汽輪機(jī)結(jié)垢分析及應(yīng)對(duì)措施

劉世浩

（中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，200540）

汽輪機(jī)結(jié)垢分析及應(yīng)對(duì)措施

劉世浩

（中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，200540）

汽輪機(jī)結(jié)垢將導(dǎo)致汽輪機(jī)出力不足、效率低，引起汽輪機(jī)軸位移增大、振動(dòng)增加、閥門卡澀、調(diào)速安保系統(tǒng)失靈以及通流部件腐蝕等一系列問(wèn)題。結(jié)合某汽輪機(jī)檢修過(guò)程，對(duì)造成汽輪機(jī)輪室壓力高、轉(zhuǎn)速無(wú)法提升、閥門卡澀及通流部件腐蝕等問(wèn)題的原因進(jìn)行了分析，并提出了應(yīng)對(duì)措施。

輪室壓力 汽輪機(jī)結(jié)垢 腐蝕

GT3101E為消化煉油改造工程中裝置余熱鍋爐所產(chǎn)生的多余高壓蒸汽而增設(shè)的蒸汽透平，該透平在投用過(guò)程中出現(xiàn)輪室壓力高等問(wèn)題，后通過(guò)濕蒸汽清洗除垢的方式降低輪室壓力，取得一定效果。但在較長(zhǎng)周期運(yùn)行后，輪室壓力逐漸升高，無(wú)法提升至額定轉(zhuǎn)速，通過(guò)濕蒸汽清洗的方法也無(wú)法降低輪室壓力，只能開(kāi)缸檢修，影響汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性。文章對(duì)汽輪機(jī)結(jié)垢導(dǎo)致的汽輪機(jī)出力不足、效率低，汽輪機(jī)軸位移增大、振動(dòng)增加、閥門卡澀以及調(diào)速安保系統(tǒng)失靈等問(wèn)題的原因進(jìn)行了分析，提出針對(duì)性的防范措施。

1 汽輪機(jī)概況及運(yùn)行中的主要問(wèn)題

1.1 汽輪機(jī)概況

汽輪機(jī)型號(hào)：B2.1－4.2／390／1.4；

型式：?jiǎn)伍y多級(jí)沖動(dòng)式；

調(diào)速系統(tǒng)：505調(diào)速器＋電液轉(zhuǎn)換器＋速關(guān)調(diào)節(jié)組合閥。

汽輪機(jī)蒸汽條件和性能見(jiàn)表1和表2。

表1 蒸汽條件

表2 汽輪機(jī)性能（在汽輪機(jī)輸出軸端）

1.2 汽輪機(jī)運(yùn)行中存在的問(wèn)題

（1）汽輪機(jī)輪室壓力高，轉(zhuǎn)速無(wú)法提升

汽輪機(jī)輪室壓力在兩個(gè)月內(nèi)由最初的2.15 MPa上升至2.5 MPa，轉(zhuǎn)速由5 800 r／min降至5 250 r／min，將調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度調(diào)到最大，轉(zhuǎn)速仍無(wú)法提高。后經(jīng)過(guò)兩次濕蒸汽清洗除垢后輪室壓力有所降低，但運(yùn)行兩個(gè)月后再次出現(xiàn)輪室壓力高的問(wèn)題，轉(zhuǎn)速無(wú)法提升。

（2）速關(guān)調(diào)節(jié)組合閥不靈活或卡澀

開(kāi)車以后，多次發(fā)生速關(guān)調(diào)節(jié)組合閥卡澀的情況，在停機(jī)過(guò)程中，速關(guān)閥和調(diào)節(jié)氣閥均不動(dòng)作，只能通過(guò)關(guān)閉進(jìn)氣主汽閥停機(jī)，這對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行造成很大的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 汽輪機(jī)解體檢查情況

在汽輪機(jī)檢修過(guò)程中開(kāi)缸發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)通流部分結(jié)垢嚴(yán)重。汽輪機(jī)動(dòng)葉片積垢厚度達(dá)2～3 mm，隔板表面以及靜葉片部位存在嚴(yán)重的沖蝕，型線被破壞。速關(guān)閥和調(diào)速閥均存在結(jié)垢，速關(guān)閥筒體內(nèi)部結(jié)垢情況也較嚴(yán)重（見(jiàn)圖1～2）。

