燃機(jī)電廠TCA管道內(nèi)壁腐蝕原因分析及防治措施

李惠

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東惠州 516082）

燃機(jī)電廠TCA管道內(nèi)壁腐蝕原因分析及防治措施

李惠

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東惠州 516082）

簡(jiǎn)單介紹了電廠燃機(jī)風(fēng)煙系統(tǒng)原理及TCA冷卻空氣系統(tǒng)管道（簡(jiǎn)稱TCA管道）走向，發(fā)現(xiàn)TCA管道內(nèi)壁腐蝕問(wèn)題，分析了問(wèn)題產(chǎn)生原因，并給出了改進(jìn)建議。

燃?xì)廨啓C(jī)；TCA管道；腐蝕

0 引言

某電廠燃?xì)廨啓C(jī)由進(jìn)氣缸、壓氣機(jī)缸、燃兼壓缸（通常稱為前三缸）、透平缸、排氣缸組成。其中壓氣機(jī)共有17級(jí)，透平部分4級(jí)。其風(fēng)煙系統(tǒng)為：空氣通過(guò)2級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)、進(jìn)氣室、進(jìn)口導(dǎo)葉（IGV）后進(jìn)到壓氣機(jī)；在壓氣機(jī)內(nèi)，空氣被強(qiáng)有力地壓縮后通過(guò)出口導(dǎo)葉（OGV）排至燃兼壓缸；在燃兼壓缸，很大一部分壓縮空氣從管道抽出，在通過(guò)冷卻器及分離器后，最終變成透平轉(zhuǎn)子冷卻空氣（TCA）。TCA回到燃機(jī)后流進(jìn)透平轉(zhuǎn)子空腔，并逐級(jí)流向透平＃1～＃4級(jí)每片動(dòng)葉，自葉根流入，從動(dòng)葉片的每個(gè)獨(dú)特冷卻孔流出，流出的冷卻空氣在葉片整個(gè)外表形成低溫保護(hù)氣流，用以隔絕燃室排出的高溫?zé)煔?，從而使?dòng)葉片一直在可允許溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。因此，TCA的溫度、流量、清潔度等參數(shù)，對(duì)電廠燃機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要［1］。

1 TCA管道內(nèi)壁生銹情況簡(jiǎn)介

在某次燃機(jī)定期檢修期間，對(duì)TCA系統(tǒng)管道內(nèi)壁進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁大量銹蝕情況，具體檢查情況如下。

（1）TCA冷卻器進(jìn)出口聯(lián)箱檢查情況良好，內(nèi)壁除正常氧化層外，未發(fā)現(xiàn)明顯鐵銹、起皮等現(xiàn)象。

（2）TCA分離器入口管道清潔度較好，只是覆蓋有輕微淺紅色氧化層，且未有明顯起皮、結(jié)渣等現(xiàn)象。

（3）TCA分離器主體前管道檢查情況良好，未發(fā)現(xiàn)破損及臟污堆積現(xiàn)象。

（4）機(jī)組TCA分離器后管道明顯結(jié)有一層灰黑色、約0.20mm厚度的銹垢，銹垢面積約占管道內(nèi)壁的50%、且均勻覆蓋在分離器后整個(gè)管道，如圖1所示。

圖1 TCA分離器母管內(nèi)部檢查情況

（5）TCA旁路閥管道檢查，發(fā)現(xiàn)疏水口位置內(nèi)壁覆有大量暗紅色、松散狀銹皮，如圖2所示。

圖2 TCA旁路閥疏水口位置銹蝕

經(jīng)過(guò)對(duì)TCA系統(tǒng)管道檢查，大致情況可以分為：（1）TCA分離器本體運(yùn)行正常，未出現(xiàn)任何破損及腐蝕、生銹等失效現(xiàn)象；（2）TCA分離器前后管道內(nèi)壁清潔度相差較大，分離前管道除旁路閥疏水口部位，其余部位均比較正常，符合燃機(jī)安全運(yùn)行要求，分離器后管道銹蝕嚴(yán)重，存在較大隱患；（3）TCA分離器至燃機(jī)本體管道銹蝕情況呈逐漸減輕趨勢(shì)。

2 TCA分離器后管道內(nèi)壁生銹原因分析

2.1 管材材質(zhì)

