ISO 3977-3:2002
(Main)Gas turbines — Procurement — Part 3: Design requirements
Gas turbines — Procurement — Part 3: Design requirements
This part of ISO 3977 covers the design requirements for the procurement of all applications of gas turbines and gas turbine systems, including gas turbines for combined cycle systems and their auxiliaries, by a purchaser from a packager. It also provides assistance and technical information to be used in the procurement. It is not intended to deal with local or national legislative requirements with which the installation may be required to conform. This part of ISO 3977 is applicable to simple-cycle, combined-cycle and regenerative-cycle gas turbines working in open systems. It is not applicable to gas turbines used to propel aircraft, road construction and earth moving machines, agricultural and industrial types of tractors and road vehicles. In cases of gas turbines using special heat sources (for example, chemical process, nuclear reactors, furnace for a super-charged boiler), this part of ISO 3977 provides a basis.
Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 3: Exigences de conception
La présente partie de l'ISO 3977 couvre les exigences de conception pour l'acquisition par un acheteur auprès d'un ensemblier de toutes applications de turbines à gaz et de systèmes de turbine à gaz, y compris les turbines à gaz pour systèmes à cycle combiné, et leurs auxiliaires. Elle fournit de plus une aide et des informations techniques à utiliser lors de l'acquisition. La présente partie de l'ISO 3977 n'est pas destinée à traiter des réglementations légales ou locales ou nationales auxquelles l'installation peut être amenée à se conformer. La présente partie de l'ISO 3977 s'applique aux turbines à gaz à cycle simple, cycle combiné et cycle avec récupération fonctionnant dans des systèmes ouverts. Elle exclut les turbines à gaz utilisées pour la propulsion d'aéronefs, de machines de construction de routes et de terrassement, de tracteurs de types agricoles et industrielles et de véhicules routiers. Pour les turbines utilisant des sources de chaleur spéciales (par exemple des procédés chimiques, des réacteurs nucléaires, des foyers pour chaudière suralimentée), la présente partie de l'ISO 3977 peut être utilisée comme base.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 3977-3
First edition
2002-07-01
Gas turbines — Procurement —
Part 3:
Design requirements
Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition —
Partie 3: Exigences de conception
Reference number
ISO 3977-3:2002(E)
©
ISO 2002
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ISO 3977-3:2002(E)
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ii © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 3977-3:2002(E)
Contents Page
Foreword.iv
1 Scope .1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .3
4 Basic requirements .8
4.1 General.8
4.2 Site-specific conditions .8
4.3 Operational requirements.8
4.4 Service requirements .10
4.5 Rotating equipment requirements .11
4.6 Other equipment requirements .13
4.7 Vibrations and dynamics .13
5 Packaging and auxiliary equipment .18
5.1 Basic design.18
5.2 Auxiliary equipment .21
6 Control and instrumentation .35
6.1 Control systems.35
6.2 Starting .36
6.3 Loading.36
6.4 Unloading and shutdown.36
6.5 Ventilation and purging.38
6.6 Fuel control .39
6.7 Governing and limiting.40
6.8 Emission control.42
6.9 Overspeed protection.42
6.10 Protection systems.43
6.11 Compressor wash system .45
6.12 Control system considerations.45
6.13 Control panel installation.47
6.14 Operability and diagnostics .47
6.15 Data communications .48
6.16 Special applications .48
Annex A (informative) Data sheets.49
Annex B (informative) List of national or International Standards applicable in context .62
Bibliography.63
© ISO 2002 – All rights reserved iii
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ISO 3977-3:2002(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted
by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 3977 may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 3977-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 192, Gas turbines.
ISO 3977 consists of the following parts, under the general title Gas turbines — Procurement:
— Part 1: General introduction and definitions
— Part 2: Standard reference conditions and ratings
— Part 3: Design requirements
— Part 4: Fuels and environment
— Part 5: Applications for petroleum and natural gas industries
— Part 7: Technical information
— Part 8: Inspection, testing, installation and commissioning
— Part 9: Reliability, availability, maintainability and safety
Annexes A and B of this part of ISO 3977 are for information only.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 3977-3:2002(E)
Gas turbines — Procurement —
Part 3:
Design requirements
1 Scope
This part of ISO 3977 covers the design requirements for the procurement of all applications of gas turbines and
gas turbine systems, including gas turbines for combined cycle systems and their auxiliaries, by a purchaser from a
packager. It also provides assistance and technical information to be used in the procurement.
It is not intended to deal with local or national legislative requirements with which the installation may be required to
conform.
This part of ISO 3977 is applicable to simple-cycle, combined-cycle and regenerative-cycle gas turbines working in
open systems. It is not applicable to gas turbines used to propel aircraft, road construction and earth moving
machines, agricultural and industrial types of tractors and road vehicles.
In cases of gas turbines using special heat sources (for example, chemical process, nuclear reactors, furnace for a
super-charged boiler), this part of ISO 3977 provides a basis.
The relevant parts of ISO 3977 are applicable to closed and semi-closed systems.
NOTE Additional requirements for special gas turbine applications are described in ISO 3977-5.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 3977. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 3977 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain
registers of currently valid International Standards.
