 10 micrómetros o mayores y una mínima caída de presión.
6.18 Flexibilidad – Término utilizado para indicar adaptabilidad del equipo a situaciones particulares. El proveedor debe mostrar en su propuesta dichas características de Flexibilidad a través de corridas de desempeño, realizadas por medio de simuladores numéricos.
6.19 Flujo a la entrada – Es el flujo en la brida de entrada del compresor, expresado en unidades de flujo volumétrico a las condiciones de presión, temperatura, compresibilidad y composición del gas en sitio incluyendo el contenido de humedad, expresado en m3/h o pies cúbicos por minuto.
6.20 Flujo estándar – Es el flujo nominal expresado en unidades de flujo volumétrico en m3/h, m3/min o pies cúbicos estándar por minuto (scfm) a las siguientes condiciones estándar:
Presión: 101,35 kPa (14,696 psia) Temperatura 288,15 K (15 ºC)
6.21 Gabinete de control – Gabinete donde está montado el sistema de control de la turbina de gas y del equipo accionado. Su construcción debe ser de acuerdo con la clasificación eléctrica del área de instalación y para resistir el ambiente marino.
6.22 Generador de gases – Es una sección de la turbina de gas de la cual se extrae la energía requerida para accionar el compresor y los sistemas auxiliares acoplados a dicho generador de gases, algunos fabricantes o usuarios también le llaman “productor de gases”.
6.23 Hardware – Conjunto de los componentes que integran la parte material de una computadora.
6.24 Hojas de datos – Documento que forma parte de esta norma de referencia, en donde se deben especificar en forma detallada: las condiciones de operación, las características termodinámicas y mecánicas y los equipos y sistemas auxiliares de la turbina de gas para un proyecto específico (ver Anexo 1).
6.25 Índice de Wobbe – Es el cociente entre el poder calorífico y la raíz cuadrada de la densidad del gas con respecto al aire (densidad relativa del gas).
Donde:
W = Índice de Wobbe. PCI = Poder calorífico inferior. ρr = Densidad relativa.
6.26 Local – Este término es aplicado generalmente a la localización de instrumentos, gabinetes y paneles. Significa montado o anexo al patín del equipo.
6.27 Mal acabado “Runout” – Es el error que existe entre las posiciones actual e indicada de la línea de centros de la flecha, y normalmente es el resultado de una combinación de causas mecánicas y eléctricas.
6.28 Panel – Es un recinto usado para montar, desplegar y proteger manómetros, interruptores y otros instrumentos. Su construcción debe ser de acuerdo con la clasificación eléctrica del área y para resistir el ambiente marino.
6.29 Paro de emergencia – Paro automático o manual de la turbina de gas debido a una situación de peligro detectada por la señal de un instrumento o por el operador.
6.30 Paro normal – Paro automático o manual activado por la señal de un instrumento o por el operador debido a alguna falla de la turbina de gas o de un equipo o sistema auxiliar.
6.31 Paro programado – Paro automático o manual llevado a cabo por el operador, para un fin determinado. 6.32 Pico a pico – Amplitud de la onda de vibración, desde el pico máximo positivo hasta el pico máximo negativo.
6.33 Potencia nominal a condiciones ISO – Es la potencia continua desarrollada por la turbina de gas cuando es operada a la temperatura de flama y velocidad nominal, bajo las siguientes condiciones de operación estándar.
Temperatura de entrada 288,15 K (15 ºC) Presión total de entrada 101,35 kPa (14,696 psia) Humedad relativa de entrada 60 por ciento
Presión de escape 101,35 kPa (14,696 psia)
Nota: Esta potencia y velocidad son medidas en la flecha de salida de la turbina, separada de cualquier engranaje o equipo
accionado. Las condiciones de entrada se deben medir en la brida de entrada del generador de gases y las condiciones de salida en la brida de salida de la turbina de potencia. Estos puntos de medición se deben utilizar para todas las mediciones de potencia y flujo de gas. La potencia ISO proporciona únicamente información general del tamaño y no se debe confundir con la potencia nominal en sitio.
6.34 Potencia neta – Es la potencia desarrollada por la turbina de gas a condiciones de sitio, después de deducir pérdidas y consumos por equipos o sistemas auxiliares, tomando como base el combustible con el poder calorífico más bajo indicado en la hoja de datos.
6.35 Potencia nominal en sitio – Es la potencia desarrollada por la turbina de gas en la flecha de salida cuando es operada a la temperatura nominal de flama en sitio, velocidad nominal, y condiciones nominales del sitio como son: temperatura de entrada, presión de entrada, presión de escape y consumo normal de gas combustible (con el poder calorífico más bajo especificado en las hojas de datos).
6.36 Presión máxima de escape – Es la presión más alta de escape requerida por la turbina para operar continuamente.
6.37 Presión máxima de trabajo permisible – Es la presión máxima continua para la cual el fabricante ha diseñado el equipo (o cualquier parte al que este concepto aplique) manejando el fluido especificado a la temperatura especificada.
6.38 Proveedor – Se refiere a la persona física o moral que suministra el paquete, puede ser el fabricante, el empaquetador o el contratista de la obra, a través de sus respectivos representantes.
6.39 Punto de garantía – Punto de operación de la turbina de gas donde el proveedor garantiza: la potencia de salida, velocidad de salida de la turbina, consumo específico de combustible, flujo de aire, flujo de escape, temperatura de flama, temperatura de salida del generador de gas y temperatura de salida de la turbina; entre
otros parámetros especificados en las hojas de datos y en este documento. Puede ser el punto normal o cualquier otro especificado en las hojas de datos.
6.40 Punto de alarma – Valor predeterminado de un parámetro medido, en el cual una alarma es activada para advertir de una condición que requiere acción correctiva.
6.41 Punto de disparo – Valor predefinido de un parámetro medido, en el cual el sistema o equipo para automáticamente una vez que se alcanza dicho valor.
6.42 Punto de operación normal – Es el punto en el cual se espera operar normalmente y donde se desea tener la óptima eficiencia térmica. Este punto es normalmente el punto en el cual el proveedor certifica que el consumo específico de combustible esta dentro de las tolerancias establecidas en esta norma. Los parámetros usados para determinar el punto de operación normal incluyen velocidad, condiciones del sitio, emisiones y composición del combustible.
