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Identificazione e monitoraggio di corrosion pitting su turbine a gas,

industriali,operanti in ambienti Coastal, con utilizzo della tecnica 3D Probe.

Introduzione

L’introduzione della tecnologia di produzione di energia elettrica con centrali Turbogas in

Italia e nel mondo a partire, dai primi anni 60’e parallelamente l’adozione di turbine a gas

Heavy Duty nell’industria dell’O&G, ha fatto si che in Italia vi siano installate circa 180

turbine a Gas > 50 Mw. Molte di queste turbine a gas oggi (circa 100), operano in

ambienti marini ed in molti casi in siti dove si registra una elevata presenza di

aerosol/inquinanti in aria.

Questi aerosol (NaCl+) ed inquinanti Nox in presenza di una non corretta manutenzione

degli elementi filtranti interagiscono con i materiali di martensitici a precipitazione dando

origine a fenomeni quali quello del del corrosion pitting, che ha determinato in passato

rotture delle pale rotoriche che si sono rilevate catastrofiche.

La identificazione, il monitoraggio in una fase iniziale di fenomeni di corrosion pitting su

pale di turbine a gas, è quindi l’oggetto della presente memoria, nella quale confrontando 2

diversi metodi di investigazione superficiale, quale sia attualmente secondo le ns.

esperienze il metodo, più veloce ed accurato per identificare tali fenomeni, per pits hole

che hanno le dimensioni tra i 0,5-1 mm di diametro (visibile) tutto ciò senza smontare le

pale rotoriche a macchina chiusa, mediante l’utilizzo della tecnica di videoscopia di GE

denominata 3D Probe.

Immagine di Impianto LNG con TUGAS

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Immagini di tipici esempi di non corretta manutenzione degli elementi filtranti di una

turbina a gas.

Elementi filtranti cartucce – Tipo Pulse Jet con elevata presenza di polvere non eliminata.

Elementi filtranti cartucce – Tipo Pulse Jet – Dettaglio polvere non eliminata

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Ossido di Fe (Ruggine) su zona pulita –Camera Filtri – Fenomeno determinato da non

corretta manutenzione elementi filtranti.

Principi del processo di acquisizione immagini con tecnica 3D

Il principio di funzionamento della tecnica di acquisizioni immagini 3D di GE è la

schematizzato nella immagine che segue :

La misura di fase 3D si basa sul principio in uso nella tecnica di misura ottica applicata

alla metrologia conosciuta come “Phase Shifting “.

Questa tecnica consiste nella proiezione sequenziale di tre o piu di linee, sulla superfice

da esaminare e della loro “cattura”/digitalizzazione mediante una camera digitale CCD

dedicata.

Queste immagini sono poi processate usando il sistema della triangolazione per produrre

una mappa 3D della immagine della superfice cosi acquista.

Con questa metodologia la camera CCD proietta una serie di linee di ombra sulla

superfice oggetto dell indagine, queste linee sono analizzate mediante uno speciale

algoritmo che genera una mappa 3D della superfice che contiene per ogni punto le

coordinate di X,Y, e di Z, fornendo contestualmente una nuvola di punti che può essere

utilizzata per ulteriori successive analisi.

Il sistema di misura di 3D processa i dati dell’immagine al fine di valutare la bonta del

risultato finale prima della sua completa acquisizione, e della generazione della mappa 3D.

Questa funziona “integrata” nel processo, e facilità quindi, il compito agli operatori, in

quanto aumenta la produttività in quanto impedisce di acquisire immagini che non

siano”UTILIZZABILI” nella successiva fase di elaborazione e creazione della mappa 3D

a causa di difetti nella sua fase di acquisizione iniziale, che sono quelli descritti di seguito.

Limitazioni nell utilizzo del sistema 3D. Gli errori durante l’acquisizione dell immagine possono essere i seguenti :

• L’area dove si effettua la misura non è stata acquisita a causa di un basso livello di

illuminazione,

• L’immagine non è stata acquisità a causa di una eccessiva quantità di luce riflesa

(specchio)

• L’immagine non è stata acquisita a causa di un non corretto angolo tra la camera

CCD e la superfice dell oggetto da acquisire

• L’immagine non è stata acquisità a causa di una eccessiva distanza tra la camera

CCD e la superfice.

Questi “errori” sono segnalati all’operatore sullo schermo mediante una

identificazione/marcatura di colore rosso delle zone, il sistema non ha acquisito sufficienti

informazioni.

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Questa situazione avvisa l’operatore che se prosegue nella acquisizione della misura,

questa sarà solo relativa alle zone non di colore rosso.

