INFORME DE AUDITORIA TÉCNICA A CENTRAL GUACOLDA LIMITACIONES OPERACIONALES DE LAS UNIDADES 1 Y 2

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1 INFORME DE AUDITORIA TÉCNICA A CENTRAL GUACOLDA LIMITACIONES OPERACIONALES DE LAS UNIDADES 1 Y 2 REALIZADO POR: EUGENIO PARRA STOCKEBRAND 05 DE DICIEMBRE DE 2014 Revisión 0

2 CONTENIDO INFORME DE AUDITORIA TÉCNICA A CENTRAL GUACOLDA... 1 LIMITACIONES OPERACIONALES DE LAS UNIDADES 1 Y INTRODUCCION OBJETIVO DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN SOLICITUD DEL CDEC PARA PRACTICAR UNA AUDITORÍA TÉCNICA A CENTRAL GUACOLDA VISITA TÉCNICA A CENTRAL GUACOLDA ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN RECIBIDA EN LA CENTRAL GUACOLDA CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Página 2 de 19

3 1. INTRODUCCION Este informe técnico detalla las situaciones de los sobrecalentadores cuaternarios de las Unidades 1 y 2 de Central Guacolda, mediante una auditoría técnica efectuada el día martes 25 de noviembre del Esta auditoría se enfocó en comprobar si efectivamente el estado actual de los sobrecalentadores cuaternarios no permitiría variaciones de generación de estas unidades en forma frecuente, como consecuencia del estado metalográfico en que se encuentran. Las variaciones de generación de las unidades son consecuencia directa de la variabilidad de los aportes de unidades eólicas y solares en la Región de Coquimbo y la limitación de la capacidad de las líneas de transmisión entre la Zona Centro del SIC y el Norte Chico. 2. OBJETIVO Revisar junto al personal técnico de Central Guacolda las causas de las fallas y ver si impiden que las Unidades 1 y 2 puedan realizar variaciones de su generación con la dinámica que el CDEC lo requiriera. Página 3 de 19

4 3. DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN Las Unidades 1 y 2 de la Central Guacolda tienen una potencia bruta de 152 MW y se encuentran operando desde el año 1996 utilizando carbones bituminosos y sub-bituminosos, además de Petcoke. Imagen1. Especificaciones Técnicas de las calderas y vista de ellas. En los recientes años, han ingresado al SIC las plantas de generación eólica y solares, con un régimen de operación y generación variable a lo largo del día, lo que sumado a las restricciones del sistema de transmisión impactan en el régimen de operación de la Central Guacolda.. A la fecha se atribuye que estas variaciones de generación en las unidades de la Central Guacolda han originado fallas mayores en las calderas de las Unidades 1 y 2, debido a roturas de tubos de sus sobrecalentadores cuaternarios, cuya reparación implica varios días de intervención. Página 4 de 19

5 4. SOLICITUD DEL CDEC PARA PRACTICAR UNA AUDITORÍA TÉCNICA A CENTRAL GUACOLDA En atención a lo expuesto en el punto anterior, la Dirección de Operación del CDEC SIC (DO) requirió de una auditoría con el propósito de constatar si las restricciones operativas de las Unidades 1 y 2, informadas por su propietario, tendientes a reducir la flexibilidad de ambas unidades para variar su generación, son consistentes o no con las causas de fallas en las calderas. A raíz de todo lo anterior se pusieron a disposición del auditor las siguientes comunicaciones entre la DO y Guacolda S.A. (AES Gener): Comunicación 1: Carta de DO N 1182/2014 Ref.: Limitación de operación a plena carga de las unidades 1 y 2 de la Central Guacolda. - Se solicita los antecedentes de respaldo a las limitaciones operacionales. Comunicación 2: Fax N 27/2014 Ref.: Respuesta a carta DO N 1182/ Central Guacolda expone las causas de sus limitaciones para las Unidades 1 y 2 y explica el plan de acción correctivo. Comunicación 3: : Carta de DO N 1217/2014 Ref.: Auditoría Central Guacolda. - Se informa la realización de una auditoría a la Central con el objeto de examinar la situación en que se encuentran sus unidades y dimensionar el impacto de las limitaciones informadas. Comunicación 4: mail: Auditoría según carta DO 1217/ Se solicita disponibilidad de información técnica según detalle a continuación y se anuncia la visita por parte del CDEC-SIC a la Central Guacolda de Víctor Espinoza (Jefe Unidad CDC del CDEC-SIC) y Eugenio Parra (Auditor Externo del CDEC-SIC). - Detalle de la información requerida: Recopilación de información de respaldo a las limitaciones operacionales de las Unidades 1 y 2. Informes internos de fallas ocurridas en los últimos 24 meses. Planos del área de los sobrecalentadores afectados. Fotografías del daño producido en eventos anteriores y solución aplicada. Historial de operación de las unidades en cuestión, referente a los registros de temperaturas de los sobrecalentadores, en las condiciones de puesta en servicio, variaciones de generación y en carga estable. Registro de mantenimiento, inspección y recomendaciones del fabricante, manuales de operación. Revisión del plan de acción correctiva indicado por AES Gener para solucionar el problema de los sobrecalentadores. Página 5 de 19