6.43 Radialmente dividida – Se refiere a carcasas con juntas perpendiculares a la línea de centros de la flecha.
6.44 Redundancia o redundante. Parte o elemento de un sistema que releva automáticamente a otro de iguales características cuando éste último se daña.
6.45 Remoto – Se refiere a la posición de un dispositivo, parte, componente o sistema auxiliar que está localizado fuera del patín o base del equipo, comúnmente en un cuarto de control.
6.46 Servicio de relevo – Se refiere al estado de una turbina de gas o una parte de ella que normalmente esta inactiva y que es capaz de arrancar inmediatamente en forma manual o automática para reemplazar a otra y operar continuamente.
6.47 Sitio – Lugar de instalación de la turbina de gas.
6.48 Temperatura de flama nominal en sitio – Es la temperatura total a la entrada de la turbina, medida en un punto inmediatamente corriente arriba de la primera etapa de los álabes estacionarios, requerida para cumplir con la potencia en sitio a condiciones nominales.
6.49 Temperatura máxima permisible – Es la temperatura máxima continua con la cual el fabricante ha diseñado el equipo (o cualquier parte al que este concepto aplique) manejando el fluido especificado a la presión especificada.
6.50 Turbina – Se refiere al componente o sección de la turbina de gas diseñada específicamente para recuperar la energía de los gases calientes producidos en el generador de gas. Llamado también turbina de potencia.
6.51 Turbina de gas – Es una máquina que convierte la energía térmica en trabajo mecánico cuyos componentes básicos son: compresor, cámara de combustión, turbina del generador de gases y turbina de potencia.
6.52 Turbina de gas aeroderivada – Turbina de gas utilizada en la aviación cuyo diseño ha sido adaptado para uso industrial, aprovechando sus características de diseño (bajo peso, dimensiones reducidas, etc.) y los materiales de alta resistencia mecánica para la fabricación de álabes.
6.53 Turbina de gas industrial – Turbina de gas creada y fabricada para uso industrial, también conocidas como turbinas de gas para servicio pesado.
6.54 Velocidad crítica – Es la velocidad que corresponde a las frecuencias de resonancia del sistema y al fenómeno de aplicación de fuerzas periódicas. Puede existir una condición de resonancia si la frecuencia de excitación coincide con la frecuencia natural del rotor. Si la resonancia existe a una velocidad finita, esta velocidad es llamada velocidad crítica.
6.55 Velocidad de disparo de la turbina – Es la velocidad (en revoluciones por minuto) a la cual el dispositivo independiente de emergencia por sobre velocidad opera para parar la turbina de gas cortando el suministro de combustible.
6.56 Velocidad nominal – Es la velocidad (en revoluciones por minuto) de la flecha de salida de la turbina de gas a la cual se desarrolla la potencia nominal en sitio.
6.57 Velocidad máxima continua – Es la velocidad (en revoluciones por minuto) al menos igual al 105 por ciento de la velocidad más alta requerida por cualquiera de las condiciones de operación especificadas.
6.58 Velocidad mínima permisible – Es la velocidad más baja (en revoluciones por minuto) en la cual el diseño del fabricante permitirá una operación continua.
7. SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
ABMA American Bearing Manufacturers Association (Asociación Americana de Fabricantes de Chumaceras).
AISI American Iron and Steel Institute (Instituto Americano de Hierro y Acero).
ANSI American National Standards Institute (Instituto Nacional Americano de Estándares). API American Petroleum Institute (Instituto Americano del Petróleo).
ASME American Society of Mechanical Engineers (Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos). ASTM American Society for Testing and Materials (Asociación Americana para Pruebas y Materiales).
β
x
Relación entre partículas del mismo tamaño aguas arriba entre el número de partículas
del mismo tamaño aguas abajo.
CLP Control lógico programable, es equivalente a la abreviatura inglesa PLC. DGF Detección de gas y fuego.
DN Diámetro nominal.
ema Entidad mexicana de acreditación.
IHM Interfase humano máquina, es equivalente a la abreviatura inglesa HMI.
ISO International Organization for Standardization (Organización Internacional para Normalización). IR Rayos Infrarrojos
LHV Poder calorífico inferior.
L10 Vida nominal del 90 por ciento de un grupo de rodamientos idénticos completara o excederá antes
de la primer evidencia de falla. µm Micras.
MMPCSD Millones de pies cúbicos estándar por día, es equivalente a la abreviación inglesa de MMSCFD. NACE National Association of Corrosion Engineers (Asociación Nacional de Ingenieros en Corrosión). NEMA National Electrical Manufacturers Association (Asociación Nacional de fabricantes. Eléctricos. NFPA National Fire Protection Association (Asociación Nacional de Protección contra Fuego). NPS Nominal pipe size. (Diámetro nominal de tubo).
Pemex Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios. Ra Rugosidad media aritmética.
r/min Revoluciones por minuto.
SDMC Sistema digital de monitoreo y control.
SEI Sistema de energía ininterrumpible, es equivalente a la abreviatura inglesa UPS.
8. DESARROLLO 8.1 Diseño básico 8.1.1 Generalidades
8.1.1.1 La turbina de gas, todos sus sistemas y componentes auxiliares, excepto los elementos de reemplazo periódico, como filtros y consumibles; se deben diseñar y fabricar para una vida útil de 20 años y de al menos 3 años en operación continua ininterrumpida, sin necesidad de mantenimiento correctivo o mantenimiento mayor. Se considera que se deben realizar inspecciones, en especial de la sección caliente, sin embargo el tiempo requerido entre inspecciones no debe ser menor a 8 000 horas de operación.
8.1.1.2 El contratista o proveedor de la turbina es el responsable de todo el equipo y de sus componentes y sistemas auxiliares incluidos en el pedido, así como de la ingeniería y coordinación entre el diseño, fabricación, ensamble, pruebas y partes suministradas por sus propios proveedores.
8.1.1.3 La turbina se debe diseñar para operar en el punto de operación normal indicado por Pemex en la hoja de datos así como para servicio continuo en cada punto del intervalo de velocidad y potencia especificado. 8.1.1.4 El intervalo de velocidades de operación de la turbina se debe indicar en la hoja de datos. La turbina debe operar desde 50 hasta 105 por ciento de la velocidad nominal.
