300 MW亞臨界汽輪機(jī)快速結(jié)垢原因分析及處理

賢建偉，代術(shù)建

(上海電氣電站工程公司，上海 201199)

0 引言

某電廠配置1臺N330/350-16.7/538/538型，亞臨界、單軸、一次中間再熱、雙缸雙排汽凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組剛投運(yùn)不久，運(yùn)行中先是出現(xiàn)軸振幅值較大波動，繼而出現(xiàn)推力瓦溫度、軸向位移增大，最終導(dǎo)致高、中壓主蒸汽(以下簡稱主汽)閥和調(diào)節(jié)閥在全開狀態(tài)，在主汽壓力/調(diào)節(jié)級后壓力16.6 MPa/13.0 MPa時(shí)，負(fù)荷只能升至230 MW，汽輪機(jī)的出力明顯下降，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行。

1 事故過程及現(xiàn)象

(1)2015-04-18 T 12：45，#2機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷，各參數(shù)正常，20：15升至300 MW。

(2)2015-04-19 T 01：06，機(jī)組開始降負(fù)荷(289 MW)，02：57降至149 MW，之后機(jī)組各軸瓦振動增大(Y向振動偏大，#1瓦振動最大至119 μm)。

(3)2015-04-19 T 02：57 — 06：54，機(jī)組負(fù)荷138～145 MW，各軸瓦振動出現(xiàn)大幅度波動，振動值17～80 μm。

(4)2015-04-19 T 08：01，機(jī)組負(fù)荷145 MW，各軸X，Y方向的振動值均下降至18～48 μm。

(5)2015-04-19 T 08:01—10:06，機(jī)組負(fù)荷由145 MW降至132 MW，各軸振動值均在48 μm以下。

(6)2015-04-19 T 10：06，機(jī)組開始升負(fù)荷，12：56機(jī)組負(fù)荷由132 MW升至230 MW，此時(shí)主汽壓力16.6 MPa，調(diào)節(jié)級壓力13.0 MPa偏大，高壓調(diào)節(jié)閥(GV)開度50%；隨后機(jī)組GV逐漸至全開狀態(tài)，就地確認(rèn)各閥均在全開位，負(fù)荷不再增加，基本維持在200～230 MW，且機(jī)組軸向位移隨負(fù)荷增加由-0.46/-0.47 mm(132 MW)至-0.34/-0.35 mm(201 MW)向正值方向(發(fā)電機(jī)方向)竄動，主汽壓力最高升至16.6 MPa(230 MW)。

機(jī)組運(yùn)行期間，GV全開至就地檢查時(shí)，各主汽閥及調(diào)節(jié)閥實(shí)際均在全開位；對GV逐個(gè)進(jìn)行開關(guān)試驗(yàn)，各閥開度由100%關(guān)至50%時(shí)，負(fù)荷、主汽壓力及調(diào)節(jié)級壓力均無變化(214 MW)；各閥開度均在50%以下時(shí)參數(shù)有所變化，至0%時(shí)負(fù)荷降至203 MW，主汽壓力略有上升，調(diào)節(jié)級壓力由12.8 MPa 降至11.5 MPa(各單閥試驗(yàn)變化基本一致)，基本排除GV本身問題。

根據(jù)機(jī)組振動時(shí)段(故障區(qū)間)前后推力瓦溫度趨高、軸向位移增大的變化，以及故障前后主要運(yùn)行參數(shù)變化曲線和調(diào)節(jié)級后壓力與機(jī)組負(fù)荷的關(guān)系，判斷調(diào)節(jié)級后壓力升高的原因是通流面積因結(jié)垢已經(jīng)減小，或已存在損傷性的堵塞。

表1 汽輪機(jī)結(jié)垢物化學(xué)分析Tab.1 Chemical analysis of steam turbine scaling %

根據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)象及分析結(jié)論，決定對機(jī)組停機(jī)進(jìn)行開缸檢查。開缸后，發(fā)現(xiàn)高中壓缸轉(zhuǎn)子、調(diào)節(jié)級、噴嘴組、導(dǎo)氣管存在嚴(yán)重結(jié)垢，導(dǎo)氣管和中壓持環(huán)被拉毛等現(xiàn)象，如圖1、圖2所示。

圖1 高壓轉(zhuǎn)子結(jié)垢Fig.1 High-pressure rotor scaling

圖2 中壓轉(zhuǎn)子結(jié)垢Fig.2 Medium pressure rotor scaling

2 結(jié)垢原因分析

機(jī)組最嚴(yán)重的結(jié)垢在高壓噴嘴組靜葉出口和調(diào)節(jié)級動葉的進(jìn)、出汽側(cè)，為一種白色、黏性的沉淀物，即有一定厚度的結(jié)垢物。高壓缸噴嘴組有一個(gè)氣道堵塞，結(jié)垢層厚度由高壓缸到低壓缸在6.5～1.5 mm之間，形狀由高壓缸到中壓缸依次是松散黏性的不規(guī)則沉淀物到趨于厚度減小的平整面垢層。對各部位結(jié)垢物質(zhì)取樣進(jìn)行化驗(yàn)，結(jié)果見表1。