6 5. VISITA TÉCNICA A CENTRAL GUACOLDA. El martes 25 de noviembre del 2014 se realizó la auditoría técnica a las instalaciones de Central Guacolda junto a los ingenieros de la planta: - René Opazo, Gerente de Planta. - Guillermo Segovia, Jefe División Operaciones. - Ernesto Valdés, Jefe División Mantenimiento. - Oscar Rodríguez, Jefe División Ingeniería de Centrales. Las actividades realizadas fueron las siguientes: Charla de Inducción en prevención de riesgos. Reunión de Apertura. Se indicaron los conceptos básicos y alcance de la auditoría y se confirmó el programa a desarrollar. Exposición por parte del personal de la Central Guacolda de los diferentes temas asociados a la situación presente para sus Unidades 1 y 2, relacionados a su poca flexibilidad para variar su generación al Sistema. Visita a terreno. Una vez terminada la exposición del personal de la Central Guacolda y realizadas las consultas aclaratorias para algunos puntos, se procedió a visitar las calderas de las unidades 1 y 2, en las cuales se pudo observar lo siguiente: o En la Unidad 2 se instaló un sistema compuesto de 20 sensores detectores de sonido, que discriminan el ruido normal, detectando ruidos atribuibles a roturas de tubos en las calderas y cuyas señales se ven reflejadas en una pantalla de la sala de control. Este sistema detecta tempranamente la rotura de algún tubo, confirmándose mediante el análisis de las señales e inspección externa de las calderas, así como también por el consumo de agua agregada al proceso. El sistema se encuentra desde hace pocos meses en operación y se informó que se espera instalar un sistema similar en la Unidad 1. Página 6 de 19

7 Imagen 2. Sensor de sonido instalado en caldera de Unidad 2. Imagen 3.Esquema con la distribución en terreno de los sensores de sonido en Unidad 2. Página 7 de 19

8 Imagen 4. Vista en pantalla de tendencias de sonidos en caldera Unidad 2de ellas. o En el taller de mantenimiento mecánico se mostraron algunos tubos que han sido retirados por causas de las roturas en los sobrecalentadores cuaternarios y cuyo destino ha sido su análisis mediante réplicas de la superficie de los metales en Mitsubishi Heavy Industries, Japón, además de solicitar análisis similares en la Universidad de Concepción e IDIEM (Instituto de Investigación y Estudio de Materiales de la Universidad de Chile). Página 8 de 19

9 Imagen 5. Tubo retirado de caldera por presentar daño por creep. Página 9 de 19 Imagen 6. Otro tubo retirado de caldera por presentar daño por creep.

10 Reunión de Cierre. Después de la visita a terreno, y que incluyeron las calderas, salas de control y otras dependencias, se sostuvo una reunión con el Gerente de Planta y el Jefe de División de Ingeniería de Centrales en que se compartieron aspectos relevantes de los temas tratados durante la visita a las instalaciones y se recibió por parte del CDEC-SIC información digitalizada de la exposición y otros datos que incluyen la presentación inicial. Finalmente se comentó el interés de la DO por estar informado de la evolución del plan de acciones comunicado vía Fax N 27/2014 el Página 10 de 19