8.1.1.5 La turbina de gas se debe diseñar para soportar los gradientes térmicos, debidos a disparos de la máquina durante su operación y debe permitir su re-arranque inmediato, sujeto a las restricciones del equipo accionado. Las restricciones de arranque en frío y caliente se deben definir claramente en la propuesta del proveedor.
8.1.1.6 Los niveles de emisión de contaminantes a la atmósfera derivados de la combustión en la turbina de gas a condiciones mínima y máxima de carga, no deben rebasar los límites indicados en la norma oficial mexicana NOM-085-SEMARNAT-1994, especialmente para los óxidos de nitrógeno (NOx) y monóxido de carbono (CO). Si se requiere, el proveedor debe suministrar el sistema de control de emisión de contaminantes y éste se debe realizar sin la utilización de métodos como la inyección de vapor o agua. Se debe incluir en la cotización la simulación por ordenador de la emisión de contaminantes de la turbina de gas operando con los diferentes tipos de gas combustible y condiciones de sitio, especificados en las hojas de datos. La simulación debe mostrar los niveles de NOx y CO, y otros contaminantes esperados.
8.1.1.7 La turbina de gas incluyendo sus sistemas y componentes auxiliares se deben diseñar y fabricar para un nivel máximo de ruido de 85 dB (A) medidos a 1,5 m (5 pies) de distancia. El proveedor debe suministrar los datos de presión máxima y nivel de potencia del sonido en bandas de octava, para cada componente del equipo.
8.1.1.8 El equipo debe operar sin daño a cualquier velocidad incluyendo la velocidad de disparo en combinación con cualquier nivel de temperatura permisible determinado por el fabricante.
8.1.1.9 El arreglo del equipo incluyendo tuberías y auxiliares debe proporcionar áreas amplias y accesos seguros para operación y mantenimiento. Para unidades suministradas como paquete, el pre-arreglo de tubería y equipo se debe enviar a Pemex para su revisión y aprobación.
8.1.1.10 Los motores, componentes e instalaciones eléctricas, deben cumplir con los requerimientos de clasificación de área establecidos en la NRF-036-PEMEX-2003 y para la instalación de estos dispositivos se debe cumplir con los requisitos establecidos en la NRF-048-PEMEX-2007 y en la NOM-001-SEDE-2005.
8.1.1.11 Los depósitos y compartimentos que encierran partes en movimiento lubricadas (tales como chumaceras, sellos de flechas, partes altamente pulidas, instrumentos y elementos de control), se deben diseñar para reducir la contaminación por humedad, polvo y otros materiales extraños, durante los períodos de operación y espera.
8.1.1.12 Todo el equipo se debe diseñar para permitir un mantenimiento rápido y económico. Los componentes más grandes como carcasa y alojamiento o soporte de chumaceras se deben diseñar y fabricar para asegurar un alineamiento exacto en el reensamble. Álabes, toberas, sellos y elementos rotatorios se deben reemplazar en sitio. El proveedor debe proporcionar en su propuesta la lista de herramientas especiales para mantenimiento y reemplazo de partes en sitio indicando nombre, cantidad y precio unitario.
8.1.1.13 La turbina y el equipo accionado deben funcionar en el banco de pruebas dentro de los criterios de aceptación especificados. Después de su instalación, el comportamiento de la unidad completa es responsabilidad del proveedor hasta su aceptación por Pemex.
8.1.1.14 El equipo, incluyendo todos los auxiliares, se deben diseñar para operar a las condiciones ambientales y de sitio especificadas por Pemex en las hojas de datos; incluidas la ubicación del equipo, si es interior (con o sin ventilación) o exterior (con o sin techo), temperaturas máximas y mínimas, humedad excesiva, problemas de polvo o condiciones de corrosión. El proveedor debe indicar en su propuesta cualquier protección especial que se requiera.
8.1.1.15 Todas las partes de repuesto y reemplazo de la turbina y de todos los equipos auxiliares, deben cubrir todos los criterios de esta norma de referencia.
8.1.1.16 La potencia nominal en sitio desarrollada por la turbina de gas en el punto de garantía y con el combustible de poder calorífico inferior no debe tener tolerancia negativa, y ésta se debe alcanzar y sostener sin el empleo de métodos o sistemas adicionales, como la inyección de agua o vapor o por medio de enfriamiento del aire de admisión.
8.1.1.17 El fabricante o proveedor debe especificar en la propuesta; cantidad, etapa de extracción y presión de aire, que requiera para enfriamiento interno.
8.1.1.18 El proveedor de la turbina de gas, es el responsable de los análisis de vibración torsional y lateral de los componentes, obligándose a realizar las modificaciones necesarias como resultado de los análisis citados sin perjuicio para Pemex, a menos que éste especifique otra cosa.
8.1.2 Tipo de turbina de gas
8.1.2.1 El proveedor debe suministrar la turbina de gas de dos o más flechas, diseñada para aplicación industrial de ciclo simple y abierto, con o sin recuperador de calor según se solicite en la hoja de datos. El diseño de la turbina de gas se debe optimizar con base a la relación peso potencia.
8.1.2.2 La turbina de gas y sus sistemas y componentes auxiliares se deben diseñar y fabricar para operar en forma continua, segura y a potencia máxima, formando un paquete compacto, pero que permita el acceso rápido y seguro al operador y al personal de mantenimiento, para realizar las actividades de inspección, limpieza, manipulación de herramientas y reemplazo de partes. La turbina de gas y, hasta donde las dimensiones para transporte e izaje lo permitan, sus sistemas de: gas de arranque, gas combustible, lubricación, instrumentación y control, cajas de engranes y accesorios y otros sistemas y componentes auxiliares se deben colocar dentro de una cabina diseñada y fabricada expresamente para contener la turbina de gas y esos sistemas (ver punto 8.3 de este documento); algunas partes complementarias de otros sistemas como: el colector de admisión de aire y el colector de gases de escape se deben colocar también dentro de la cabina.