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Questa tecnica di misura è indicata in tutte quelle indicazioni di carattere lineare e non

come ad esempio :

• Indentazioni

• Cricche (Indicazioni lineari aperte)

• Pits

• Danneggiamnti da urti con altri oggetti

• Erosione

• Delaminazione

Ed in genere per tutte quelle indicazioni di natura superficiale e lineare e non, che si

possono avere in ambito Industriale, che necessitano di una raccolta dati non solo di natura

2D (2 dimensioni es Lungh.x Largh.) ma anche in tutti quei casi in cui la 3 Dimensione

(Z) e’ parametro fondamentale per le successive valutazioni, sulla vita del componente, e

sulla sua messa o meno in servizio.

Rappresentazione dei dati La modalità di rappresentazione dei dati acquisiti è la seguente :

Mappa 3D colorata (che mediante colori identifica la profondità rispetto al piano di

riferimento)

Mappa 3D (Points clouds/Nuvola di punti) a scala di grigi che genera un file formato STL

che può essere acquisito dai maggiori SW di calcolo agli elementi finiti in uso oggi sul

mercato.

Cross Section 2D il SW esegue una sezione che segue da sx a dx facendo lo 0 sui due

piani di riferimento scelti all inizio durante l’aquisizione dell immagine e generando in

automatico una sezione trasverale sulla linea della indicazione acquisita indicando in

automatico la prof max rilevata.

Il tutto su di una griglia a contrasto di colore di norma giallo su nero,indicando profondita

e distanze.

Questa immagine é dinamica, nel senso che l’operatore anche a questo punto della

elaborazione, definire una sezione di taglio diversa senza per questo dover di nuovo

acquisire l’ immagine dall inizio.

- FILMATO –

Materiali e attrezzature usati

I materiali utilizzati in questa attività sia sperimentale in Laboratorio e sia poi in site sono i

seguenti :

• Videoboroscopio XLG3

• Sonda 3D 6,1mm L=3Mt

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Luoghi per test sperimentali ed in site :

I test sperimentali sono stati effettuati nel Laboratorio del Team Field Inspection NDT

della divisione Global Service di GE O&G a Firenze.

La sua la validazione in site è stata fatta in Middle East e per la precisione in OMAN.

Nel periodo Maggio 2011 Aprile 2013.

Attività sperimentali ed obbietivi.

Le attività sperimentali sono state effettuate al fine di valutare se :

-con questa nuova modalità di indagine RVI sia + veloce fare una veloce ricerca e

caratterizzazione dei punti di corrosion pits sulle pale di TUGAS.

-Si possano limitare gli errori dovuti al fattore umano nell’utilizzo di tecniche quali ET.

-Si elimini la necessità di customizzare sonde per tecnica ET in base alla geometria.

-Si elimini la necessità di fare campioni di materiale identico a quello di esaminare

contenenti difetti artificiali, la successiva fase di certificazione del difetto impiantato e la

successiva calibrazione sul campione in sito.

Descrizione delle operazioni :Laboratorio di Firenze

Sono stati acquisiti 3 campioni di PALE rotoriche 1 Stadio in materiale Martensitico per

precipitazione che hanno lavorato per circa 24000 ore e che sono state sostituite per la

presenza di fenomeno di corrosion Pits rlevato mediante tecnica NDT di Eddy Current.

Su questa tipologia di componente/caratteristiche del sito oggi, con regolarità vengono in

presenza delle condizioni di lavoro ambiente ed inquinanti eseguiti i controlli con tecnica

ET con intervalli di circa 18 mesi oppure ogni 8000 ore per la ricerca di indicazioni

superficiali tondeggianti indicanti fenomeni di corrosion pitting.

I campioni sono stati identificati.

Marcate le zone che ad una indagine VT hanno evidenziato presenza di Corrosion pits

nelle 4 zone soggette a monitoraggio che sono :

• Bordo di entrata flusso

• Bordo di uscita flusso

• Raccordo sulla piattaforma

• Foglia

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Come definito nella immagine che segue.

Scansione delle 4 zone di ogni PALA con utilizzo della Sonda 3D con passate superficiali

da parte dell’operatore al fine di identificare aree con presenza di Pits superficiali.

