Text: Kjell-Arne Larsson

Ångturbindagarna är ett arrangemang som startade 2011 och har utvecklats till det givna forumet för alla som driftar och underhåller ångturbiner, och dessutom serviceföretag som anlitas av anläggningsägare. Arrangemanget bygger ett nätverk mellan landets kraftvärmeanläggningar och etablerar kontakter med flertalet förekommande turbinleverantörer.

AForumet arrangeras av Anders Linnakangas och Thomas Berglund som också står bakom företaget TurbinePro – ett konsultföretag som arbetar med inspektioner, utredningar och utbildningar, när det handlar om ångturbiner och synkrongeneratorer.

I nätverket samlas deltagare från landets kraftvärmeanläggningar hos både energiföretag och massabruk. Man lyssnar på aktuella föredrag och flera av de representerade företagen går igenom incidenter och skador som inträffat sedan sist.

Skademekanismer i turbiner

Vi fick bland annat höra ett föredrag om skademekanismer som kan drabba turbinanläggningar. Presentatör var Magnus Hellsing, vd för Materiex i Borlänge. Företaget gör utredningar av haverier och skador, där industrier och försäkringsbolag är kunder. Dessutom utförs material- och ytanalyser för flera branscher. I företagets laboratorium finns bland annat svepelektronmikroskop och ljusmikroskop, det senare även i en version för stereobilder. Kemisk analys görs med bland annat Auger elektronspektroskop. Ytor kan analyseras till några atomlagers djup. Beträffande mekanisk provning utförs dragprov och mätning av hårdhet.

Magnus Hellsing berättade om flera skademekanismer. En sådan mekanism är kryp, vilket är en långsam plastisk deformation som kan drabba ångturbinkomponenter vid temperaturer över cirka 400 °C. På ett atomärt plan (kristallgittret) förklarade han skillnaden mellan elastisk deformation – där materialet återtar sin form när lasten lättar – och plastisk deformation där formförändringen kvarstår. Ett exempel visade kryp i fästskruvar i en labyrintskiva i en ångturbin.

Hög- och lågcykelutmattning

Maskindetaljer kan drabbas av högcykelutmattning, som beror på kombination av spänningskoncentration och pulserande belastning. Sådan belastning kan vara en följd av vibrationer som uppstår när man passerar kritiskt varvtal vid start/stopp av turbinanläggning. Magnus Hellsing visade exempel på utmattningsbrott av en generatorrotor.

Vidare fick vi se bilder av en skada på grund av lågcykelutmattning, gällande axeländen på en turbin. Brottet hade skett efter ungefär 100 lastcykler. Genom undersökning av brottytor och material kan Materiex skilja på hög- och lågcykelutmattning.

En skadetyp som kan drabba turbiner är också alkalisk spänningskorrosion. Den kallas alkalisk därför att den sker i alkalisk miljö där hydroxidjoner angriper stålet. Samtidigt är detta utsatt för hög dragspänning under lång tid. Ett exempel visade spänningskorrosion vid skovelinfästningar.

Notera att ett flertal faktorer – ensamma eller i kombination – kan initiera eller förstärka en skademekanism. Här kan nämnas att exempelvis spänningskoncentrationer kan bero på geometri (bristfälligt konstruktionsarbete) och gjutfel. Det är därför viktigt att agera förebyggande och inte enbart tillämpa materialkunskaper när ett haveri redan skett.

Vibrationsövervakning och fjärranalys

Adam Napiorkowski och John Andersson från Siemens Energy berättade om övervakning av vibrationer i ångturbiner med kringutrustning. Vi fick veta vilken utrustning som behövs och hur mätningarna går till, samt fick exempel på utfall och analyser. Siemens erbjuder också tjänsten fjärrövervakning, och för närvarande finns uppkoppling från Siemens i Sverige till 189 ångturbiner ute i världen.

Bently Nevada (Baker Hughes) presenterade utrustning och tjänster för maskindiagnos av ångturbiner, växellådor och generatorer. Diagnosen baseras på vibrationsanalys, temperatursensorer och andra typer av sensorer. En jämförelse gjordes mellan Orbit 60 och 3500, samt hur system S1 kan byggas upp, lokalt på sajt eller för fjärranalys. Presentatörerna gick igenom ett flertal case och slutligen rekommenderades två böcker: Fundamentals of Rotating Machinery Diagnostics (med Donald E Bently som författare) och Machinery Malfunction Diagnosis and Correction.

Lasersvetsning av turbinskovlar

Vi fick också höra om möjligheterna med lasersvetsning, som presenterades av Carl Möller, tidigare TGS Fortum, en verksamhet som sedan årsskiftet i form av företaget TGS tillhör Elcoline.