TCA自燃兼壓缸出口至冷卻器管道材質(zhì)為P22，冷卻器后管道為20 G。20 G管材化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：C，0.17%～0.24%；Mn，0.35%～0.65%；Si，0.17%～0.37%。P22管材化學(xué)成分為：C≤15%；Mn，0.3%～0.6%；P≤0.03%；S≤0.03%；Si≤0.5%；Cr，1.9%～2.6%；Mo，0.87%～1.13%。由上述化學(xué)成分可知，2種管材如置于潮濕空氣中，都較易生銹［2］。

2.2 管道布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管道布置情況可知：（1）TCA管道是與大氣相通的開(kāi)放系統(tǒng)；（2）TCA分離器布置在整個(gè)系統(tǒng)的最底部；（3）TCA管道聯(lián)箱及沿途管道設(shè)計(jì)有手動(dòng)疏水閥，但疏水頻率較低。由于兩班制運(yùn)行及定期水洗，TCA管路不可避免會(huì)出現(xiàn)積水，因此，TCA系統(tǒng)如疏水不凈則會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)空氣潮濕，隨之引起管路內(nèi)壁氧化銹蝕，尤其以疏水口為甚。

2.3 空氣濕度

在啟動(dòng)升速階段，當(dāng)機(jī)組為日啟機(jī)工況（DSS）時(shí)，轉(zhuǎn)子冷卻空氣（RCA）溫度介于65～100℃之間，處于對(duì)應(yīng)飽和空氣露點(diǎn)邊緣，積水較少。但是，當(dāng)機(jī)組為每周啟停工況（WSS）時(shí)，RCA溫度介于35～70℃之間，已經(jīng)位于對(duì)應(yīng)飽和空氣露點(diǎn)溫度以下，很容易出現(xiàn)積水現(xiàn)象。在燃機(jī)轉(zhuǎn)速為2200r/min左右收集到了大量疏水，因此，TCA管道疏水不暢是該管道生銹的根本原因［3］。

由于TCA分離器筒體布置在整個(gè)管路系統(tǒng)中的最低點(diǎn)，因此，當(dāng)分離器筒體中存有積水，則TCA冷卻空氣流過(guò)分離器時(shí)，會(huì)將積水附帶在流過(guò)的冷卻空氣中，引起分離器后管道在啟、停機(jī)過(guò)程中以及在長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后，都處于潮濕的空氣當(dāng)中，進(jìn)而引起TCA分離器后管道，轉(zhuǎn)子輪盤(pán)內(nèi)出現(xiàn)氧化生銹現(xiàn)象［4］。

3 防治措施與建議

3.1 保證燃機(jī)進(jìn)氣清潔

定期檢查進(jìn)氣粗、精濾芯及進(jìn)氣室，避免進(jìn)氣濾芯破損或進(jìn)氣室局部漏氣等影響壓氣機(jī)進(jìn)氣品質(zhì)。

3.2 加強(qiáng)TCA管道疏水

在機(jī)組升速階段及停機(jī)后增加現(xiàn)有人工疏水頻率。改造疏水管路形式，尤其是分離器筒體疏水系統(tǒng)，將現(xiàn)有手動(dòng)疏水改為電動(dòng)或氣動(dòng)疏水。在升轉(zhuǎn)速階段及停機(jī)后可設(shè)計(jì)疏水閥開(kāi)關(guān)邏輯，建議機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后該閥門(mén)保持常閉狀態(tài)［5］。

3.3 升級(jí)TCA管道材質(zhì)

將分離器后TCA所有管道由現(xiàn)有材質(zhì)替換為304或316不銹鋼，但由于2種材質(zhì)膨脹系數(shù)略微不同，為安全起見(jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)管道的走向及支座設(shè)計(jì)等是否需要變更應(yīng)得到具有相關(guān)資質(zhì)的單位確認(rèn)。由于燃機(jī)間內(nèi)管道縱橫交錯(cuò)，大規(guī)模更換管道工作量較大，該更換工作需有充足檢修時(shí)間保證，可在燃機(jī)T檢、M檢檢修中考慮實(shí)施。

3.4 保證管道內(nèi)部干燥及保養(yǎng)