8.1.2.3 La turbina de gas y su cabina se deben montar sobre un patín o base, excepto aquellos sistemas y componentes auxiliares que por su tamaño, función, o requerimiento específico en las hojas de datos, se deben instalar fuera del patín o base. Todos los sistemas o componentes auxiliares que sean instalados fuera del patín o base se deben suministrar con los accesorios y soportes adecuados para su instalación e interconexión en sitio.
8.1.3 Sistemas y componentes auxiliares
8.1.3.1 Se debe suministrar la turbina de gas con todos sus sistemas y componentes auxiliares para cumplir con las condiciones de operación indicadas en las hojas de datos. Los sistemas y componentes auxiliares que a continuación se enlistan son indicativos, más no limitativos.
b) Sistema de arranque.
c) Sistema de aceite de lubricación. d) Sistema de gas combustible.
e) Sistema de instrumentación y control. f) Sistema eléctrico.
g) Cabina para la turbina de gas.
h) Sistema de detección de gas y fuego y de protección contra fuego. i) Patín o base.
j) Sistema de escape para los gases de combustión.
k) Sistema de monitoreo de emisión de gases contaminantes a la atmósfera. l) Coples y guardacoples.
m) Cajas de engranes. n) Sistema de lavado.
8.1.3.2 Todos los sistemas y componentes auxiliares de la turbina de gas deben cumplir con los lineamientos y requisitos técnicos que se indican en el numeral 8.3 de este documento.
8.1.4 Sistema de recuperación de calor 8.1.4.1 General
8.1.4.1.1 El proveedor debe suministrar un sistema de recuperación de calor de los gases de escape, sólo si se solicita en las hojas de datos. Esta parte de la norma de referencia aplica únicamente para turbinas de gas nuevas.
8.1.4.1.2 La implementación del sistema de recuperación de calor en la turbina de gas, tiene como objetivo principal aprovechar el calor de los gases de combustión para transferir calor hacia un fluido de trabajo, el cual a su vez se utiliza como medio para transferir calor hacia un fluido de proceso o hacia un fluido de servicio auxiliar y en consecuencia aumentar la eficiencia del ciclo termodinámico. Debido a lo anterior, existe una interfase, entre el diseño del recuperador de calor y el diseño del proceso y/o servicio auxiliar de la planta, que requiere una coordinación efectiva entre la ingeniería del proveedor de la turbina de gas y la ingeniería del proceso desarrollada por otros, excepto cuando el proveedor de la turbina de gas también desarrolla la ingeniería del proceso y la construcción de la planta. A menos que se establezca lo contrario en la orden de compra, la coordinación se debe compartir entre el proveedor de la turbina de gas y el proveedor de la ingeniería del proceso de la planta.
8.1.4.1.3 A menos que se indique lo contrario en la hoja de datos o la orden de compra de la turbina de gas, el alcance del proveedor de la turbina de gas cubre el suministro del sistema de recuperación de calor, para calentar un fluido de trabajo, dentro de los límites del paquete (formado por la turbina de gas, equipo accionado, sistema de recuperación de calor, sistemas y componentes auxiliares), con conexiones bridadas para entrada y salida del fluido de trabajo. Los componentes del sistema de recuperación de calor, o parte de ellos, que por condiciones de diseño se deben instalar fuera del paquete se debe suministrar por el proveedor de la turbina de gas o por el proveedor que desarrolla la ingeniería del proceso y la construcción de la planta, como sea definido y aprobado por Pemex.
8.1.4.2 Diseño básico
8.1.4.2.1 El sistema de recuperación de calor debe cumplir con el criterio de diseño especificado en el numeral 8.1.5 y con los siguientes requisitos:
8.1.4.2.1.1 Todos los componentes se deben diseñar térmica e hidráulicamente para cumplir con las condiciones de operación indicadas en la ingeniería del proceso y de acuerdo con las condiciones de sitio. El proveedor debe poner atención especial en el diseño y fabricación del cambiador de calor para cumplir con los requerimientos de carga térmica mínima, normal y máxima de trabajo requerida en el proceso.
8.1.4.2.1.2 El diseño debe considerar la carga térmica mínima de los gases de escape y en caso de que ésta sea menor que la carga térmica máxima de trabajo requerida por el proceso, el proveedor debe proporcionar un quemador o quemadores adicionales en el sistema de recuperación de calor para cubrirla. A menos que se indique lo contrario en las hojas de datos, el quemador o quemadores adicionales deben tomar el oxígeno para la combustión de la corriente de los gases de combustión proveniente de la turbina de gas.
8.1.4.2.1.3 Bajo cualquier condición de carga térmica demandada por el proceso, la temperatura de los gases de escape, corriente abajo del cambiador de calor, se deben mantener arriba de la temperatura del punto de rocío ácido, a fin de evitar la condensación de agua, en la corriente de los gases de escape, y la formación de ácidos debidos a los óxidos de azufre. Similar consideración se debe hacer en los tubos del fluido de trabajo para que su temperatura sea mayor a la temperatura de punto de rocío ácido.
8.1.4.2.1.4 Para el caso en que el fluido de trabajo deba permanecer en fase líquida, bajo cualquier condición de carga térmica, se deben tomar las previsiones necesarias de diseño, fabricación, operación y seguridad para evitar el cambio de fase líquida a la fase de vapor.
8.1.4.2.1.5 Se debe diseñar para caída mínima de presión, recomendada por el mismo proveedor o el fabricante de la turbina de gas, para minimizar la contrapresión que pueda afectar el comportamiento y/o los internos de la turbina de gas. Con el sistema de recuperación de calor en operación se debe mantener la potencia disponible en la flecha de la turbina de gas en los puntos de operación mínimo, normal y máximo, indicados en las hojas de datos.
8.1.4.2.1.6 Se debe diseñar y fabricar para su montaje, instalación e interconexión en fábrica y en caso de que esto no sea práctico, debido al tamaño y/o peso, se debe diseñar y fabricar en forma modular para su instalación y montaje e interconexión en sitio por el proveedor.
