Thermo-mechanical fatigue evaluation for heat recovery steam generator manufacturers

Combined Cycle Industry is still an increasingly growing market and is essential to support renewable energies for electricity production, considering that the user-demand will constantly rise in the future. This allows Nooter Eriksen, a leader in this sector, to continuously prove its abilities in the Heat Recovery Steam Generator (HRSG) manufacture. In fact, Gas Turbine power outputs are constantly rising, and the electricity market is becoming more unpredictable and variable, bringing most critical components of HRSG to withstand increasingly stringent operating conditions, first of all Thermo-Mechanical Fatigue (TMF). The aim of this research activity is to release a practical User Manual to support the company in the design of new power plants and for a fitness for service evaluation. In order to accomplish that, a series of Python routines have been released, based on two reference Standards widely adopted for this business: the European Standard EN 12952 and the British Standard BS 7910. Chapter 1 will review Combined Cycles and future prospective, with focus on the HRSG technology and the related problems induced by a more demanding market. Chapter 2 is a summary of all the difficulties found in the engineering community for the Thermo-Mechanical Fatigue evaluation. Furthermore, ways how manufacturers assess this important loading condition is presented (according to EN 12952 Standard), with focus on Nooter Eriksen methodologies. Chapter 3 introduces the free and open source programming language Python, which is becoming increasingly important in the engineering world. Chapters 4 and 5 explain the structure of the released Python routines, according to the above-mentioned reference Standards. Hence, thermal and mechanical aspects are presented and deeply discussed. Chapter 6 reports some practical Case Studies, to demonstrate the usefulness and reliability of this work, while Chapter 7 introduces some future developments the company might implement in these routines.

L’industria dei Cicli Combinati è un mercato in continua crescita e rappresenta un essenziale supporto alle energie rinnovabili per la produzione di energia elettrica, considerando che la domanda dell’utente finale continuerà a crescere in futuro. Questo permette a Nooter Eriksen, leader in tale settore, di mettere costantemente a dura prova le sue abilità di costruzione di Generatori di Vapore a Recupero di Calore (HRSG). Infatti, le potenze prodotte dalle Turbine a Gas stanno continuando ad aumentare e il mercato dell’elettricità diventando sempre più imprevedibile e variabile, vincolando i componenti più critici di un HRSG a sopravvivere a condizioni operative sempre più avverse, prima fra tutte la Fatica Termo-Meccanica (TMF). Lo scopo di questa attività di ricerca è quello di rilasciare un Manuale Utente pratico da usare, col fine di supportare l’azienda nel design dei nuovi impianti e per una valutazione di performance in servizio. Al fine di portare a termine tali obiettivi, una serie di routine Python è stata rilasciata, la quale si basa su due Standard molto usati in tale mercato: lo Standard Europeo EN 12952 e lo Standard Inglese BS 7910. Il Capitolo 1 sarà una review dei Cicli Combinati e delle prospettive future, col focus sugli HRSG e i relativi problemi indotti da un mercato sempre più aggressivo. Il Capitolo 2 è un riassunto delle difficoltà che la comunità ingegneristica si ritrova ad affrontare sulla Fatica Thermo-Meccanica. Inoltre, verrà presentato il modo col quale i costruttori di HRSG approcciano queste importanti condizioni operative (con riferimento allo Standard EN 12952), con un focus sulle metodologie adottate da Nooter Eriksen. Il Capitolo 3 introduce il linguaggio di programmazione Python, che è gratis e di libero accesso a tutti, dato che sta diventando sempre più importante nel mondo ingegneristico. I Capitoli 4 e 5 spiegano la struttura di tale routine Python, in accordo con gli Standard di riferimento sopra citati. Quindi, gli aspetti termici e meccanici verranno presentati e approfonditamente discussi. Il Capitolo 6 riporta alcuni Casi Studio pratici, col fine di dimostrare l’utilità e affidabilità di tale lavoro, mentre il Capitolo 7 introduce alcuni sviluppi futuri che l’azienda potrebbe implementare in tali routine.