Gas Turbine Technologies: Fuel Flexibility & IntegrationGas Turbine Technologies: Fuel Flexibility & Integration

Shima shahaliOil & Gas Product Development Coordinator

Mapna Group Co.3 June 2015

1

Outline1. Introduction2. Combined Cycle Power Plant (CCPP) 3. Fuel Oil Treatment Plant (FOTP) 4. Mapna Gas Turbine Technologies5. Case study: Kermanshah  Power Plant /Iran6. Result7. Recommendations (Reco’s)

2

Standard Natural Gas 39 to 46 MJ/kg)Gasoil 42 MJ/kglow‐BTU gases 10 and 35 MJ/kgSyngas 4 and 12 MJ/kg

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Introduction

3

Characteristics of  Untreated  HFO

•High viscosity•High density•Cat fines•High salt content•High vanadium content

Characteristics of Treated HFO

•Heating of HFO is required up to 120°C•Two stage washing system is required•Wash water addition of up to 10% of fuel flow

•Wash water heating is requested•Chemical dosing (demulsifier, inhibitor, etc.) requested.

Protect Our Gas Turbines

4

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Mechanical BOPNG & Gasoil Fuel System Gas & Liquid Fuel SpecificationGT Limitations

5

Combined Cycle Power Plant Index1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Mechanical BOP for one BlockA.Gas & Liquid Fuel System B.Compressed Air SystemC.Fire Protection SystemD.Nitrogen SystemE.Crane, hoistF.Heating, Ventilation and Air ConditioningG.Water Treatment SystemH.Waste Water and Sewage SystemI.Auxiliary Boiler

6

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

NG & Gasoil Fuel System Consumer Qty

Pressure(bara)

Consumption(kg/sec)

Gas Turbines 2 21 ± 2.5% 24

HRSG 2 4‐5 1.8 

Auxiliary boiler 1 4‐5 0.4

Admin Mechanical room 1 3.5 0.023

Canteen Building 1 3.5 0.05

Total NG Consumption for 1 Block CCPP 26.27

7

Consumer  Qty Pressure  Consumption (kg/sec) 

Gas Turbines  2  2.5‐8 bara 22

HRSG  2 - 0.42

Auxiliary boiler  1  1barg 0.19

Admin Mechanical room  1  1barg 0.05

Canteen Building  1  ‐ ‐

Total Gasoil Consumption for 1 Block CCPP  22.66

NG Fuel System 

Gasoil Fuel System 

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Gas & Liquid Fuel Specification

Item UnitAbadan Refinery

ArakRefinery

EsfahanRefinery

BandarAbbasRefinery

Tabriz Refinery

TehranRefinery

Shiraz Refinery

KermanshahRefinery

Density@15° C

Kg/m3

958.9 959 946.9 964.2 959.7 959.1 954.9 903.9

Flash point C 91 92 73 72 109 82 108 81Kin viscosity @50°C cSt 274.4 270.6 230.7 285.2 210.5 198.8 161.1 29.4

Vis. Red Wood @37.8°C

C 2444 2406 2007 2552 1805 1688 1311 197

Pour Point Wt% 10 10 4.4 ‐1.1 15.6 10 21.1 23.9Total sulfur Wt% 2.991 2.950 2.709 3.0 2.706 2.781 2.302 1.690Carbon R. Wt% 9.7 10.4 9.68 12.3 8.9 9.4 5.41 4.2Ash Wt% 0.057 0.03 0.027 0.047 0.035 0.047 0.034 0.008Water & sediment

Vol% Zero Zero 0.05 Zero Zero 0.04 0.05 Zero

Calorific Value

Mj/kg

42.78 42.8 43.06 42.64 42.87 42.83 43.21 44.13

Vanadium content ppm 117 123* 190* 105 149 222* 321* 38*

8

Statistics for HFO Composition for 8 refineries / Iran1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

HFO consumption for each Gas Turbine is estimated around 1,000,000 lit per day.

Ni (ppm)V (ppm)Region

10 to 5050 to 500South America

10 to 10030 to 200California

5 to 1015 to 30Alaska

1 to 105 to 50Middle East

0 to 150 to 50North Africa

5 to 300 to 3S.E. Asia

Typical Vanadium and Nickel Contents

9

Typical Vanadium and Nickel Contents in Fuel Oil 1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

GT LimitationsSubstance Test Unit Natural Gas Gasoil Heavy Fuel Oil

Total Dust ASTM D 3605 ppm ≤ 20 ≤ 20 ≤ 20

Vanadium (V) ASTM D 3605 ppm ≤ 0.5 ≤ 0.5  ≤ 0.5

Lead (Pb) ASTM D 3605 ppm ≤ 1.0 ≤ 1.0 ≤ 1.0

Sodium + Potassium

(Na+K) ASTM D 3605 ppm ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.5

Calcium (Ca) ASTM D 3605 ppm ≤ 10 ≤ 10 ≤ 10Ash ASTM D 482 ppm ‐ ≤ 100       ≤ 100      