充氮?dú)饪梢詫CA內(nèi)部管道與大氣隔離，避免氧化。但由于TCA系統(tǒng)與大氣相通，氮?dú)馐褂昧繒?huì)非常大，成本非常高。

充壓縮空氣是為了使管道內(nèi)部空氣一直流動(dòng)，保證管道干燥，避免積水。氣源可以選擇廠內(nèi)儀用壓縮空氣或者單獨(dú)設(shè)計(jì)一套鼓風(fēng)裝置，但同樣由于系統(tǒng)無(wú)法做到保壓，因此需一直供壓縮空氣，同時(shí)，還必須考慮到：（1）充入的儀用壓縮空氣或氮?dú)獗仨毐ＷC干燥、潔凈；（2）充入的氣體會(huì)進(jìn)入轉(zhuǎn)子輪盤(pán)空腔，并且最終會(huì)從透平動(dòng)葉冷卻孔中流出。因此，為避免充入的氣體與熱通道部件溫差過(guò)大，溫度、壓力、流量及何時(shí)充入應(yīng)得到原廠家制造商認(rèn)可；（3）建議選擇積水最嚴(yán)重、位置最低的分離器筒體疏水管作為干燥氣體充入口。

當(dāng)機(jī)組停運(yùn)48 h以后，TCA管道內(nèi)部空氣溫度降為35℃左右，已接近甚至低于管道內(nèi)飽和空氣露點(diǎn)，管道底部逐漸出現(xiàn)積水。在TCA管道內(nèi)充壓縮空氣可以有效降低管道內(nèi)大氣濕度，保證管道干燥。

當(dāng)足夠流量的干燥、潔凈壓縮空氣充入后，管道內(nèi)空氣相對(duì)濕度明顯下降，大大降低了管道內(nèi)壁在35℃左右的鐵銹生成率。

TCA管道充潔凈空氣方案所需主要設(shè)備包括：外置空壓機(jī)；管路系統(tǒng)（建議采用304不銹鋼）；閥門(mén)（3個(gè)氣動(dòng)控制閥，2個(gè)手動(dòng)閥，1個(gè)逆止閥）。

建議在潔凈、干燥的壓縮空氣從空壓機(jī)出口后的管路上加裝1個(gè)手動(dòng)隔離閥，1個(gè)氣動(dòng)關(guān)斷閥及1個(gè)氣動(dòng)控制閥，再加1個(gè)逆止閥和1個(gè)手動(dòng)隔離閥，最后接入TCA分離器回收管道三通接口。其中，在氣動(dòng)關(guān)斷閥及控制閥之間設(shè)計(jì)疏水管路，疏水閥為氣動(dòng)控制閥。

4 結(jié)束語(yǔ)

TCA管道系統(tǒng)猶如電廠燃機(jī)透平的“大動(dòng)脈”，內(nèi)壁的潔凈至關(guān)重要。由于原廠家在管道選材及疏水運(yùn)行方式上出現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，致使該系統(tǒng)分離器后管道出現(xiàn)了明顯銹蝕、起皮現(xiàn)象，對(duì)轉(zhuǎn)子輪盤(pán)及動(dòng)葉片安全運(yùn)行產(chǎn)生了重大隱患，因此，建議從增加疏水、改善材質(zhì)、充壓縮空氣防潮等3方面對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以徹底消除隱患，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］清華大學(xué)熱能工程系動(dòng)力機(jī)械與工程研究所.燃?xì)廨啓C(jī)與燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)裝置［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［2］殷麗秋，吳明，修連強(qiáng)，等.油氣管道的腐蝕行為與防護(hù)技術(shù)［J］.當(dāng)代化工，2013（6）：832－835.

［3］包月霞.金屬腐蝕的分類和防護(hù)方法［J］.廣東化工，2010，37（7）：199，216.

［4］黃力森，陳紅英.M701F型燃?xì)廨啓C(jī)冷卻空氣系統(tǒng)［J］.熱力發(fā)電，2006，35（10）：54－56，59.

［5］龔文強(qiáng)，王慶韌.燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件壽命的等效運(yùn)行時(shí)間分析［J］.中國(guó)電力，2010（8）：28－30.

（本文責(zé)編：齊琳）

TE 98

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1674－1951（2016）10－0049－02

李惠（1988—），女，廣東茂名人，工程師，從事電站設(shè)備檢修管理方面的工作（E-mail：0752lh＠163.com）。

2016－07－05；

2016－08－30