針對(duì)汽輪機(jī)的結(jié)垢情況，用高壓水槍清洗轉(zhuǎn)子。清洗結(jié)束后發(fā)現(xiàn)，動(dòng)葉片有部分變形，輪盤、隔板均有不同程度的腐蝕情況出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子整體、隔板、噴嘴等做理化檢測(cè)，分析結(jié)果顯示無(wú)明顯裂紋。同時(shí)，檢修過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)腐蝕導(dǎo)致動(dòng)葉及靜葉表面不平整，流道不暢，葉輪外側(cè)鉚釘部位存在明顯點(diǎn)蝕。

圖1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)垢腐蝕形貌

圖2 汽輪機(jī)隔板和靜葉腐蝕結(jié)垢形貌

2 原因分析

經(jīng)過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子三級(jí)葉輪上的垢樣進(jìn)行分析，結(jié)垢成分主要是鹽垢，為鈉鹽和二氧化硅的混合物。

造成汽輪機(jī)內(nèi)鹽類沉積的主要原因是：蒸汽膨脹作功，其壓力和溫度降低，各種化合物在蒸汽中的溶解度隨壓力降低而減小，當(dāng)其中某種物質(zhì)的溶解度下降到低于它在蒸汽中的含量時(shí)，該物質(zhì)就會(huì)以固態(tài)析出，并沉積在蒸汽通流部分［1］。

檢查透平使用蒸汽的水質(zhì)分析報(bào)告時(shí)發(fā)現(xiàn)，從2012年12月至2013年11月，蒸汽采樣點(diǎn)SC－2512以及SC－2513分析指標(biāo)中鈉離子及硅含量多次超標(biāo)，且部分嚴(yán)重超標(biāo)，這直接導(dǎo)致了GT3101E汽輪機(jī)通流部分的結(jié)垢。

鹽垢沉積在汽輪機(jī)的通流部分，導(dǎo)致：

（1）通流截面積減小，機(jī)組出力和效率降低，這是導(dǎo)致GT3101E汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)法提升的根本原因。

（2）引起動(dòng)葉片應(yīng)力和軸向推力增加及汽輪機(jī)振動(dòng)增大，不均勻結(jié)垢還會(huì)破壞轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。GT3101E機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中曾出現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸向位移產(chǎn)生較大幅度變化，顯示軸向推力增大。

（3）鹽垢沉積在蒸汽管道的閥門處的門桿或部套上，引起閥門動(dòng)作失靈、卡滯，這是導(dǎo)致GT3101E先后多次出現(xiàn)速關(guān)閥及調(diào)節(jié)汽閥動(dòng)作不靈或卡澀現(xiàn)象的原因。

（4）鹽垢造成通流部件的腐蝕。沉積物下的腐蝕主要發(fā)生在機(jī)組開(kāi)停車時(shí)和停車備用的過(guò)程中。機(jī)組在開(kāi)停車過(guò)程中或機(jī)組停備用時(shí)，由于機(jī)組的熱力系統(tǒng)內(nèi)有疏水積存在死角或有疏水未及時(shí)排凈，致使機(jī)組內(nèi)濕度增大，在機(jī)組的金屬表面形成一層水膜。原來(lái)運(yùn)行中積存在金屬表面的沉積物主要是鹽類物質(zhì)，在水膜發(fā)生作用下形成導(dǎo)電的電解質(zhì)，在葉片的表面會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物之間還會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，另外機(jī)組在停備用時(shí)由于熱力系統(tǒng)的密封面結(jié)合不嚴(yán)還會(huì)有空氣漏入系統(tǒng)中，空氣中的氧氣會(huì)加速金屬的腐蝕［2］。電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕的共同結(jié)果導(dǎo)致了汽輪機(jī)通流部件的腐蝕，這也是導(dǎo)致GT3101E動(dòng)葉、靜葉及隔板等各通流部件腐蝕嚴(yán)重的主要原因。

通過(guò)分析得知：造成汽輪機(jī)輪室壓力高、轉(zhuǎn)速無(wú)法提升、閥門卡澀以及通流部件腐蝕等問(wèn)題的原因在于汽輪機(jī)通流部分結(jié)垢，而汽輪機(jī)結(jié)垢嚴(yán)重的主要原因?yàn)檎羝焚|(zhì)不過(guò)關(guān)。

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 對(duì)汽輪機(jī)各通流部件進(jìn)行除垢