8.1.4.2.1.7 Se debe diseñar y fabricar a partir de una desviación “bypass” con arreglo de doble chimenea. La capacidad de manejo de flujo de gases de combustión de la desviación debe ser, al menos, de 120 por ciento de flujo máximo de los gases de escape de la turbina de gas. Se deben instalar válvulas, de apertura y cierre automáticos, para desviar el flujo de gases de combustión hacia el recuperador de calor o hacia la chimenea que dirige los gases de combustión libremente a la atmósfera, como se requiera durante la operación. El arreglo sin desviación (una chimenea), integrado al sistema de escape de la turbina de gas, también es aceptable, si hay suficiente capacidad de flujo de gases de escape libre de obstrucciones hacia la atmósfera, si se satisfacen las condiciones de operación del proceso, si las potencias en los puntos mínimo, normal y máximo de la turbina de gas se mantienen y solo mediante la autorización de Pemex.
8.1.4.2.1.8 Se debe considerar en el diseño y la fabricación la expansión térmica de los materiales de los componentes, debida a las condiciones de operación del recuperador de calor, y tomar previsiones para absorberla.
8.1.4.2.1.9 Debe estar adecuadamente soportado por perfiles de material estructural con la rigidez suficiente para soportar el peso del sistema y otras cargas del mismo paquete que incidan en el sistema de recuperación de calor. Todos los soportes deben permitir la dilatación y contracción debidas a las condiciones de operación de sitio y del sistema de recuperación de calor.
8.1.4.2.1.10 Se deben instalar escaleras y pasillos suficientes para labores de inspección y mantenimiento del sistema de recuperación de calor dentro de los límites del paquete formado por la turbina de gas y el equipo accionado. En la sección del cambiador de calor se debe tener puerta de acceso o entrada de hombre para inspección y limpieza durante los períodos de espera.
8.1.4.2.1.11 En el caso de arreglo de doble chimenea, se deben instalar dos silenciadores, uno para la chimenea que conduce los gases de combustión libremente hacia la atmósfera y otro en la chimenea del recuperador de calor, éste último corriente abajo del sistema de recuperación de calor. En el caso de una sola chimenea, el silenciador se debe colocar corriente abajo del sistema de recuperación de calor.
8.1.4.2.1.12 El control del sistema de recuperación de calor debe ser automático basado en microprocesadores. A menos que se indique lo contrario, en la orden de compra o en las hojas de datos, el control del sistema debe estar integrado al tablero o gabinete principal de control de la turbina de gas.
8.1.4.2.1.13 Las superficies exteriores del sistema de recuperación de calor se deben cubrir con aislante térmico para protección del personal.
8.1.4.3 El sistema de recuperación de calor debe estar formado, pero no limitado, por los siguientes componentes:
a) Válvula(s) automática(s), con opción para operación manual, de desviación de flujo de gases de combustión.
b) Caja de alojamiento del cambiador de calor, incluyendo las piezas de transición necesarias para interconexión.
c) Cambiador de calor.
d) Bomba de recirculación del fluido de trabajo, si es requerido por las condiciones del proceso.
e) Circuito de reposición del fluido de trabajo, con bomba si es requerido por las condiciones del proceso. f) Ductos, conexiones, piezas de transición, juntas de expansión y accesorios, como se requiera.
g) Silenciadores tipo industrial para las chimeneas.
h) Quemador(es) adicional(es), si es requerido por condiciones del proceso. i) Instrumentación:
• Indicadores/transmisores de presión y temperatura en las chimeneas.
• Indicadores/transmisores de temperatura y presión a la entrada y salida del fluido de trabajo en el cambiador de calor.
• Indicadores de posición (apertura/cierre) para las válvulas de desviación de flujo de gases de combustión, con alarma por falla al cierre o en la apertura.
• Alarma por alta temperatura y alta presión en la salida del fluido de trabajo.
• Indicador/transmisor de temperatura para los gases de escape a la entrada de la caja del cambiador de calor (corriente arriba del cambiador de calor).
• Indicador/transmisor de temperatura para los gases de combustión a la salida de la caja del cambiador de calor (corriente abajo del cambiador de calor).
• Válvulas de alivio en el cambiador de calor.
• Alarma por temperatura de los gases de combustión cercana a la temperatura de punto de rocío ácido.
• Alarma por temperatura de los tubos del fluido de trabajo cercano a la temperatura de punto de rocío ácido.
• Alarma y paro por alta presión de los gases de combustión corriente arriba del cambiador de calor. • Válvulas de control, como se requiera.
j) Control automático para: el manejo de la carga térmica del fluido de trabajo, para la operación de las válvulas de derivación (con opción para operación manual), para el circuito de reposición y para la recirculación del fluido de trabajo.
k) Juntas de expansión, como se requieran.
8.1.4.3.1 Los tubos y los cabezales del cambiador de calor que conducen el fluido de trabajo, se deben diseñar para exposición directa a los gases de combustión de la turbina de gas y al de los quemadores adicionales (si aplica) siguiendo los criterios de diseño de la norma NRF-089 PEMEX 2004. El haz de tubos se debe poder extraer para su inspección, limpieza y mantenimiento.
8.1.4.3.2 A menos que se especifique lo contrario en las hojas de datos, el quemador o quemadores adicionales se deben diseñar para quemar el mismo tipo de gas combustible que utiliza la turbina de gas. 8.1.4.3.3 Los quemadores adicionales se deben seleccionar de acuerdo con los lineamientos establecidos en API RP 535 o equivalente.
8.1.4.3.4 Las bombas de recirculación y de reposición se deben seleccionar de acuerdo con el fluido de trabajo: Para agua deben ser de tipo centrífugo en cumplimiento con la norma de referencia NRF-050-PEMEX-2007 -y para aceite del tipo rotatorias en cumplimiento con API-676 o equivalente.
8.1.4.3.5 Los silenciadores se deben suministrar de acuerdo con API-616 o equivalente. 8.1.4.3.6 Los instrumentos se deben suministrar de acuerdo con API-616 o equivalente. 8.1.4.4 Materiales
8.1.4.4.1 Los materiales para el cambiador de calor (tubos y cabezales) y las válvulas de derivación de los gases de escape deben ser de acero inoxidable, seleccionados de acuerdo con la NRF-089- PEMEX 2004 con resistencia a la temperatura máxima de los gases de escape y a la corrosión por formación de ácido de sulfuro y en cumplimiento con ASTM y NACE o equivalentes.