Sequenza delle scansioni di ricerca “Pits” - RICERCA

Bordo di Ingresso flusso

Dall’alto verso il basso (distanza dalla superfice circa 20mm)

Bordo di Uscita flusso

Dall’alto verso il basso (distanza dalla superfice circa 20mm)

Raccordo sulla piattaforma

Da sx verso dx (distanza dalla superfice circa 20mm)

Foglia

Passate dal basso verso l’alto con spostamenti laterali di circa 15 mm (distanza dalla

superfice circa 20mm)

Zone di ricerca di Pits su PALA

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Una volta individuati Pits che hanno una forma come indicata come in figura seguente :

si è proceduto come segue :

Mappatura di tutti i pits point rilevabili:

Campioni in esame – 3 unita

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Identificazione delle aree soggette ad esame / marcatura – 3 unita

Immagine Pits (Tipico)

Si sono rilevati fenomeni di Corrosion Pits sia isolati e sia raggruppati.

I campioni cosi identificati sono stati ricontrollati mediante tecnica ET (Sonda di tipo :

Assoluto Freq. 1Mhz) e strumento ELOTEST Mod. B300.

Questi i dati con tecnica ET :

FILE NAME ID AREA PIT ID ET (0,5-1) Note

M02140012.JPG 0110 0110_1 SI Segnale definito

M202140015.JPG 0110 0110_2 NO Nessun segnale

M202140001.JPG 0130 0130_2 SI Segnale chiaro e definito

M202140002.JPG 0130 0130_5 SI Segnale definito

M20214005.JPG 0140 0140_1 SI Segnale definito

M20214009.JPG 0140 0140_4 NO NO

M20214008.JPG 0140 0140_5 NO Indicazione con segnale tra 0,5-0,25 mm

Questi i dati con tecnica VT 3D PROBE:

FILE NAME ID AREA PIT ID AREA

mm2

Max

Depth.

Cross

Section

Point

Clouds

3D Model

Color

M02140012.JPG 0110 0110_1 0,573 0,17 NA YES YES

M202140015.JPG 0110 0110_2 0,321 0,8 YES YES YES

M202140001.JPG 0130 0130_2 0,50 0,10 YES YES YES

M202140002.JPG 0130 0130_5 0,511 0,19 YES YES YES

0130_2

0130_5

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M20214005.JPG 0140 0140_1 0,837 0,05 YES YES YES

M20214009.JPG 0140 0140_4 0,416 0,18 YES YES YES

M20214008.JPG 0140 0140_5 0,291 0,14 YES YES YES

Risultati preliminari dell indagine comparativa sperimentale effettuata in

Laboratorio a Firenze.

La sperimentazione effettuata in laboratorio ha fornito le seguenti infomazioni :

• Fattibilità del controllo con tecnica VT 3D nella ricerca di corrosion pits su PALE

TUGAS con dimensioni tra 0,5-1 mm di Diam.

• Consistenza dei dati raccolti, mediante la misura delle indicazioni superficiali nelle

tre dimensioni (X,Y,Z).

• Potenziale utilizzo dei dati raccolti per analisi agli elementi finiti, con l impiego di

file STL automaticamente generati.

• Facilità di utilizzo dello strumento impiegato, senza necessità di tarature sul

campione.

Si procede quindi nella validazione dei sistema in sito in condizioni reali di indagine come

presenza di polvere, umidità elevata, temperature elevate etc.

Con la stessa configurazione dello strumento e stessi parametri utilizzati in laboratorio.

Acquisizione dati in Site

Marzo 2013 - OMAN

Accesso alla zona di lavoro – Sezione di Turbina a Gas

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Vista del passo d’uomo per accedere dentro l’Inlet Plenum

Preparazione delle superfici delle PALE 1 St.

Sequenza delle operazioni di pulizia / consumabili

Pulizia con scotch brite

Detergente (non alcalino + acqua)

Aria compressa

Stracci di cotone

Mappatura dei Corrosion Pits identificati e loro rappresentazione.

Immagine acquisita Raw -101-3

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Immagine Mappa 3D colorata-101-3

Immagine Mappa 3D Points clouds -101-3

Immagine Cross section -101-3

Conclusioni

Le conclusioni a cui siamo arrivati dopo queste due fasi che sono state (sperimentale e di

validazione metodo) sono le seguenti :

La tecnica per indagine superficiale per la ricerca di corrosion pits di tipo qualitativa

rimane la tecnica Eddy Current.

La tecnica di indagine superficiale per la ricerca di corrosion pits di tipo quantitativo è da

oggi secondo noi la tecnica 3D con indubbi vantaggi nella velocità di setup e assenza di

campioni,le geometrie da scansionare non sono una difficoltà, è veloce nell esecuzione e si

sono rilevate un numero minore di false indicazioni.

Desidero ringraziare il team di Field Inspection del Global Service O&G per il supporto operativo e

logistico fornito durante queste prove.

Nelle persone di Rossi Valerio,Giovanni Bechini e Paolo Mossa OPUS AUTOMAZIONE.

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Massimiliano Bandini