Lasersvetsning har tidigare varit komplicerad och den krävde nästan laboratoriemiljö för att kunna utföras med jämn kvalitet. Idag är metoden väl utvecklad och används både manuellt och med robotar, både i verkstad och på sajt. Lasersvetsning har en rad fördelar. Nästan alla stållegeringar kan svetsas, liksom aluminium, koppar, brons, titan med flera metaller och legeringar.

Påverkan på grundmaterialet är liten och möjligheterna är stora att välja tillsatsmaterial. I många lägen står valet mellan lasersvetsning och metallisk sprutning eller slunggjutning (glidlager). Den förstnämnda ger metallurgisk bindning med komponenten, vilket inte gäller de andra. Sprutningar blir ganska porösa, medan lasersvetsning ger homogena pålägg.

Med rätt tillsatsmaterial erhålls ett förbättrat erosionsskydd med längre livslängd som följd. Det finns nästan inga begränsningar gällande komponentstorlek, däremot är skikttjockleken begränsad, oftast till 5 mm.

När det handlar om turbiner används metoden för delningsplan, lagergångar, rotorkopplingar, ventilspindlar, ventilsäten, bussningar, skovlar med mera. Carl Möller visade hur erosionsskador på avloppsskovlar reparerades. Skadorna gick ner till 5–10 mm djup. Skovlarna var tillverkade av X20Cr13 (rostfritt stål med 13 % krom) och tillsatsmaterialet var Colmonoy 62-SA (en nickellegering med 14 % krom). Samtliga skovlar svetsades. Därefter skannades de och jämfördes med en 3D-modell och slipades till rätt form. Sedan skannades samtliga skovlar för slutlig kvalitetssäkring.

Med lasersvetsning går det att klara många reparationer som tidigare varit svåra och dyra att utföra. Att laga erosionsskador går utmärkt, men däremot är det inte möjligt att åtgärda sprickor i skovlar.

Leverera stödtjänster?

Niclas Krantz från Solvina samt Magnus Johansson och Johan Wing, båda från Siemens Energy, berättade om ångturbinanläggningars möjligheter att sälja stödtjänster till Svenska Kraftnät. De båda företagen samarbetar och erbjuder en paketlösning för anläggningar där man överväger att leverera stödtjänster. Solvina och Siemens Energy hjälper till med allt från förstudier, till planering och slutligen att komma igång. Företag som ansöker hos SvK och blir förkvalificerade, förpliktigar sig inte att alltid leverera, men får möjlighet att buda.

– Vår paketlösning innebär att vi hjälper till att anpassa anläggningar till stödtjänsterna, att optimera regleringen och genomföra kvalificeringsprocessen, berättar Niclas Krantz.

Det finns sex etablerade stödtjänster. FFR är för snabbt avhjälpande, och inte aktuellt för turbinanläggningar vi har i åtanke idag. FCR har tre typer av frekvenshållningsreserver, medan FRR har två typer av frekvensåterställningsreserver.

Den förstudie som görs undersöker vilka stödtjänster som varje turbin kan erbjuda och vilka investeringar/åtgärder som behövs. Man implementerar reglerfunktioner i turbinregulator och övriga processreglersystem. Efter åtgärder görs kvalificeringsprov och eventuell intrimning.

Att driva sin anläggning så den levererar stödtjänster påverkar ångsystemet.

– Bland annat måste man tänka på anläggningens möjlighet att ta hand om ångöverskott från turbinen, och möjligheten att ha ett ångöverskott vid drift för att turbinen ska kunna mata ut mer effekt vid behov. Till hjälp finns exempelvis ett blockbibliotek utvecklat för Siemens PCS7 som kopplas mot befintlig effektregulator, berättar Magnus Johansson.

Ö-drift

Niclas Krantz berättade också om förutsättningarna för ö-drift. Att elproducerande anläggningar kan fungera avskilt från omvärlden är viktigt ur beredskapssynpunkt, för att kunna upprätthålla driften i en fabrik eller förse en hel stad med nöd-el. Vid normal drift kopplad till lokal- och regionnät, hjälper dessa till att stabilisera frekvensen. Vid ö-drift däremot måste frekvensen hållas lokalt.

Generellt sett är ångturbinanläggningar ganska bra för ö-drift, men en lång rad tekniska och organisatoriska krav måste uppfyllas, bland annat automatik för spänningsupptagning/fasning, och väl intrimmad utrustning för frekvens och spänning. Test av anläggningen kan göras vid olika laster.

Vi fick också veta vad som gäller för att uppfylla EU 2016/631 förordning om fastställande av nätföreskrifter med krav för nätanslutning av generatorer, RfG – Requirements for Generators. RfG ingår i ett system med koder för elkraft och elmarknad. För det svenska nätet beskrivs förutsättningar i Energimarknadsinspektionens föreskrifter om fastställande av generellt tillämpliga krav för nätanslutning av generatorer EIFS 2018:2. Alla som bygger nytt eller förnyar avgörande delar av sin anläggning måste följa RfG.

Hur utbilda personal?