Nitrogen (N) ASTM D 4629 ppmlocally applicable 

emissions guidelines

locally applicable emissions guidelines

locally applicable emissions guidelines

Sulfur (S) ASTM D 129 ppm ≤ 20 1‐4 % 1‐4%

Hydrogen sulfide (H2S)  ASTM D 1945 ppm ≤  10 ‐ ‐

Mercaptans ASTM D 3227 ppm ≤  10 ‐ ‐

Acetylene (C2H2) ASTM D 1945 Vol. % ≤ 0.1  ‐ ‐

Hydrogen (H2) ASTM D 1945 Vol. % ≤ 1   ‐ ‐

Ethane (C2H6) ASTM D 2887 Vol. % ≤ 15 ‐ ‐

Higher molecular‐weight hydrocarbons)

CnHm (n ≥2)ASTM D 2887 Vol. 

% ≤ 10 ‐ ‐

10

Limits for Chemical Contaminants

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Main Process Parts

1.Raw water supply skid2.Demulsifier supply skid 3.HFO Pre‐heater4.HFO Heater5.Mixers & Separators  

6.Common waste treatment skid7.Vanadium Inhibitor 8.Common treated HFO storage tank9.Common treated HFO forwarding skid 

11

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Utility Consumption for One Block (Capacity: 2*47 m3/hr) 

InstrumentAir

WaterBalance 

Steam & CondensateBalance

Max OperabilityHeat Duty

Electrical PowerConsumptionItem

Nm3/hrm3/hrLPCLPS

KWKWKg/hrKg/hr

2261520015200143201300Total

12

Utility Consumption for FOTP ; capacity= 2*47 m3/hr

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Reason for FOTP System 

To minimize the risk of hot temp. corrosion

Increase the life time of the turbine blades

Reduce the content of sediments drastically

Reduction of lifecycle cost of the gas turbine

13

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Simulation

14

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

HFO Treatment Unit‐ One Train 

15

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Feed Forwarding Heater Skid

16

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Turbine Inlet Temp versus Vanadium content

17

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Standard Flame tube      TIT= 910 °CSpecial Flame tube for HFO     TIT= 1010° C

Factor f for countingoperating hours 

Contamination in  the fuel in ppm

VanadiumNa+K

10.5≤0.5≤

1.50.5≤0.5 ≤ Na+K ≤ 1

1.50.5 ≤ Na+K ≤ 10.5≤

Short tip from Graph

18

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

EfficiencyNominal PowerTurbine TypeItem

38183 MWMAP2B134.6170 MWMAP2A234.5166 MWMAP2+334.42162 MWV94.2 (5)434.42157 MWV94.2 (3)53240 MWMG‐4062720 MWMG‐207

Mapna Gas Turbines Technologies

19

Mapna Gas Turbine: Types, Nominal Power & Efficiency1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Pilot Plant for Fuel Atomization

20

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Case study: Kermanshah Power Plant /Iran     

implemented FOTP from Ambarli PP

21

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

General Description

22

Four (4) existing V94.2 GTalready operating with natural gas and gasoilTwo of them  to operate with Heavy Fuel Oil

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Scope of Work

1.Inspection of existing Gas turbines 2.Modification in BOP3.Supply of first filling, Spares4.Engineering and Design Services5.Packing, Transportation, Offloading 6.Warehousing and preservation7.Civil & Installation Work8.Test and Commissioning

23

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Problems in Executing plan

•Modification in Existing Gas Power Plant 

•Shortage of Instrumentation in FOTP & modification in the Control System of GT

•Reduction of Nominal Out Put Power  

•Environmental Side Effects 

• Increasing the maintenance 

•Decreasing the Life time of main parts

24

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

HFO SYSTEM LEGENDUBA: LV Switchgear RoomUBD: Auxiliary TransformerUEJ: 2*1000 m3 Treated HFO Storage TanksUEL 01: HFO Untreated Forwarding Pump StationUEL 02: HFO Treated Forwarding Pump StationUEM01: HFO Treatment StationUEM02: Area for HFO Forwarding Heater SkidsUHB: Auxiliary BoilerUGC: Water Storage TanksUGD: Water Treatment PlantUGE: Neutralization Pit