（1）清除汽輪機(jī)通流部件的垢鹽。一般情況下，沉積在汽輪機(jī)內(nèi)的易溶鹽可用濕蒸汽清洗除掉；沉積在汽輪機(jī)內(nèi)部的不溶于水的沉積物，一般是在汽輪機(jī)大修時(shí)，用機(jī)械方法清除，如用噴砂法清除汽輪機(jī)上的沉積物等。對(duì)于沉積了SiO2的汽輪機(jī)，可將轉(zhuǎn)子吊出汽缸，放入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%的NaOH溶液中，通入蒸汽清洗，再用水清洗干凈。

GT3101E運(yùn)行過(guò)程中，曾采取了用濕蒸汽清洗的方法，兩次檢修時(shí)停機(jī)再開(kāi)機(jī)的過(guò)程（低速?zèng)_轉(zhuǎn)）起到了濕蒸汽清洗的作用，清洗后再次開(kāi)動(dòng)，輪室壓力降低，轉(zhuǎn)速可以提升到原來(lái)水平。此次檢修是在運(yùn)行一段時(shí)間后，結(jié)垢情況比較嚴(yán)重，轉(zhuǎn)速已經(jīng)無(wú)法提升的情況下，只能將汽輪機(jī)解體，對(duì)汽輪機(jī)各通流部件采用高壓水槍清洗的辦法除垢。

（2）由于汽輪機(jī)結(jié)垢導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子原來(lái)的動(dòng)平衡被破壞，清洗結(jié)束以后需對(duì)轉(zhuǎn)子重新做動(dòng)平衡。

（3）對(duì)汽輪機(jī)速關(guān)閥和調(diào)節(jié)氣閥動(dòng)作不靈活或不動(dòng)作，可以采取兩種措施：一是通過(guò)對(duì)閥門閥桿及各部件進(jìn)行清洗去除表面垢層；二是將閥桿與閥套由原來(lái)下限控制的間隙標(biāo)準(zhǔn)，提升到上限控制，最大程度地保證不再出現(xiàn)閥門動(dòng)作不靈敏的現(xiàn)象。另外，對(duì)閥門及缸體密封面進(jìn)行修補(bǔ)，以消除由于腐蝕造成的閥門漏氣問(wèn)題。

（4）對(duì)結(jié)垢造成的汽輪機(jī)通流部件的腐蝕部位的修復(fù)，采取激光熔焊后再機(jī)加工的方法處理。

3.2 改善蒸汽品質(zhì)

一是嚴(yán)格按照《中小型鍋爐運(yùn)行規(guī)程》及《火力發(fā)電廠水汽監(jiān)督導(dǎo)則》執(zhí)行水質(zhì)及運(yùn)行參數(shù)的管理，執(zhí)行工藝控制指標(biāo)（壓力、溫度、產(chǎn)汽量）及水質(zhì)控制指標(biāo)，保證給水水質(zhì)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)；二是對(duì)鍋爐的汽水分離系統(tǒng)、分級(jí)蒸發(fā)系統(tǒng)及連續(xù)排污系統(tǒng)做全面檢查，確保各系統(tǒng)運(yùn)行正常，符合相關(guān)規(guī)定。另外，規(guī)范透平開(kāi)停車操作，在機(jī)組開(kāi)停車操作過(guò)程中，嚴(yán)格遵守操作法，確保系統(tǒng)內(nèi)疏水排凈，蒸汽溫度、壓力嚴(yán)格控制，減少在開(kāi)停車過(guò)程中對(duì)汽輪機(jī)造成的傷害。

［1］ 林宗虎，徐通模.實(shí)用鍋爐手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：590.

［2］ 楊鑄.汽輪機(jī)運(yùn)行［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2011：25.

Analysis on Causes of Scale Formation of Steam Turbine and the Countermeasures

Liu Shihao
（Olefin Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540）

Scale formation of steam turbine may lead to insufficient power and low efficiency of steam turbine and therefore cause a series of problems such as increasing of axial displacement and vibration，block of valves，failure of speed governing safeguard system，and corrosion of passage parts of steam turbine.In association with themaintenance process of steam turbine，the causes for the above problemswere analyzed，and corresponding countermeasureswere raised.

wheel box pressure，scale formation of steam turbine，corrosion

1674－1099 （2014）06－0029－03

TK267

A

2014－11－17。

劉世浩，男，1988年出生，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，助理工程師，目前主要從事機(jī)械設(shè)備管理工作。