11 6. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN RECIBIDA EN LA CENTRAL GUACOLDA La Central entregó 9 informes técnicos [1] al [9], en los cuales se detalla: título, fecha y autor, con una explicación resumida del contenido de cada uno de ellos. Estos documentos se entregan junto al presente informe como base de consulta si se requiriera mayores detalles. [1] Informe Preliminar Reparación Caldera U-1 por rotura de tubo, por Guacolda. En este informe se presenta la falla ocurrida a la Unidad 1 el día , por rotura en el panel N 5 del 4to. sobrecalentador. El trabajo de reparación consistió en retirar los tubos dañados por el impacto del vapor de alta presión, cabe hacer notar que en el panel 29 se eliminó el segmento F debido a que este elemento estaba afectado por creep. Se instalan termocuplas en la zona del penthouse para monitorear adicionalmente temperaturas en algunos tubos y así tener un mejor control de la situación. También se realizaron ensayos no destructivos (END) consistentes en: ultrasonido a los tubos para verificar sus espesores, medición de dureza y un ensayo de réplica para verificar el estado del metal, finalmente se aplican tintas penetrantes para detectar posibles fisuras. Imagen 7. Esquema de sobrecalentador cuaternario y tubo dañado. Página 11 de 19

12 [2] Informe de Falla de Sobrecalentador Cuaternario Central Guacolda Unidad 1, Junio 2014 por AES Gener. En esta ocasión se reporta dos eventos, el primero el día en el sobrecalentador cuaternario de la Unidad 1 y una segunda falla el día en otra sección del mismo sobrecalentador cuaternario. Se incluye el informe de CATOX e IDIEM sobre el ensayo metalográfico de los tubos de la caldera. Imagen 8. Esquema de sobrecalentador cuaternario y tubo dañado. Página 12 de 19

13 [3] Inspection Results of Boiler Pressure Parts Ash Erosion, por Mitsubishi Hitachi Power System Co., Ltd. Se reporta que las calderas se encuentran con algunos daños por erosión debido al paso de gases con un alto contenido de cenizas. La inspección recomienda reemplazar el panel primario del sobrecalentador e inspecciones continuas por la erosión debido a las cenizas, así como un plan de reemplazo del recalentador secundario y el economizador. Imagen 9. Informe con esquema de desgaste por gases con cenizas. Página 13 de 19

14 [4] Inspection Results of Boiler Pressure Parts Internal Scale Thickness Measurement, por Mitsubishi Hitachi Power System Co., Ltd. Se reporta el espesor de los tubos de la caldera Unidad 1, informándose que en algunos sectores tienen un espesor menor al original. Imagen 10. Informe con esquema de espesores de tubos en caldera. Página 14 de 19

15 [5] Inspection Results of Boiler Pressure Parts MLAS (Metallurgical Life Assessment system) por Mitsubishi Hitachi Power System Co., Ltd. Como resultado de esta inspección en el año 2014 se estimó que el daño por creep en el colector observado era menor al 50%, por lo tanto se calificó como no grave. Imagen 11. Informe metalúrgico de las calderas unidad 1 y 2. [6] Informe de fallas Unidades Complejo Guacolda, por Guacolda. Documento que describe las condiciones operacionales previas, causas y análisis de falla en desconexiones intempestiva de las Unidades de Central Guacolda. Página 15 de 19

16 [7] Unit 1 Boiler Inspection October 2013, por Alstom Power Alstom informa el estado de la caldera de la Unidad 1 centrándose en sus partes principales sometidas a alta presión de vapor y como resultado de esta inspección se realizaron algunas reparaciones menores, tomándose tubos de muestra para su análisis y medir el grado de ensuciamiento interior, por acumulación de sales minerales. Otro hallazgo incluye erosión severa de algunos tubos aledaños o circundantes a los sopladores de hollín. También se detectó una erosión menor en severidad en el área del economizador. Finalmente se reporta que la línea del circuito de agua de alimentación hacia el domo presentaba algunos desperfectos que fueron corregidos y que deben mantener seguimiento de control. Imagen 9. Esquema del informe de Alstom. [8] Boiler Inspection and Condition Assessment Guacolda Energy, por TGM. TGM informa que en esta inspección evaluó el estado de las calderas de las Unidades 1 y 2 de modo de dar respuesta a la causa de las fallas en los sobrecalentadores cuaternarios de éstas, además de comentar el estado de sus principales componentes del ciclo agua/vapor y del trayecto de los gases. En el informe se recomienda algunas reparaciones inmediatas y mantener un seguimiento de los hallazgos por daños incipientes. Página 16 de 19