HFO SYSTEM LEGENDUBA: LV Switchgear RoomUBD: Auxiliary TransformerUEJ: 2*1000 m3 Treated HFO Storage TanksUEL 01: HFO Untreated Forwarding Pump StationUEL 02: HFO Treated Forwarding Pump StationUEM01: HFO Treatment StationUEM02: Area for HFO Forwarding Heater SkidsUHB: Auxiliary BoilerUGC: Water Storage TanksUGD: Water Treatment PlantUGE: Neutralization Pit

General layout ‐FOTP Section

25

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Item Parameter Unit Value

1

Ambient air temperature:Design for performanceMaximum (absolute)Minimum (absolute)Annual mean of max. temperatureAnnual mean of min. temperatureDesign for HVAC systems

°C

1542‐2123.97.2

2 Site Elevation: m 1300

3Barometric pressure:Design for performance

mbar 866

4

Humidity:Design for performance MaximumMinimumDesign for HVAC systems:

%608315

5 Maximum wind velocity  km/h 130

6 Ground Seismic horizontal Acceleration g 0.3

Site Conditions

26

Kermanshah Climatic Conditions

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Item ION VALUE

1 PH 7.4‐7.5

2 Cond. 410‐450 (µs/Cm)

3 T.H. 120‐260 (mg/l)

4 Ca2+ 110 (mg/l)

5 Mg2+ 150 (mg/l)

6 Na+ 74 (mg/l)

7 TDS 206 (mg/l)

8 Turb. 0.6 (NTU)

Raw Water Analysis

27

Kermanshah Raw Water Analysis1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Spec. Unit ValueConstituents

C Mass % n.aO Mass % n.aS Mass % 1.69N Mass % n.aH Mass % n.a

ContaminantsWater &sediment Vol % zeroCoke residues wt % 4.2

Ash ppm 80Na+K ppm 50 (worth case)V ppm 38Pb ppm n.aCa ppm n.a

PropertiesLower heating value(LHV) MJ/Kg n.aHigher heating value(HHV) MJ/Kg 44.13Density at 15° c Kg/m3 903.9Kinematic Vis. @ 50° C          cSt 29.4Flash point °C 81°CPour Point °C 23.9

Spec. Value UnitC 74.869 wt%H 25.131 wt%LHV 50035 KJ/kg

Fuel Gas Temperature 15 °C

Spec. Value UnitC 86.4 wt%H 13.4 wt%S 0.2 wt%O 0 wt%N 0 wt%LHV 42600 KJ/kg

Kermanshah Fuel Composition 

28

UntreatedHFOCompositionNatural Gas Composition

Gas Oil Composition

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Specification Unit QuantityWater content+ sediment Vol % *

Coke residues wt % tbdAsh ppm(wt) ≤100Na+K ppm(wt) ≤0.5V ppm(wt) ≤0.5Pb ppm(wt) *Ca ppm(wt) *Fe ppm(wt) ‐Ni  ppm(wt) ‐

Estimated Composition for Treated HFO

29

Estimated Composition for Treated HFO

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

1‐Required Modification in Mechanical Equipment

2‐Required Modification in Electrical Equipment

3‐Required Modification in I&C Equipment

Required modification in GT

30

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Ambarli /Turkey Power Plant Main Part 6Gas Turbines(V94.2) 3 Steam Turbines

FOTP

Date of using HFO : 1994‐1996 Technology: Alfa Laval Co. Capacity: Total 240 m3/hr (4*60 m3/hr)

TIT Power OutputFuel

1050 °C139 MWN.G

1050 °C139 MWLFO

960 °C116 MWHFO

31

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Ambarli /Turkey Power Plant 

32

Gas Oil & Fuel Oil Skids in Gas Turbine Hall1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

TIT/OTC for HFO (°C)

TIT/OTC for LFO(°C)

TIT/OTC for NG (°C)

‐1050/5251051/524Unit # 1‐1050/5251048/523Unit # 2

9981064/5211050.1/526Unit # 3

9981055/5261053.4/527Unit # 4

TIT/OTC Parameters

Power OutputWater 

injected flow

Auxiliary Power Consumption

(KW)Power Output (MW)Fuel

-870 KW121.6N.G

No‐Water Injection1730118.5HFO

35% of fuel flow rate1860122HFO

Result of Performance Data

33

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

34

Recommendation

1‐ Introduction

2‐Combined Cycle Power Plant

3‐ Fuel Oil Treatment Plant 

4‐Mapna Gas Turbine Technologies

5‐ Case study

6‐Result

7‐ Reco’s

Economic Calculating (HFO/NG) is vital 

Use the better coating to increase TIT

Apply automatic turbine Blades Washing

Integrate results in Process Sim (Aspen tech)by Output power modelling (Thermo flow) 

35

Thanks  for  Attention………!!