8.1.4.4.2 Los materiales para la caja de alojamiento del cambiador de calor, incluyendo conexiones y piezas de transición deben ser de acero al carbono, con resistencia a la temperatura máxima de los gases de escape y a la corrosión por ácido de sulfuro y en cumplimiento con ASTM y NACE o equivalentes.
8.1.4.4.3 Otros materiales para los componentes, antes descritos, con antecedentes de haber sido utilizados con éxito en los sistemas de recuperación de calor bajo condiciones de sitio similares a los solicitados también son aceptables, con autorización del soporte documental previo.
8.1.5 Condiciones de operación en sitio
8.1.5.1 La turbina de gas y todos sus sistemas y componentes auxiliares se deben diseñar y fabricar para operar en ambiente marino dentro de los límites de aguas territoriales y de la zona económica exclusiva mexicana. En el diseño y la fabricación de la turbina de gas se debe tomar en cuenta que ésta debe ser instalada sobre la estructura metálica de una plataforma marina.
8.1.5.2 Las partes internas de la turbina de gas deben estar protegidas contra el ambiente salino, húmedo y corrosivo del sitio, con un recubrimiento para ambiente marino que permita la operación a velocidad y temperatura máximas continuas permisibles, sin desprenderse.
8.1.5.3 A menos que se especifiquen otras condiciones de operación en sitio en las hojas de datos, la turbina de gas y sus componentes y sistemas auxiliares se deben diseñar para operar en forma continua y a capacidad de potencia máxima bajo las siguientes condiciones:
a) Presión atmosférica: 101,35 kPa (14,7 psia). b) Temperatura normal promedio: 306,15 K (33 °C). c) Temperatura máxima promedio: 311,15 K (38 °C). d) Temperatura mínima promedio: 293,15 K (20 °C). e) Humedad relativa: 95 por ciento.
f) Velocidad máxima del viento en condiciones de tormenta: Esto debe cumplir con los criterios indicados en el anexo A de la NRF-003-PEMEX- 2007.
g) Clima: Tropical, húmedo y salino.
h) Clasificación de área: Clase I, División, II, Grupo D (de acuerdo con la NRF 036-PEMEX- 2003). i) Instalación: A la intemperie.
8.1.6 Vida útil y flexibilidad de actualización o repotenciación
El diseño y fabricación debe tener la flexibilidad para realizar la actualización o repotenciación de la turbina de gas durante los primeros 15 años de su vida útil (ver 6.1).
8.1.7 Experiencia en campo en accionamiento mecánico
8.1.7.1 No se aceptan prototipos de turbinas de gas o modelos que estén en etapa de desarrollo o prueba. Se requiere que del modelo de turbina de gas cotizado, existan al menos tres unidades con un año de operación en accionamiento mecánico en campo, acumulando entre ellas 24 000 horas de operación (no solamente de instalación). Se prefiere la turbina de gas que incorpore mejoras en diseño y tecnología, con base en experiencias exitosas de campo realizadas al modelo cotizado. El proveedor debe documentar en su cotización tales experiencias, indicando: cantidad de horas de operación, aplicación, condiciones de operación en sitio y las mejoras al diseño que se están incorporando.
8.1.7.2 No se aceptan turbinas de gas de modelos obsoletos (dados de baja por el proveedor) y/o de más de una generación de atraso con respecto a la última generación del modelo del fabricante que se encuentre en servicio en campo. El proveedor debe incluir en su propuesta la certificación de (emitida por un organismo de certificación aprobado por ema) que no está suministrando una turbina de gas obsoleta ni dada de baja.
8.1.8 Rangos de potencia y velocidades a condiciones de sitio
8.1.8.1 La turbina de gas conjuntamente con sus sistemas y componentes auxiliares se deben diseñar y fabricar para operar en forma continua y estable (con todos los parámetros dentro de los límites permisibles) a capacidad de potencia máxima y debe entregar potencia neta (después de deducir pérdidas y consumos por equipos auxiliares) en la flecha de al menos 1,1 veces pero no más de 1,25 veces la potencia requerida por el equipo accionado en el punto con la potencia al freno kW más alta requerida, de los puntos especificados en sus respectivas hojas de datos.
8.1.8.2 El proveedor debe indicar en las hojas de datos la potencia desarrollada por la turbina de gas a condiciones ISO y a condiciones de sitio considerando el poder calorífico inferior del gas combustible especificado en las hojas de datos. Así como también para los demás tipos de gas combustible, en caso de que se especifique más de uno.
8.1.8.3 La turbina de gas debe tener la capacidad para desarrollar establemente, a condiciones de sitio, un amplio rango de velocidades, para cubrir todos los puntos de operación especificados en las hojas de datos del
equipo accionado y todo el rango de operación estable de este mismo equipo o del 50 por ciento al 105 por ciento de la velocidad nominal de la turbina de gas, el que sea mayor.
8.1.8.4 El proveedor debe mostrar en curvas de operación y en las hojas de datos de la turbina de gas, a condiciones de sitio: el rango de velocidades, la potencia nominal en sitio y neta desarrolladas, el consumo específico de combustible y la temperatura de los gases de escape. También debe indicar las pérdidas de potencia en los sistemas de admisión de aire, gases de escape y sistemas o componentes auxiliares.
8.1.8.5 El proveedor es el único responsable del comportamiento operacional en sitio del conjunto formado por la turbina de gas y sus sistemas y componentes auxiliares.
8.1.9 Nivel de automatización y flexibilidad operativa
8.1.9.1 La turbina de gas y sus sistemas y componentes auxiliares se deben diseñar y fabricar para arrancar, operar y parar en forma totalmente automática, excepto en las operaciones transitorias (arranque y paro normales) y situaciones de emergencia, donde se debe tener la opción de que el operador intervenga manualmente. El proveedor debe indicar en forma detallada en un apartado de su cotización o propuesta y en la hoja de datos de la turbina de gas, la cantidad máxima y calidad de cada uno de los servicios que requiere para operar en forma continua, autónoma y automática.