17 [9] Guacolda Unit 1 Report of Field Inspection Results, por MHI. Mitsubishi, a través de su laboratorio especializado Yokohama R&D Center en Japón, efectuó una inspección de la Caldera de la Unidad 1 para cuantificar su daño por erosión y su vida remanente. Como resultado de las pruebas de dureza al sobrecalentador cuaternario MHI concluyó lo siguiente: La vida remanente del sobrecalentador cuaternario se estimó en alrededor de horas. Este valor de vida estimada es referencial, dado que el equipo de inspección de pruebas no destructivo tiene algún grado de error. MHI precisará su estimación mediante el análisis metalográfico de un tubo de muestra. Página 17 de 19

18 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Según el análisis de la información proporcionada por el personal de Guacolda y la visita técnica a las Unidades 1 y 2 de su central, se concluye lo siguiente: El resultado de las inspecciones y revisiones de la situación actual de los sobrecalentadores cuaternarios de la Unidades 1 y 2 arrojó que el acero T-91, con el cual están fabricados al comienzo de los años 90, presentan un deterioro importante por el efecto creep (fluencia lenta que se debe al incremento de deformación que sufre un material). Debido a que estas piezas no se pueden reparar por el avanzado daño que presentan, se opta por cortar el haz de tubos en sus extremos en los colectores de entrada y de salida del sobrecalentador cuaternario, procediéndose a sellar el colector mediante un tapón metálico, teniéndose como máximo un 10% de factibilidad de retiro de tubos para este tipo de solución y así no alterar significativamente la operación normal de la caldera. La experiencia de planta indica que se podrían repetir las rupturas de tubos con un frecuencia de dos a tres veces al año. Imagen 13. Detalle de tapones en colector de sobrecalentador cuaternario. Como una forma de asegurar el diagnóstico de creep en los tubos afectados y retirados, Guacolda encargó un análisis metalúrgico (creep rupture testing) en laboratorios competentes para así estimar la vida residual de estos sobrecalentadores, concluyéndose que la vida remanente es del orden de horas de operación. Actualmente se han tomado algunas medidas operacionales para atenuar el efecto del creep: No quemar Petcoke. Cambiar el grado de inclinación de los quemadores. Cambiar el modo de operación del Ventilador Recirculador de Gases (VRG). Aumentar la frecuencia de soplado del hogar de la caldera. Página 18 de 19

19 Instalación de un sistema detector de temprano de rotura de tubos, mediante sensores de sonido. Conclusión: Dada esta condición de vida residual remanente, la empresa propietaria de la Central Guacolda tiene actualmente en ejecución un plan de recuperación para estos sobrecalentadores cuaternarios, según el siguiente programa: Panel del sobrecalentador cuaternario de la Unidad 1: mayo Panel del sobrecalentador cuaternario de la Unidad 2: octubre del Además de lo anterior se prevé el recambio del panel del segundo y tercer sobrecalentador en las Unidades 1 y 2 (por definir y en espera de respuesta MHI en enero 2015). Después de conocer en detalle toda la información disponible y la experiencia recogida por los ingenieros especialistas de la planta, a juicio del Auditor se confirma el deterioro significativo de los sobrecalentadores cuaternarios en las Unidades 1 y 2, lo cual merma la confiabilidad operacional de ambas unidades generadoras. La central mediante las medidas inmediatas para atenuar el problema y su plan de recambio de los sobrecalentadores cuaternarios está corrigiendo el problema en el corto y mediano plazo. Recomendaciones: Con el objetivo de minimizar el riesgo actual de rotura de tubos de los sobrecalentadores cuaternarios, se propone aceptar lo indicado por la Central Guacolda el 8 de noviembre en que señala que las unidades están limitadas a variar generación entre plena carga y mínimo técnico con tiempo de estabilización de 12 horas para no producir aceleramiento de la condición de creep. Junto a esta medida, la empresa AES Gener deberá evaluar permanentemente la posibilidad de reducir este plazo de estabilización, hasta normalizar su operación. Debido a los buenos resultados obtenidos con el sistema detector de roturas instaladas en la Unidad 2, se estima conveniente replicar este sistema en las Unidades 1, 3 y 4, además de la futura Unidad 5. Considerar de preferencia que las variaciones de generación de la Central Guacolda sean a través de las Unidades 3 y 4. Finalmente se recomienda que AES Gener mantenga permanentemente informado al CDEC-SIC de cualquier desviación al plan original de reparación de los sobrecalentadores cuaternarios y de su simultaneidad con la adaptación de las instalaciones previstas para el cumplimiento de las nuevas normas de emisión para centrales termoeléctricas. Página 19 de 19