該結(jié)垢化驗(yàn)報(bào)告中，氯離子平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)60.00%，鈉離子平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)40.00%，二氧化硅平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%，鐵平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%～0.64%，說明給水的下游已被嚴(yán)重污染，應(yīng)分析查找對應(yīng)含有氯離子和鈉離子的污染水源。

近期運(yùn)行過程中，檢測水質(zhì)報(bào)告都未見異常。查看分散控制系統(tǒng)(DCS)記錄，顯示熱井電動放水閥在當(dāng)日夜間曾被打開1刻鐘左右。運(yùn)行中熱井電動放水閥被誤打開后，因凝汽器處真空，地坑內(nèi)積水(循環(huán)水泄漏)被吸入熱井內(nèi)部，導(dǎo)致凝結(jié)水污染。經(jīng)粗略估算，吸入凝結(jié)水系統(tǒng)的水量大概為43.24 m3。

被污染的凝結(jié)水經(jīng)鍋爐加熱為過熱蒸汽，含有各種鹽分和雜質(zhì)。過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，膨脹做功，參數(shù)降低，攜帶鹽分的能力逐漸減弱，鹽分即被分離出來并緊緊黏附在噴嘴、動葉和汽閥等通流部分的表面上，形成一層堅(jiān)硬的鹽垢[1]。

3 應(yīng)對措施

3.1 針對機(jī)組嚴(yán)重結(jié)垢現(xiàn)象采取的處理措施

(1)高中壓缸靜止部分結(jié)垢的主要成分是氯離子和鈉離子，為一定厚度的白色不規(guī)則沉淀物，現(xiàn)場決定先用除鹽水清洗，再進(jìn)行噴砂處理。

(2)低壓缸靜止部分結(jié)垢的主要成分是氧化鐵，且主要沉積在葉片上，現(xiàn)場決定直接采用噴砂處理工藝。

(3)對于高中壓轉(zhuǎn)子，現(xiàn)場決定先用除鹽水清洗，再進(jìn)行噴砂處理。對轉(zhuǎn)子葉片及噴嘴組進(jìn)行磁粉探傷及著色探傷，檢查內(nèi)部是否存在裂紋。

(4)對于低壓轉(zhuǎn)子，現(xiàn)場決定直接采用噴砂處理工藝。

(5)對于汽輪機(jī)的蒸汽、抽汽、汽封、疏水管道，采用水清洗和內(nèi)窺鏡檢查。

3.2 機(jī)組恢復(fù)啟動時(shí)加強(qiáng)監(jiān)督

(1)機(jī)組啟動前對汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)(ETS)進(jìn)行重新驗(yàn)證，并進(jìn)行遠(yuǎn)方、就地打閘試驗(yàn)。

(2)加大沖洗力度，對管路進(jìn)行循環(huán)沖洗，凝結(jié)水水質(zhì)(向鍋爐上水前w(Fe)<100×10-9，正常運(yùn)行時(shí)w(Fe)<20×10-9)合格前，通過#4低壓加熱器放水及凝汽器放水排放。

(3)鍋爐點(diǎn)火后加大洗硅力度，沖轉(zhuǎn)前要求蒸汽中w(Si)<60×10-9，正常運(yùn)行時(shí)要求蒸汽中w(Si)<10×10-9。

(4)機(jī)組啟動后重新進(jìn)行噴油試驗(yàn)、閥門嚴(yán)密性試驗(yàn)、超速試驗(yàn)，機(jī)組運(yùn)行后加強(qiáng)水質(zhì)化驗(yàn)及系統(tǒng)加藥工作。

機(jī)組經(jīng)處理后，重新并網(wǎng)帶負(fù)荷，并可根據(jù)電網(wǎng)需要帶滿負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)組結(jié)垢的問題得到成功解決。

4 結(jié)論

針對機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)的軸振幅值波動大，推力瓦溫度、軸向位移增大，無法升負(fù)荷等運(yùn)行工況惡化現(xiàn)象，分析判斷出汽輪機(jī)內(nèi)部存在結(jié)垢問題。采取揭缸全面檢查和徹底清理，有效去除了汽輪機(jī)鹽垢，機(jī)組結(jié)垢的問題得到有效解決。今后機(jī)組運(yùn)行中要加強(qiáng)對汽水品質(zhì)的監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常時(shí)及時(shí)排查原因，確保機(jī)組安全運(yùn)行。