NOTE In cases where there are no International Standards available, national standards as shown in annex B may be
used as guidelines with the mutual agreement of the purchaser and packager.
ISO 1940-1:1986, Mechanical vibration — Balance quality requirements of rigid rotors — Part 1: Determination of
permissible residual unbalance
ISO 3448, Industrial liquid lubricants — ISO viscosity classification
ISO 3977-1:1997, Gas turbines — Procurement — Part 1: General introduction and definitions
ISO 3977-2:1997, Gas turbines — Procurement — Part 2: Standard reference conditions and ratings
ISO 3977-4:2002, Gas turbines — Procurement — Part 4: Fuels and environment
ISO 3977-7:2002, Gas turbines — Procurement — Part 7: Technical information
ISO 3977-8:2002, Gas turbines — Procurement — Part 8: Inspection, testing, installation and commissioning
© ISO 2002 – All rights reserved 1
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ISO 3977-3:2002(E)
ISO 3977-9:1999, Gas turbines — Procurement — Part 9: Reliability, availability, maintainability and safety
ISO 7919-1:1996, Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and
evaluation criteria — Part 1: General guidelines
ISO 7919-2:2001, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts —
Part 2: Land-based steam turbines and generators in excess of 50 MW with normal operating speeds of
1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min and 3 600 r/min
ISO 7919-4:1996, Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and
evaluation criteria — Part 4: Gas turbine sets
ISO 10436:1993, Petroleum and natural gas industries — General-purpose steam turbines for refinery service
ISO 10441:1999, Petroleum and natural gas industries — Flexible couplings for mechanical power transmission —
Special purpose applications
1)
ISO 10442:— , Petroleum, chemical and gas service industries — Packaged, integrally geared centrifugal air
compressors for general refinery services
ISO 10494:1993, Gas turbines and gas turbine sets — Measurement of emitted airborne noise — Engineering/survey
method
ISO 10814:1996, Mechanical vibration — Susceptibility and sensitivity of machines to unbalance
ISO 10816-1:1995, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements of non-rotating
parts — Part 1: General guidelines
ISO 10816-2:1996, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements of non-rotating
parts — Part 2: Large land-based steam turbine generator sets in excess of 50 MW
ISO 10816-4:1998, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements of non-rotating
parts — Part 4: Gas turbine driven sets excluding aircraft derivatives
ISO 11086:1996, Gas turbines — Vocabulary
ISO 11042-1:1996, Gas turbines — Exhaust gas emission — Part 1: Measurement and evaluation
ISO 11042-2:1996, Gas turbines — Exhaust gas emission — Part 2: Automated emission monitoring
ISO 13691:2001, Petroleum and natural gas industries — High-speed special-purpose gear units
1)
ISO 13709:— , Centrifugal pumps for petroleum, petrochemical, and natural gas industries
IEC 60034-1, Rotating elecrical machines — Part 1: Rating and performance
IEC 60079 (all parts), Electrical apparatus for explosive gas atmospheres
ANSI B 31.3, Chemical plant and petroleum refinery piping
ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section IX
ASTM A-194, Carbon and alloy steel nuts for bolts for high-pressure and high-temperature service
ASTM A-307, Carbon steel externally threaded standard fasteners
NACE MR-0175, Sulfide Stress Cracking Resistant Metallic Materials for Oilfield Equipment
1) To be published.
2 © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 3977-3:2002(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 3977, the terms and definitions given in ISO 3977-1, ISO 3977-4, ISO 3977-8,
ISO 3977-9 and ISO 11086, and the following apply.
3.1
aeroderivative
aircraft propulsion gas generator adapted to drive mechanical, electrical or marine propulsion equipment
3.2
anti-icing system
system to heat up the air entering the air filter or compressor to prevent the formation of frost or ice on the filters or
compressor inlet
3.3
area classification
classification of an area according to differing degrees of probability with which concentrations of flammable gases
or vapours may arise
3.4
atomizing air
compressed air used to aid formation of finely dispersed spray from liquid fuel nozzles
3.5
bi-fuel operation
simultaneous operation of the gas turbine on two dissimilar fuels (not pre-mixed), such as gas and distillate
3.6
back draft damper
arrangement with excentrically pivoted vane(s) designed to close and seat when through flow is reversed
NOTE Their function is to prevent backflow through a unit on standby in a spared installation. The dampers are installed in
the fan discharge.
3.7
coalescing element
arrangement of fibrous material with special properties which accumulates, entraps and drains moisture from a
main air stream
3.8
column mounting
arrangement whereby a baseplate is mounted at discrete points
3.9
cooling period
period in time immediately following the shutdown of the gas turbine during which precautions have to be taken to
protect the unit
EXAMPLE During lubrication and turning.
3.10
critical speed
rotating speed which corresponds to resonant frequencies of the system and of the forcing phenomena
NOTE If the frequency of any harmonic component of a periodic forcing phenomenon is equal to, or approximates the
frequency of any mode of rotor vibration, a condition of resonance may exist. If resonance exists at a finite speed, that speed is
called a critical speed.
