問題： 湿気や熱帯雨に含まれる水分によって、高い差圧（dP）が発生するだけでなく、捕捉された粒子がフィルターを通過してタービンへのキャリーオーバーを引き起こし、3～5%のコンプレッサー効率損失と15～20%の電力損失を引き起こします。
解決策： ドナルドソンのTurbo-Tek Er5|W5|P1高水密性フィルター
結果：
- 12か月と比較し、フィルター寿命は18か月から48か月へと3倍に増加し、効率損失は最大で10%
- 高湿度または熱帯雨の時期における水分バイパスなし
- アキシャルコンプレッサー効率や発電における損失なし
- 水洗浄はオフラインのみに削減
熱帯気候に位置する某液化天然ガス（LNG）プラントは、ドナルドソンのガスタービンシステムによる水密性の高いエアフィルトレーションを使用することで、4年にわたって成功を収めてきました。 このケーススタディは、湿気の水分や空気中の汚染物質にお困りの高湿度な熱帯気候沿岸部に位置する他の石油精製所や発電所に適用できます。
このケーススタディで取り上げたLNGプラントは、海底パイプラインを介してティモール海のオフショア輸出施設につながっています。 グローバルな大手石油・ガス会社が所有するこのプラントでは、GE LM2500 G4エンジンを6台使用し、タービン2台をプロパン冷凍用、2台をエチレン冷凍用、2台をメタン冷凍用に備えています。
施設の6台のタービンエンジンでは、空気中の汚染物質をフィルトレーションし、クリーンな吸気を提供するために、合計720個のフィルターエレメントペアが必要となります。 この沿岸地域の熱帯気候は、深刻なフィルトレーションの問題を引き起こす可能性がありました。 夏の時期には、相対湿度が80%になり、熱帯雨や塩分を含んだ空気が発生します。 乾燥した冬の季節には、地域の山火事からの大量の煙と灰によって空気も汚染されます。 水分のキャリーオーバーが発生すると、ブレードの汚れや機器の早期摩耗を引き起こす可能性のある粒子がもたらされる傾向があります。
2014年、このLNGプラントでは、 当時のタービン業界では最先端の技術であったプレミアム合成F9 MERV 15フィルターを使用していました。 エレメントは以前の混合F9 MERV 15フィルターよりも効果的に機能していましたが、差圧（dP）とフィルター寿命に関しては依然として性能の問題に直面していました。
同プラントで回転機器を担当する主任エンジニアは次のように語っています。「フィルターがすすの粒子を捕捉していました。 これらの汚染物質の多くは、サイズがサブミクロンのため、フィルターを通過してアキシャルコンプレッサーのブレードに付着していました。」
差圧の上昇とアキシャルコンプレッサー効率の低下から、依然として大量の水分がフィルターを通過していること、同時にすす、煙、塩などの汚染物質が通過していることが分かりました。 その結果、ブレードにファウリングが発生したのです。つまり、機械的不均衡によりアキシャルコンプレッサーで効率損失が起きていました。 この施設での効率損失は、12か月間で3%から5%の範囲でしたが、これは重大な電力損失に相当します。
「湿気による最大の問題は、高い湿球温度のせいで電力が失われてしまったという事実です」とエンジニアは説明しました。 「当社のプラントのスループットは、湿度の高い気候によって、すでに15%から20%低下していました。つまり、フィルター差圧（dP）による障害がさらなる問題として追加されたのです。
トップケースをタービンから取り外してブレードを手作業で清掃するか、修理のためにブレードを外すかというところまで来ていました。」
夏の雨季の停電を乗り切るために、プラントでは水洗浄を完了させましたが、これには追加のメンテナンスと人件費が伴いました。 オフラインでの洗浄には6名のスタッフが丸1日がかりで、オンラインでの洗浄には2名のスタッフが数日間にわたって作業する必要があります。
ただし、水洗浄は電力劣化の一時的な解決策にすぎませんでした。 洗浄を行うとその都度電力は部分的に回復しましたが、洗浄サイクルを繰り返していくうちに回復力は弱まっていきました。 その結果、18か月で、720個のフィルターペアが適切な発電のサポート能力を失い、交換を余儀なくされました。
これらの課題に対処するために、LNGプラントでは2015年に、新しいドナルドソンの高水密（H）EPA等級のTurbo-Tek Er5|W5|P1メディアをトライアルで使用することを決定しました。 お客様は、6台のLNGタービンのうち4台にTurbo-Tek Er5|W5|P1フィルターを設置しました。そして並列性能比較を行うために、他の2台のタービンでは既存のF9技術を維持しました。
この変更により、9か月後にタービンの保護が大幅に改善されました。これは、高水密フィルターを動作させているタービンのdPおよびコンプレッサー効率データによって示されています。dPは、夏の期間やフィルター寿命を通じて安定しており、アキシャルコンプレッサー効率もほとんど損なわれませんでした。
このトライアルに基づいて、LNGプラントは6台のタービンすべてを高水密（H）EPA Turbo-Tek Er5|W5|P1フィルターに交換することを決定し、それ以降、他のLNG施設でも変更を進めていきました。
トライアルの4年後となる2019年後半までに、LNGプラントのすべてのTurbo-Tek Er5|W5|P1フィルターは本来の性能を維持することができました。 エンジンはアキシャルコンプレッサー効率でほぼ0%の損失を維持し、プラントではオンラインの水洗浄を廃止することになりました。
注目すべきことに、2019年12月の時点で、プラントでは2015年に設置した初代のTurboTek Er5|W5|P1フィルターを今でも使用していました。dPのわずかな上昇を減らすために、36か月の時点でプレフィルターラップを1回交換しただけで済みました。 このプラントではフィルター寿命が18か月から48か月に延び、フィルターやメンテナンスコストが大幅に削減されたのです。
「F9 Spider-Web XPフィルターからE12 Turbo-Tek Er5|W5|P1高水密フィルターに変更したことは、現状のコンプレッサー効率を低下させることなく、洗浄する必要がないという点で、業務は大幅に改善されました」とこのエンジニアは述べています。 「雨季を通してタービンをクリーンに保つことができれば、それだけ生産を維持できます。 このフィルターのおかげで、アキシャルコンプレッサーは非常にクリーンな状態に保たれています。また、フィルターが長持ちするという予期せぬメリットもあり、素晴らしい結果を得ることができました。 この結果に満足しています。 Turbo-Tek Er5|W5|P1高水密フィルターへの投資に対する見返りは間違いなく納得のいくものです。」
さまざまな条件に基づいてフィルトレーション ソリューションを選択することは、効果的かつ効率的な運用を行うのに役立ちます。 各工場が簡単にフィルターを選定できるよう、ドナルドソンは2018年に、Turbo-Tekガスタービン用フィルターライン向けにEr|W|P評価システムを導入しました。 ドナルドソンは、水密性とパルス能力に関する業界初のラボ試験を使用して、次の3つの特性について各フィルタータイプを0から5ポイントのスケールで評価しています。
- 効率（Er0からEr5） - 空気中の汚染物質の捕捉率。
- 水密性（W0からW5） - 高湿度と水分の処理方法。
- パルス能力（P0からP5） - 自動洗浄式システムに関連。 圧縮空気でパルスクリーニングを行った後、フィルターがピーク性能まで回復する速度。
このケーススタディで取り上げたフィルターの評価はEr5|W5|P1です。 これは、このフィルターが最高の捕捉効率（Er5）、最高の水密性規格（W5）を誇っていること、また、デプス捕集フィルターであるため、ドナルドソンTurbo-Tekラインのガスタービン用フィルターのパルス能力（P1）が低いことを示しています。