8.1.9.2 El diseño y fabricación de la turbina de gas debe tener la flexibilidad para operar con diferentes composiciones de gas combustible, esto aplica particularmente para la cámara de combustión, boquillas de combustible así como para los demás componentes del sistema de gas combustible. No se deben cambiar componentes del sistema de gas combustible cuando se utilicen diferentes composiciones de gas combustible sólo se deben efectuar ajustes o recalibraciones de esos componentes en sitio. El proveedor debe indicar en su propuesta los límites mínimo y máximo del poder calorífico inferior y ± 10 por ciento y del índice de Wobbe del gas combustible que puede ser admitido en la turbina de gas.
8.1.9.3 Se deben tener elementos o componentes redundantes en algunos sistemas para operar continuamente en caso de falla del elemento principal. Especialmente en el sistema de control el proveedor debe suministrar elementos redundantes que releven a los elementos con una vida promedio de menos de tres años, al respecto el proveedor debe presentar en su propuesta la lista de componentes o elementos que cuentan con redundancia.
8.1.10 Mantenimiento
8.1.10.1 La turbina de gas y sus sistemas y/o componentes auxiliares se deben diseñar y fabricar para mantenimiento mínimo y económico y para facilitar las labores de inspección, revisión, limpieza y reemplazo de componentes de la turbina de gas en sitio, tales como: filtros o elementos filtrantes de aire, aceite y gas combustible, vidrios de nivel, instrumentación diversa, chumaceras, sellos y especialmente elementos internos de la turbina de gas. Partes mayores como la carcasa y cajas de chumaceras se deben diseñar y fabricar de manera que sea sencillo su desensamble y ensamble, así como su correcto alineamiento sin necesidad de utilizar algún tipo de instrumentación.
8.1.10.2 El proveedor debe suministrar las herramientas especiales, en caso de que sean necesarias para mantenimiento y reemplazo de partes en sitio. A menos que se indique lo contrario las herramientas se deben identificar y embarcar junto con el equipo principal.
8.1.10.3 Las carcasas del compresor, de la cámara de combustión y de las turbinas generadora de gases y de potencia, deben tener puertos suficientes para llevar a cabo inspecciones por medio de boroscopio.
8.1.10.4 El proveedor debe suministrar escaleras y pasillos con pasamanos dentro de los límites del paquete, fabricados con materiales de acero al carbono ASTM A-36 o equivalente, en lugares de difícil acceso para efectuar labores de operación y mantenimiento de la turbina de gas y sus componentes y sistemas auxiliares, principalmente en los sistemas de admisión de aire y gases de escape. Estos arreglos se deben mostrar en los dibujos dimensionales del paquete.
8.1.10.5 En la propuesta del proveedor se debe indicar claramente las dimensiones requeridas para extracción de los componentes sujetos a mantenimiento en sitio.
8.1.10.6 En la propuesta del proveedor se deben indicar claramente (nombre o descripción de la parte, parte principal o sistema al que pertenece, costo unitario y costo total, entre otros) las partes o juegos de repuesto para arranque, indicados para dos años de operación, para utilizar en los mantenimientos a los equipos principales y auxiliares (los cuales se deben trasladar posteriormente a los manuales de partes de mantenimiento).
8.1.11 Servicios auxiliares
8.1.11.1 Todo el equipo eléctrico del paquete compuesto por la turbina de gas y sus sistemas y componentes auxiliares se deben diseñar y fabricar para operar a las condiciones de sitio indicadas en el numeral 8.1.4 de esta norma y de acuerdo con la clasificación del área (ver norma NRF-036-PEMEX-2003).
8.1.11.2 Todos las líneas de drenajes del paquete deben terminar en forma bridada hasta los límites de la base o patín y se deben identificar (diámetro, servicio y material de fabricación) por medio de letreros grabados sobre placas de acero inoxidable, las cuales se deben atornillar a la base o patín.
8.1.11.3 Todas las líneas de servicios auxiliares para productos que entren o salgan del paquete, tales como: gas combustible, gas de arranque, aire, agua, aceite y otras que se requieran; deben terminar con conexiones bridadas en los límites de la base o patín y cada una se debe identificar (diámetro, servicio y tipo de material) mediante letreros grabados, en bajo o sobre relieve, en placas de acero inoxidable que se deben atornillar a la base.
En el caso de puertos de conexión para servicio de lubricación deben contar con válvulas para facilitar la conexión de purificadores de aceite en situaciones que merezcan acondicionar el aceite por alto contenido de contaminantes. Se debe colocar como mínimo un puerto de muestreo con una válvula de 6 mm (¼ de pulg) de acero inoxidable en la línea de retorno.
8.1.11.4 El venteo del gas de arranque se debe conducir hacia un lugar seguro en la parte superior del paquete, en al menos 3,0 m (10 pies) por arriba de los filtros de admisión de aire, esto aplica cuando la cantidad de gas de arranque sea menor de 0,0141 millones de metros cúbico estándar por día 0,5 MMPCSD y cuando se exceda esta cantidad el proveedor debe suministrar los medios (soplador, eyector u otro medio mecánico) para integrarlo a la corriente de desfogue de la planta, dejando la línea bridada al límite de la base o patín. 8.1.11.5 Las líneas de venteo y/o desalojo del gas combustible proveniente del sistema de gas combustible deben terminar en forma bridada hacia los límites del patín o base y se deben identificar de acuerdo a la NRF-009- PEMEX 2004.
El proveedor de la turbina de gas debe indicar en las hojas de datos y en su propuesta los servicios auxiliares que se requieren para la operación de la turbina de gas y del equipo accionado. Los requerimientos de los servicios para arranque, combustible, enfriamiento, lubricación y energía eléctrica se deben claramente especificar en cantidad y calidad.
8.2 Requisitos mínimos de diseño de los componentes de la turbina de gas 8.2.1 Carcasas sujetas a presión
8.2.1.1 Los valores de tensión periférica utilizados en el diseño de la carcasa para cualquier material no deben exceder los valores para dicho material establecidos en la Sección II del código ASME a la temperatura máxima de operación. Para materiales de fundición los factores especificados en la sección VIII División 1 del código ASME se deben aplicar. Las carcasas a presión de acero forjado, placa de acero rolado y soldado o tubería sin costura con cubierta soldada deben cumplir con las reglas de diseño aplicables de la Sección VIII División 1 ó 2 del Código ASME o equivalente.