© ISO 2002 – All rights reserved 3
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ISO 3977-3:2002(E)
3.11
driven unit
components of plant being driven by the gas turbine
EXAMPLES Generator, pump or compressor.
3.12
dual fuel system
system which allows the gas turbine to operate on two dissimilar fuels separately
3.13
electrical and mechanical run out
total indicated reading from an inductive gap measuring transducer targeted on the rotor's designated vibration
monitoring track when the rotor is rotating at very low speed (slow roll) in the gas turbine or is turned on V blocks
supported on its bearing surface
NOTE This will include mechanical (eccentricity, ovality or any surface irregularity) and electrical (residual magnetism and
non-uniformity of the electrical properties of the rotor surface material) effects.
3.14
enclosure
housing over the gas turbine usually designed for acoustic cooling and/or fire retention purposes
NOTE It also may be used to segregate gas turbine cooling and a hazardous area.
3.15
emergency shutdown
immediate manually or automatically initiated shutdown of the gas turbine to prevent/minimize hazards, danger to
personnel or impending damage
3.16
filter stage
section of a filter system which is designed to remove specific site contaminants at a prescribed efficiency and
pressure drop
NOTE A stage may be a specific media, an inertial separator, a mist eliminator, or a self-cleaning section. Multistage filters
are combinations of the various filter stages.
3.17
foreign object damage
damage to a gas turbine component from the passage of an object not belonging to the gas turbine
3.18
high-pressure spool
compressor and turbine rotor assembly of high-pressure stages when driven by a turbine independent of the low
pressure stages
3.19
hot gas path temperatures
temperatures of the combustion gases, anywhere in the hot section of the gas turbine, normally measured at a
point downstream of the combustion system
3.20
inertial mist eliminator
arrangement of vertical chord-wise curved louvres with entrainment lips on the pressure side trailing edge which
separates by inertia effect, entraps and drains moisture from a main air stream
3.21
inlet plenum
compartment immediately upstream of the compressor inlet
NOTE This is more commonly applicable to aeroderivative gas turbines which require an undisturbed flow into the
compressor.
4 © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 3977-3:2002(E)
3.22
landfill gas operation
operation of the gas turbine on a fuel gas which has been produced by a natural decomposition process of waste
material
3.23
loading
application of load to the gas turbine via the driven unit, generator, pump or compressor
3.24
low-pressure spool
compressor and turbine rotor assembly of low-pressure stages when driven by a turbine independent of the high-
pressure stages
3.25
lower explosion level
lowest concentration of combustible gas in air at which ignition is possible, and at which the combustion will
propagate through the mixture without the supply of external energy
3.26
mal-synchronization
connection of an alternator to an electrical system when the phase of the alternator voltage does not match that of
the system
3.27
maximum continuous speed
〈for generator drive applications〉 speed equal to the specified upper system frequency
3.28
maximum continuous speed
〈for mechanical drive applications〉 speed equal to the 105 % of the highest speed required by any of the driven
machine specified operating conditions
3.29
multiplane dynamic balancing
balancing by spinning a rotor on bearings and applying corrections at balancing planes along its length
3.30
net specific energy
minimum energy within a fuel of given constant constituents without latent heat from condensation of water
resulting from combustion
3
NOTE 1 Expressed in J/m [15 °C and 101,3 kPa (1,013 25 bar)] or J/kg.
NOTE 2 Net specific energy is also known as net calorific value or lower heating value.
3.31
off-line compressor washing
procedure for cleaning the compressor by soaking in a cleaning fluid whilst slowly turning the gas turbine
3.32
on-line compressor washing
procedure for cleaning the compressor by injecting cleaning fluid into the compressor inlet with the gas turbine
loaded
3.33
operating speed range
range from the minimum to maximum continuous speed defined by the requirements of the application, as limited
by the gas turbine design
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ISO 3977-3:2002(E)
3.34
packager
supplier having responsibility for coordinating the technical aspects of the equipment, and all auxiliary systems
included in the scope of the supply
NOTE This includes responsibility for such factors as the power requirements, speed, rotation, general arrangement,
couplings, dynamics, noise, lubrication, sealing system, material test reports, instrumentation, piping and testing of components.
3.35
potential maximum power
expected power capability when the gas turbine is operated at maximum allowable firing temperature, rated speed,
or other limiting conditions as defined by the manufacturer and within the range of specified site values
3.36
process controller
control of a process variable, such as driven unit pump suction pressure, via the control of the gas turbine speed
3.37
quill shafts
shaft of reduced section designed to be torsionally and laterally flexible
NOTE It may also be designed to fail when the drive torque exceeds a predetermined value.