Branschen har stort behov av ny personal närmaste åren. Den senaste kartläggningen över kompetensbehovet som Energiföretagen Sverige utförde (2022) visade att drygt 1700 tekniker och ingenjörer kommer att gå i pension de närmaste tre åren, och att totalt cirka 8000 beräknas rekryteras under samma period. Hela 76 procent av de svarande behöver ersätta de flesta eller samtliga av de som går i pension. Ungefär 65 procent av företagen bedömer att de kommer att öka antalet anställda på tio års sikt.

Så hur utbilda och rekrytera alla nya som behövs? Ulf Söderlind som är utbildare/utvecklare hos Heta Utbildningar Yrkeshögskolan i Härnösand, belyste problem och möjligheter, samt kom med ett antal förslag:

– Jag ser svårigheterna att hitta kompetens. Det började kanske för tio år sedan med större pensionsavgångar. De som slutade hade haft stor lojalitet med sina arbetsgivare, men inte fått uppskattning och en lön som motsvarade kompetens. Detta skapar problem vid rekrytering eftersom man får svårare att möta lönekrav från personer med rätt profil.

Yrkeshögskolans utbildning till drifttekniker erbjuder 275 platser där bara hälften utnyttjas. Ungefär 60 procent klarar utbildningen, vilket innebär att bara 83 tar examen. En del studerande anställs innan de gått klart. Ett gott råd till företagen är att undvika detta. De som lyckas ta examen behöver sedan ett bra mottagande hos sin kommande arbetsgivare; on-boardingen måste lära ut bland annat systemförståelse för varje anläggning. Det ställs särskilt stora krav på on-boardingen för elever från distansutbildningar, eftersom labtimmarna där är begränsade.

Forcerad utbildning

Utbildningsformen Accelerated Learning, är mycket intensiv och ställer extrema krav på arbetsmoral hos eleverna, och där urvalsprocessen är mycket viktig. Det är ett snabbutbildningsspår som bemanningsföretag nyttjar för att ”skapa” konsulter att hyra ut till branschen. Accelerated Learning är betald utbildning utan examen. Medelåldern på eleverna är relativt hög och de flesta är yrkesbytare.

Tursamt så är energibranschen öppen för flera alternativa lösningar. Ulf Söderlind skissade på ett förslag till en tre terminer lång utbildning som inkluderar en sommar med sommarjobb. Detta skulle kunna bli branschens ”elitskola”. Han visade också hur finansieringen kan gå till. Om företagen kan locka med anställning, lånefri utbildning och med riktig examen borde detta alternativ bli attraktivt.

– En lösning kan vara att ni kör teori på er ort och gör laborationerna hos oss i Härnösand. Vi har landets största ångpannelabb med axialturbin med mera. Vi kan ge företagen den typ av kurs eller längre program som de vill ha om de tar kontakt med oss, det är inte låst till just detta förslag.

Detta erbjudande avslutade Ulf Söderlinds redogörelse för utmaningarna med kompetensförsörjning. Hög tid alltså för bruken och energiföretagen att se över behoven av utbildning och rekrytering, om de inte redan är på gång.

Tyvärr har sedan nyheten kommit att Yrkeshögskolemyndigheten dragit in medlen till driftteknikerutbildningen. Till hösten 2025 kan därför inga utbildningsplatser erbjudas. En chock som drabbar inte bara driftteknikerutbildningen.

Analysera och förebygg

Anders Linnakangas gav många goda råd under rubriken ”Hur undviker vi framtida problem?” Han vill inte att ni ändrar hur ni underhåller turbin och generator, men problemet är att ni får skador som ni inte går till botten med. Gör en rot-orsaks-analys! Hur ska ni åtgärda så att skadan inte uppkommer igen?

Ifall ni förlänger underhållsintervall, måste det finnas en ordentlig analys som motiverar förlängningen och anger när ni ska gå tillbaka till rekommenderade underhållsintervall. Använd riskreducerande åtgärder som vibrationsanalys, PD-mätning och endoskopi. Dokumentera och spara dokumenten, för er och för den personal som kommer efter er.

Gör tillståndskontroller för att minska riskerna i era maskiner! Här nämnde Anders bland annat att utvärdera driftdata (Ni har massor av data!!), att mäta lyftoljetryck under baxning, ta tid på synkronisering, utrullningstid med mera. Han tipsade också om att använda ultraljud för att spåra vakuumläckor och kontrollera ventiler, samt att göra en enkel vakuumläcksökning med koldioxid.

– Var mer ifrågasättande, en anläggning går inte sönder av sig själv. Känn din anläggning och våga jobba med den, betonade Anders.

Flera av de nämnda metoderna är enkla, andra svåra. Gällande vibrationsanalyser går det att göra en del själv med engagerad personal, anlita i övrigt expertis hos Siemens, Bently Nevada och Emerson. Tänk på att vibrationsanalys av maskiner med glidlager är extremt svårt.