8.2.1.2 Todas las partes sujetas a presión se deben diseñar para operar bajo las condiciones de presión y temperatura (simultáneas) más severas especificadas.
8.2.1.3 Se prefieren las carcasas divididas axialmente aunque las carcasas divididas radialmente son aceptables. Los ensambles o uniones entre las carcasas deben ser a metal sin empaques. Todas las uniones de las carcasas deben ser herméticas a la presión y temperatura de operación.
8.2.1.4 Las carcasas, los soportes y el patín o base se deben diseñar para prevenir cualquier distorsión dañina causada por la peor combinación de la temperatura permisible, presión, torque y fuerzas y momentos externos. Los pernos para soporte y alineación deben ser lo suficientemente rígidos para permitir que la máquina sea movida en forma lateral o axial por el uso de tornillos de nivelación. El diseño de la unidad también debe minimizar el desplazamiento de la flecha (de salida) entre las posiciones en caliente y frío.
8.2.1.5 El uso de orificios roscados en partes presurizadas se debe minimizar. Cuando sean utilizados y con el fin de prevenir fugas se debe agregar en el fondo del orificio metal adicional suficiente al considerado para corrosión.
8.2.1.6 Los pernos se deben suministrar como se especifica en los cuatro puntos siguientes:
8.2.1.6.1 Los detalles de las roscas se deben apegar a la norma de referencia NRF-027-PEMEX-2001, y las cuerdas de acuerdo a las ISO 261:1998, ISO 262:1998, ISO 724:1993 e ISO 965-1:1998.
8.2.1.6.2 Con espacios libres adecuados para permitir el uso de herramientas de uso común. 8.2.1.6.3 No se deben usar pernos internos del tipo cubo, tuerca acanalada o para llave inglesa.
8.2.1.6.4 La marca del fabricante, de acuerdo con el estándar apropiado (por ejemplo, ASTM), se debe localizar en todos los sujetadores de 6 mm (¼ de pulg) y mayores (excluyendo rondanas y tornillos sin cabeza). Para espárragos, la marca debe estar en el extremo de la tuerca del extremo expuesto del espárrago.
8.2.1.7 Se deben proveer suficientes orificios para inspección con boroscopio, que permitan una inspección completa de todos los componentes rotativos por donde pasa el gas, sin necesidad de desensamblar los componentes.
8.2.1.8 Se deben proveer tornillos de nivelación, vástagos guía y clavijas cilíndricas de alineación de carcasas para facilitar el desensamble y reensamble. Cuando se utilicen los tornillos de nivelación para separar superficies en contacto, una de las superficies debe estar rebajada (abocardada con fondo plano) para prevenir fuga en la unión o un ajuste inadecuado de la superficie. Los vástagos guía deben ser de longitud suficiente para prevenir daños a los internos o a los espárragos durante las maniobras de desensamble y reensamble de
la carcasa. Se deben suministrar orejas o tornillos de izaje para izar solamente la mitad superior de las carcasas.
8.2.1.9 Para los proveedores que no cumplan totalmente con los requisitos de velocidad de prueba de esta norma de referencia, el diseño de la carcasa y de los ductos deben permitir el balanceo en campo, por parte del proveedor, en los planos extremos de los rotores, sin la remoción de las partes mayores de las carcasas. 8.2.1.10 El diseño de las carcasas debe minimizar el desensamble de partes para mantenimiento de la cámara de combustión.
8.2.1.11 Las patas o apoyos del equipo que requieran ajustes para alineación en campo se deben suministrar con tornillos de nivelación y barrenos guías para enclavijado.
8.2.2 Cámara de combustión y boquillas de combustible
8.2.2.1 Todas las cámaras de combustión se deben suministrar con doble encendido. Las cámaras de combustión sin tubos de ignición transversales se deben suministrar con dos encendedores en cada cámara de combustión, excepto donde se use cámara de combustión anular sencilla con quemadores tipo simplex. Las cámaras de combustión sencillas deben tener un sistema piloto del combustible con encendido por chispa. 8.2.2.2 El diseño de las cámaras de combustión y las piezas de transición deben permitir el control de la distribución circunferencial y radial de la temperatura de los gases, tal que los componentes calientes cubran los requisitos de vida útil establecidos. El proveedor debe indicar en su propuesta la variación de temperatura máxima permisible en el plano de medición y definir dicho plano. En ningún caso la temperatura de los gases debe exceder los límites de sobretemperatura de la turbina especificados por el proveedor. Debe existir al menos un sensor de temperatura por cámara para máquinas con cámaras múltiples y no menos de seis transductores por máquina.
8.2.2.3 Las boquillas de combustible se deben remover, sin tener que desmantelar la cámara de combustión. No se admiten sistemas de combustible en los cuales se tenga que desmontar la turbina, cámara de combustión o flecha para su revisión, calibración o cualquier actividad de mantenimiento de los inyectores. Para combustible diesel, las boquillas se deben diseñar para operar sin erosión, sin taponar y sin carbonización, las cuales pueden requerir atención de servicio entre intervalos de mantenimiento programado. Las cámaras de combustión y las boquillas de combustible se deben diseñar y calibrar para permitir intercambios aleatorios de boquillas nuevas, sin necesidad de calibración y ajuste de flujo o caída de presión en campo.
8.2.2.4 Cuando sean utilizadas boquillas de combustible duales, el proveedor debe indicar en la propuesta cualquier requerimiento de purga o enfriamiento continuo de las boquillas fuera de operación.
8.2.2.5 Se deben hacer previsiones para la inspección de componentes de la cámara de combustión, en la propuesta del proveedor se debe indicar el suministro del equipo especial y de desensamble requerido para la realización de la inspección.
8.2.2.6 El proveedor debe indicar en su propuesta la flexibilidad del sistema de combustión propuesto, notificando los límites máximos y mínimos del índice Wobbe del sistema de combustión.
8.2.3 Conexiones de la carcasa
8.2.3.1 Las conexiones de entrada de aire y de gases de escape de las carcasas sujetas a presión deben ser bridadas o maquinadas y adecuadas para la presión positiva o negativa de trabajo de la carcasa, como se definió en el numeral 6.42 de este documento.