3.38
reset
action, usually manual, to allow the control system to prepare for a further start attempt following a fault shutdown
or unsuccessful start condition
3.39
residual magnetism
magnetism inducted into a magnetic material by exposure to magnetic fields during manufacture or service
3.40
ribbon cable wiring
multiple conductors arranged in parallel, insulated from each other in a flat form
3.41
rotor blade
blade fitted to the rotor (sometimes referred to as a bucket) as opposed to the blades fitted to the stator (referred to
as blades, stator blades or nozzles)
3.42
rotor dynamics
analysis of the motion of a rotor-bearing support system with respect to lateral and torsional perturbations
3.43
safe area
area in which explosive atmospheres are expected to be present in low quantities so that special precautions for
the ignition sources are not necessary
3.44
self-sustaining speed
minimum speed of rotation of the gas turbine's rotor under normal operation in which no external power supplied by
a starting device is required to maintain steady-state operation
3.45
service life
duration that a component will fulfil its function under operating conditions
6 © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 3977-3:2002(E)
3.46
shear type coupling
shear pin
coupling which drives through a bolt(s) in shear which has (have) a reduced cross section, in line with the coupling
flange to flange interface, which is designed to fail when the drive torque exceeds a predetermined value
3.47
shutdown, automatic
stopping of the gas turbine which is fully executed by the control system from a single operator action
NOTE This type of stopping normally will not lock out further start attempts, and will not require reset action.
3.48
shutdown, manual
stopping of the gas turbine which is manually initiated or controlled at each step
NOTE This type of stopping normally will not lock out further start attempts, and will not require reset action.
3.49
shutdown, semi-automatic
shutdown of the gas turbine which is in part manually initiated or controlled
NOTE This type of shutdown normally will not lock out further start attempts, and will not require reset action.
3.50
starting
action of starting the gas turbine, through all parts of the package start cycle
3.51
stranded conductors
cable having a multiplicity of wires making up the core conductor
3.52
un-interruptible power supply
power supply that is maintained for a stated period under main grid failure conditions
3.53
Wobbe index
WI
heating value of the fuel divided by the square root of the specific gravity (relative to air)
[ISO 3977-4]
NOTE 1 The heat input from the gas fuel through the governor fuel valve under defined conditions is directly proportional to
the Wobbe index.
NOTE 2 Alternative definitions for Wobbe index exist and the way of defining the Wobbe index for gases should be agreed
upon between the purchaser and packager.
3.54
Zone I/Div I
area in which an explosive atmosphere is likely to occur in normal operation
3.55
Zone II/Div II
area in which an explosive atmosphere is not likely to occur in normal operation and, if it occurs, it will only exist for
a short time
© ISO 2002 – All rights reserved 7
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ISO 3977-3:2002(E)
4 Basic requirements
4.1 General
This clause covers the basic requirements for the procurement of gas turbines and gas turbine systems for all
applications, including combined-cycle systems, and their auxiliaries by a purchaser from a packager. Additional
requirements for special gas turbine applications are described in ISO 3799-5. It provides assistance and technical
information to be used in the procurement.
4.2 Site-specific conditions
4.2.1 Site conditions
The purchaser shall furnish accurate site condition data to the packager on data sheets such as those shown in
annex A. The purchaser shall specify whether the package is intended for indoor or outdoor installation.
4.2.2 Site operating point
The purchaser shall specify the site-specific operating point(s) on the data sheets (similar to those included in
annex A, Table A.1). Unless otherwise specified, the gas turbine shall be designed to provide site rated power with
no negative tolerance, at the heat rate tolerance quoted.
4.2.3 Preliminary design review
Many factors (such as piping and ducting loads, alignment at operating conditions, supporting structure and
assembly at the site) can adversely affect site performance. To minimize the influence of these factors, the
packager shall review and comment on the purchaser's piping, ducting and foundation drawings.
4.3 Operational requirements
4.3.1 Operational criteria
The package shall operate on the test stand and/or on its permanent foundation within the specified acceptance
criteria.
The gas turbine package shall be mechanically designed for continuous service at design power output. All
components of the package shall be designed for service at potential maximum power corresponding to the peak
load or low ambient temperature characteristics; i.e. components such as couplings, gears and driven machines
shall not impose a mechanical limit on the output from the unit.
When a unit operates intermittently at a rating higher than peak rating, it may have components rated at higher
power levels or with shorter life expectancy.
The purchaser shall specify the available utility supplies on the data sheets. The packager shall provide the
required utility requirements on the data sheets (see annex A, Table A.1).
4.3.2 Temperature and speed limits
Within the packager's allowable temperature range, the following requirements shall be satisfied.
Equipment shall be run without damage or need for inspection at the overspeed resulting from the instantaneous
loss of maximum potential load with the speed control system fully functional.
Equipment shall not fail at the overspeed resulting from the following:
a) instantaneous loss of maximum potential load with the fuel control valve failed in the full open position;
b) instantaneous loss of load resulting from failure of the main drive coupling (e.g. shear pin coupling).
8 © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 3977-3:2002(E)
The packager shall advise the purchaser of any inspection that would be required if such overspeed conditions
occur.
Attention is drawn to the necessity of also ensuring that all coupled equipment (including auxiliaries, etc.,
electrically, mechanically or hydraulically coupled) will withstand the corresponding overspeed.
4.3.3 Starting requirements
The purchaser shall define any operating requirements which impact the start cycle sequence or duration.
The package design shall permit immediate restarting from any condition (i.e. hot starts
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 3977-3
Première édition
2002-07-01
Turbines à gaz — Spécifications pour
l'acquisition —
Partie 3:
Exigences de conception
Gas turbines — Procurement —
Part 3: Design requirements
Numéro de référence
ISO 3977-3:2002(F)
©
ISO 2002
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ISO 3977-3:2002(F)
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Imprimé en Suisse
ii © ISO 2002 – Tous droits réservés
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ISO 3977-3:2002(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.3
4 Exigences fondamentales.8
4.1 Généralités .8
4.2 Conditions spécifiques du site .8
4.3 Exigences de fonctionnement.9
4.4 Exigences de service .10
4.5 Exigences relatives aux équipements rotatifs .11
4.6 Autres exigences relatives aux équipements.14
4.7 Vibrations et dynamique.14
5 Conditionnement et équipements auxiliaires.20
5.1 Conception de base de l'ensemble.20
5.2 Equipements auxiliaires.23
6 Commande et instrumentation.38
6.1 Systèmes de commande.38
6.2 Démarrage .39
6.3 Prise de charge .39
6.4 Diminution de charge et arrêt.39
6.5 Ventilation et purge .41
6.6 Dosage du combustible .42
6.7 Régulation et limitation.43
6.8 Lutte antipollution .45
6.9 Contrôle de survitesse.45
6.10 Systèmes de protection .46
6.11 Systèmes de lavage de compresseur.49
6.12 Considérations relatives au système de commande.49
6.13 Installation du tableau de commande .51
6.14 Exploitabilité et diagnostic .51
6.15 Communications des données .51
6.16 Applications spéciales.52
Annexe A (informative) Fiches techniques.53
Annexe B (informative) Liste des normes nationales ou internationales adéquates .65
Bibliographie.67
© ISO 2002 – Tous droits réservés iii
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ISO 3977-3:2002(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l'ISO 3977 peuvent faire l'objet
de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas
avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 3977-3 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 192, Turbines à gaz.
L'ISO 3977 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Turbines à gaz — Spécifications pour
l'acquisition:
— Partie 1: Introductions générales et définitions
— Partie 2: Conditions normales de référence et caractéristiques
— Partie 3: Exigences de conception
— Partie 4: Carburants et environnement
— Partie 5: Applications pour les industries du pétrole et du gaz naturel
— Partie 7: Informations techniques
— Partie 8: Contrôle, essais, installations et mise en service
— Partie 9: Fiabilité, disponibilité, maintenabilité et sécurité
Les annexes A et B de la présente partie de l'ISO 3977 sont données uniquement à titre d'information.
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NORME INTERNATIONALE ISO 3977-3:2002(F)
Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition —
Partie 3:
Exigences de conception
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 3977 couvre les exigences de conception pour l'acquisition par un acheteur auprès d'un
ensemblier de toutes applications de turbines à gaz et de systèmes de turbine à gaz, y compris les turbines à gaz
pour systèmes à cycle combiné, et leurs auxiliaires. Elle fournit de plus une aide et des informations techniques à
utiliser lors de l'acquisition.
La présente partie de l'ISO 3977 n'est pas destinée à traiter des réglementations légales ou locales ou nationales
auxquelles l'installation peut être amenée à se conformer.
La présente partie de l'ISO 3977 s'applique aux turbines à gaz à cycle simple, cycle combiné et cycle avec
récupération fonctionnant dans des systèmes ouverts. Elle exclut les turbines à gaz utilisées pour la propulsion
d'aéronefs, de machines de construction de routes et de terrassement, de tracteurs de types agricoles et
industrielles et de véhicules routiers.
Pour les turbines utilisant des sources de chaleur spéciales (par exemple des procédés chimiques, des réacteurs
nucléaires, des foyers pour chaudière suralimentée), la présente partie de l'ISO 3977 peut être utilisée comme
base.
Les parties correspondantes de l'ISO 3977 s'appliquent aux systèmes fermés et semi-fermés.
NOTE Des exigences supplémentaires pour des applications particulières de turbines à gaz sont décrites dans l'ISO 3977-5.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 3977. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 3977 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
NOTE Dans le cas où il n'y a pas de Normes internationales disponibles, les normes nationales indiquées dans l'annexe B
peuvent être utilisées comme lignes directrices après accord mutuel entre le client et l'ensemblier.
ISO 1940-1:1986, Vibrations mécaniques — Exigences en matière de qualité dans l'équilibrage des rotors
rigides — Partie 1: Détermination du balourd résiduel admissible
ISO 3448, Lubrifiants liquides industriels — Classification ISO selon la viscocité
ISO 3977-1:1997, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 1: Introduction générale et définitions
ISO 3977-2:1997, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 2: Conditions normales de référence
et caractéristiques
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ISO 3977-3:2002(F)
ISO 3977-4:2002, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 4: Carburants et environnement
ISO 3977-7:2002, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 7: Informations techniques
ISO 3977-8:2002, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 8: Contrôle, essais, installation et
mise en service
ISO 3977-9:1999, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 9: Fiabilité, disponibilité, maintenance
et sécurité
ISO 7919-1:1996, Vibrations mécaniques des machines non alternatives — Mesurages sur les arbres tournants et
critères d'évaluation — Partie 1: Directives générales
ISO 7919-2:2001, Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les arbres
tournants — Partie 2: Turbines à vapeur et alternateurs installés sur fondation radier, excédant 50 MW avec des
vitesses normales de fonctionnement de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min
ISO 7919-4:1996, Vibrations mécaniques des machines non alternatives — Mesurages sur les arbres tournants et
critères d'évaluation — Partie 4: Turbines à gaz
ISO 10436:1993, Industrie du pétrole et du gaz naturel — Turbines à vapeur tous usages pour service en raffinerie
ISO 10441:1999, Industrie du pétrole et du gaz naturel — Accouplements flexibles pour transmission de puissance
mécanique — Applications spéciales
1)
ISO 10442:— , Industrie du pétrole et du gaz naturel — Compresseurs d'air centrifuges assemblés à
multiplicateur intégré de la chimie
ISO 10494:1993, Turbines à gaz et groupes de turbines à gaz — Mesurage du bruit aérien émis — Méthode
d'expertise/de contrôle
ISO 10814:1996, Vibrations mécaniques — Susceptibilité et sensibilité des machines aux balourds
ISO 10816-1:1995, Vibrations mécaniques — Évaluations de vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — Partie 1: Directives générales
ISO 10816-2:1996, Vibrations mécaniques — Évaluations de vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — Partie 2: Turboalternateurs installés sur fondation radier, excédant 50 MW
ISO 10816-4:1998, Vibrations mécaniques — Evaluations des vibrations des machines par mesurages sur les
parties non tournantes — Partie 4: Ensembles de turbines à gaz à l'exception des turbines dérivées de celles
utilisées en aéronautique
ISO 11086:1996, Turbines à gaz — Vocabulaire
ISO 11042-1:1996, Turbines à gaz — Emissions de gaz d'échappement — Partie 1: Mesurage et évaluation
ISO 11042-2:1996, Turbines à gaz — Emissions de gaz d'échappement — Partie 2: Surveillance des émissions
ISO 13691:1996, Industries du pétrole et du gaz naturel — Engrenages à grande vitesse pour applications
particulières
ISO 13709:1998, Pompes centrifuges utilisées dans les industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel
CEI 60034-1, Machines électriques tournantes — Partie 1: Caractéristiques assignées et caractéristiques de
fonctionnement
CEI 60079 (toutes les parties), Matériel électrique pour atmosphères explosives gazeuses
ANSI B 31.3, Chemical plant and petroleum refinery piping
1) À publier.
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ISO 3977-3:2002(F)
ASME, Boiler and Pressure Vessel Code Section IX
ASTM A 194, Carbon and alloy steel nuts for bolts for high-pressure and high-temperature service
ASTM A 307, Carbon steel externally threaded standard fasteners
NACE MR-0175-94
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 3977, les termes et définitions donnés dans l'ISO 3977-1,
l'ISO 3977-4, l'ISO 3977-8, l'ISO 3977-9 et l'ISO 11086, ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1
aérodérivatif
générateur de gaz de propulsion d'aéronef adapté pour entraîner des équipements mécaniques, électriques ou de
propulsion marine
3.2
système antigivrage
système qui réchauffe l'air entrant dans le filtre à air ou le compresseur pour éviter la formation de givre ou de
glace sur les filtres l'admission du compresseur
3.3
classement de zone
classement d'une zone en fonction de différents degrés de probabilité d'atteindre des concentrations de gaz ou de
vapeurs inflammables
3.4
air de vaporisation
air comprimé utilisé pour faciliter la formation de fines gouttelettes du combustible liquide diffusé par les injecteurs
3.5
fonctionnement à deux combustibles
fonctionnement de la turbine à gaz avec deux combustibles différents simultanément (non mélangés au préalable)
par exemple du gaz et du distillat de pétrole
3.6
déflecteur de courant de refoulement
dispositif à aubes excentriques pivotantes conçu pour se fermer lorsque le flux est inversé
NOTE Leur fonction est d'éviter un refoulement des enceintes pressurisées en position de secours. Les déflecteurs sont
installés sur les décharges des ventilateurs.
3.7
élément coalescent
combinaison de matériaux fibreux ayant des propriétés particulières qui accumule, capture et évacue l'humidité
d'un flux d'air principal
3.8
montage sur colonne
montage par lequel une plaque de base est montée en des points précis
3.9
période de refroidissement
période immédiatement après l'arrêt de la turbine à gaz, pendant laquelle des précautions doivent être prises pour
protéger l'unité
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ISO 3977-3:2002(F)
EXEMPLE Pendant la lubrification et la rotation.
3.10
vitesse critique
vitesse correspondant aux fréquences de résonance du système et au phénomène de forçage
NOTE Si la fréquence d'une composante harmonique d'un phénomène de forçage périodique est égale à, ou proche de, la
fréquence d'un quelconque mode de vibration de rotor, il peut exister une condition de résonance; s'il y a résonance à une
vitesse définie, cette vitesse est appelée une vitesse critique.
3.11
unité entraînée
composants d'une installation entraînés par la turbine à gaz
EXEMPLES Générateur, pompe ou compresseur.
3.12
système dual fioul
système permettant de faire fonctionner la turbine séparément avec deux combustibles différents
3.13
excentricité électrique et mécanique
mesure totale indiquée par un capteur d'interstice à induction réglé sur la courbe de surveillance de vibration
désignée du rotor lorsque ce dernier est en rotation à très basse vitesse (rotation lente) dans la turbine à gaz ou
tourne sur des blocs lisses sur ses paliers d'appui
NOTE Ceci inclut des effets mécaniques (excentricité, ovalisation ou toute irrégularité de surface) et électriques
(magnétisme résiduel et manque d'uniformité des propriétés électriques du matériau de surface du rotor).
3.14
enceinte
encoffrement recouvrant la turbine à gaz, généralement conçu pour l'insonorisation, le refroidissement et/ou la
protection contre le feu
NOTE Il peut également être utilisé pour séparer le refroidissement de la turbine et une zone dangereuse.
3.15
arrêt d'urgence
arrêt manuel ou automatique de la turbine à gaz pour éviter/minimiser soit un phénomène dangereux soit un
danger pour le personnel ou un dommage imminent
3.16
étage de filtration
section d'un système de filtrage conçue pour éliminer des contaminants spécifiques d'un site avec une efficacité et
une perte de charge prescrits
NOTE Un étage peut être un média filtrant spécifique, un séparateur par inertie, un éliminateur de brouillard ou une section
autonettoyante. Les filtres multi-étages sont des combinaisons des différents étages de filtration.
3.17
dommage dû à un objet étranger
dégât d'un composant de turbine dû au passage d'un objet n'appartenant pas à la partie de la turbine à gaz à
laquelle le composant appartient
3.18
corps haute pression
étages haute pression d'un compresseur et d'un ensemble de rotor de turbine, entraînés par une turbine à gaz,
indépendants des étages basse pression
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3.19
températures de cheminement des gaz chauds
températures des gaz de combustion, où que ce soit dans la partie chaude de la turbine à gaz, mesurées
normalement à un point en aval du système de combustion
3.20
éliminateur de brouillard par inertie
dispositif de volets verticaux en forme de corde, avec des lèvres d'entraînement sur le bord de fuite du côté
refoulement, qui sépare par effet d'inertie, capture et évacue l'humidité du flux d'air principal
3.21
plenum d'admission
compartiment situé immédiatement en amont de l'admission du compresseur
NOTE Plus couramment applicable aux turbines à gaz aérodérivatives qui exigent l'admission dans le compresseur d'un
flux non perturbé.
3.22
fonctionnement à gaz de décharge
fonctionnement d'une turbine à gaz avec un gaz combustible produit par un procédé de décomposition naturelle de
déchets
3.23
prise de charge
application d'une charge à la turbine à gaz par une unité entraînée, un générateur, une pompe ou un compresseur
3.24
corps basse pression
étages basse pression d'un compresseur et d'un ensemble de rotor de turbine, entraînés par une turbine,
indépendants des étages haute pression
3.25
limite inférieure d'explosivité
la plus basse concentration de gaz combustible dans l'air à laquelle l'allumage est possible et la combustion se
propage dans le mélange sans apport d'énergie externe
3.26
défaut de synchronisation
connexion d'un alternateur à un système électrique lorsque les phases de la tension de l'alternateur ne
correspondent pas à celles du système
3.27
vitesse continue maximale
〈pour les entraînements de générateurs électriques〉 vitesse égale à la fréquence supérieure spécifiée du système
3.28
vitesse continue maximale
〈pour les entraînements mécaniques〉 vitesse égale à 105 % de la vitesse la plus élevée requise dans toutes les
conditions de fonctionnement spécifiées pour les machines entraînées
3.29
équilibrage dynamique multi-plans
équilibrage par rotation du rotor sur des paliers et corrections dans des plans d'équilibrage réparties sur sa
longueur
3.30
pouvoir calorifique inférieur
énergie minimum dans un combustible de constitution constante donné sans tenir compte de la chaleur latente de
la condensation de l'eau de combustion
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3
NOTE 1 Exprimé en J/Nm [15 °C et 101,3 kPa (1,013 25 bar)] ou J/kg.
NOTE 2 Le PC 1 est aussi connu sous le terme d'énergie spécifique nette.
3.31
nettoyage de compresseur démonté
procédure de nettoyage du compresseur en l'immergeant dans un liquide de nettoyage tout en faisant tourner
lentement la turbine à gaz
3.32
nettoyage de compresseur monté
procédure de nettoyage du compresseur en injectant du liquide de nettoyage dans l'admission du compresseur, la
turbine à gaz étant sous charge
3.33
plage de vitesses de fonctionnement
gamme comprise entre les vitesses continues minimales et maximales définies par les exigences de l'application,
telles que limitées par la conception de la turbine à gaz
3.34
ensemblier
fournisseur chargé de coordonner les aspects techniques de l'équipement et tous les systèmes auxiliaires compris
dans l'étendue de la fourniture
NOTE La responsabilité comprend des facteurs tels que les exigences en matière de puissance, de vitesse, de rotation,
d'installation générale, d'accouplement, de dynamique, de bruit, de lubrification, de système d'étanchéité, de rapport d'essai de
matériaux, d'instrumentation, de conduits et d'essais des composants.
3.35
puissance maximale potentielle
capacité de puissance escomptée lorsque la turbine à gaz fonctionne à la température d'allumage maximale
autorisée, la vitesse nominale ou autres conditions limites telles que définies par le fabricant et dans les limites de
la plage de valeurs spécifiques du site
3.36
contrôleur de procédé
contrôle d'une variable de procédé, par exemple la pression d'aspiration d'une pompe d'unité entraînée, par la
régulation de la vitesse de la turbine à gaz
3.37
arbre creux
arbre de section réduite, conçu pour supporter des forces de torsion et rester flexible
NOTE Il peut également être conçu pour ne plus fonctionner lorsque le couple moteur dépasse une valeur prédéterminée.
3.38
réinitialisation
action, normalement manuelle, permettant au système de contrôle et de commande de se préparer à un nouvel
essai de démarrage après un arrêt par défaut ou un échec dans les conditions de démarrage
3.39
magnétisme résiduel
magnétisme induit à un matériau magnétique par l'exposition à des champs magnétiques au cours de la fabrication
ou de l'utilisation
3.40
câble-ruban
assemblage de plusieurs conducteurs en parallèle et à plat, isolés les uns des autres
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ISO 3977-3:2002(F)
3.41
ailette de rotor
ailette montée sur le rotor (parfois désignée par auget) et opposées aux ailettes montées sur le stator (également
appelées ailettes, ailettes de stator ou injecteurs)
3.42
dynamique du rotor
analyse du mouvement d'un système de support de paliers de rotor quant aux perturbations latérales et de torsion
3.43
zone de sécurité
zone dans laquelle une atmosphère explosive n'est pas susceptible de se trouver en quantités telles que des
précautions spéciales soient nécessaires pour les sources d'inflammation
3.44
vitesse minimale d'autonomie
vitesse minimale de rotation du rotor de la turbine à gaz dans les conditions normales de fonctionnement, ne
nécessitant aucune énergie externe d'un dispositif de démarrage pour maintenir le fonctionnement en régime
permanent
3.45
durée de vie
durée pendant laquelle un composant remplit sa fonction dans les conditions de fonctionnement
3.46
accouplement limite de cisaillement (clavette de sûreté)
accouplement entraînant au moyen d'une ou des vis à corps réduit, en ligne avec l'interface bride à bride
d'accouplement, conçu pour ne plus fonctionner lorsque le couple moteur dépasse une valeur prédéterminée
3.47
arrêt automatique
arrêt de la turbine à gaz, entièrement exécuté par le système de contrôle et de commande à partir d'une seule
action d'opérateur
NOTE Ce type d'arrêt n'empêche normalement pas des essais de démarrage ultérieurs et ne nécessite pas d'action de
réinitialisation.
3.48
arrêt manuel
arrêt de la turbine à gaz dont chaque étape est déclenchée ou commandée manuellement
NOTE Ce type d'arrêt n'empêche normalement pas des essais de démarrage ultérieurs et ne nécessite pas d'action de
réinitialisation.
3.49
arrêt semi-automatique
arrêt de la turbine à gaz qui est en partie déclenché ou commandé manuellement
NOTE Ce type d'arrêt n'empêche normalement pas des essais de démarrage ultérieurs et ne nécessite pas d'action de
réinitialisation.
3.50
démarrage
action de démarrer la turbine à gaz en passant par toutes les phases de l'ensemble du cycle de démarrage
3.51
conducteur divisé
câble constitué de nombreux fils qui forment l'âme du conducteur
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3.52
alimentation sans coupure
alimentation maintenue pendant une période donnée en cas de défaillance du secteur
3.53
indice de Wobbe
WI
apport calorifique du combustible divisé par la racine carrée de la gravité spécifique (par rapport à l'air)
NOTE 1 L'apport calorifique du gaz combustible par la vanne de régulation dans des conditions définies est directement
proportionnel à l'indice de Wobbe
NOTE 2 D'autres définitions de l'indice de Wobbe existent et il convient que le mode de définition de cet indice pour les gaz
fasse l'objet d'un accord entre l'acheteur et l'ensemblier.
3.54
zone 1/Div 1
zone dans laquelle, en fonctionnement normal, une atmosphère explosive peut se produire
3.55
zone II/Div II
zone dans laquelle, en fonctionnement normal, il est peu probable qu'une atmosphère explosive se produise et si
elle existe, elle ne dure qu'un court instant
4 Exigences fondamentales
4.1 Généralités
Le présent article couvre les exigences fondamentales minimales pour l'acquisition de turbines à gaz et de
systèmes de turbine à gaz pour toutes applications, y compris les systèmes à cycle combiné et les auxiliaires par
un acheteur auprès d'un ensemblier. Des exigences supplémentaires pour des applications particulières de
turbines à gaz sont décrites dans l'ISO 3977-5. Elle fournit de plus une aide et des informations techniques à
utiliser lors de l'acquisition.
4.2 Conditions spécifiques du site
4.2.1 Conditions du site
L'acheteur doit fournir les conditions du site précises à l'ensemblier sur des fiches techniques conformément à
l'annexe A. L'acheteur doit préciser si l'ensemble est prévu pour une insta
...
Questions, Comments and Discussion
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