汽輪機結(jié)垢的原因與防護措施

李向娜 楊勇軍 秦家濤(新疆藍山屯河能源有限公司，新疆 奇臺 831800)

0 引言

本公司汽輪機為東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的沖動式、高溫、高壓、單缸、直接空冷、雙抽凝汽式汽輪機。

機組投用運行2年后進行首次檢查性的檢修，汽輪機揭缸發(fā)現(xiàn)內(nèi)部情況良好。自首次檢修后運行一年時間后再次揭缸進行檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機中壓缸及低壓缸存在嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象。

1 機組結(jié)垢情況

汽輪機運行約9個月時間，汽輪機上已形成較厚的結(jié)垢，汽輪機葉片上的垢為白色，周圍鋼體上的垢為紅棕色，結(jié)垢的范圍是第7級至第10級，為汽輪機一抽、二抽和旋轉(zhuǎn)隔板位置，結(jié)垢厚度約2mm。分析結(jié)垢主要成分如表1所示。通過對垢樣的分析，其主要成分為鈉、鐵的化合物。

表1 結(jié)垢主要成分

2 汽輪機結(jié)垢的原因

汽輪機結(jié)垢原因主要為過熱蒸汽品質(zhì)不良，不良品質(zhì)的蒸汽進入到汽輪機內(nèi)做功，隨著蒸汽壓力與溫度逐漸降低，蒸汽攜帶鹽分的能力逐漸降低，在降壓部分及流道變化的區(qū)域鹽分析出，沉積在通流部件的表面上，形成鹽垢。在汽輪機高壓缸，蒸汽的溫度與壓力降低的較少，并且流通速度較快，因此在高壓缸內(nèi)未發(fā)生結(jié)垢，但是隨著蒸汽的做功，蒸汽的溫度及壓力不斷的下降，攜帶鹽的能力降低，其中的在高壓缸主要沉積的為溶解度較小的Na2SO4、Na2SiO3和銅的氧化物，在中壓缸和低壓缸主要沉積的是溶解度較大的NaCl、NaOH、SiO2。在汽輪機的最末幾級，由于處于濕蒸汽區(qū)域，蒸汽中的水份能夠沖洗掉葉片上的沉積物，所以在這里不會出現(xiàn)結(jié)垢。

3 蒸汽品質(zhì)不良的原因

3.1 鍋爐汽包中汽水分離器故障

此次檢修發(fā)現(xiàn)供蒸汽的鍋爐中兩臺的汽包中汽水分離器分水膜掉落，在檢修前飽和蒸汽二氧化硅含量較高，在修復(fù)汽水分離器后，SiO2數(shù)值降低，具體數(shù)值如表2所示。

表2 檢修前后飽和蒸汽二氧化硅含量

3.2 機組負(fù)荷大并且蒸汽壓力波動大

本公司為自備電廠，裝置用電均為本單位發(fā)電廠自行發(fā)電，未與大網(wǎng)連接，正常裝置中最大耗電設(shè)備為電石爐，但因爐況不好，異常停爐次數(shù)較多，發(fā)單負(fù)荷波動大，主汽壓力在負(fù)荷變化時波動可達1MPa左右，因此在負(fù)荷波動時蒸汽夾帶水的概率增加，蒸汽夾帶的鹽分就會增加。

3.3 脫鹽水含鹽量增大

脫鹽水站因受限于在線儀表故障及檢驗頻次時限長的原因，在混床失效后未及時發(fā)現(xiàn)，造成不合格的脫鹽水進入到鍋爐汽包中，造成爐水含鹽量增加。在運行期間出現(xiàn)異常頻率約1次/月。

3.4 鍋爐加藥人員技術(shù)不佳

鍋爐通過加磷酸三鈉調(diào)整爐水pH，但是加藥人員由原有的化學(xué)處理人員變換為鍋爐運行人員，鍋爐人員無加藥運行經(jīng)驗，并且對爐水的參數(shù)異常未重視，造成當(dāng)脫鹽水及爐水指標(biāo)異常時未及時調(diào)整。其中爐水正磷超標(biāo)嚴(yán)重，最高是正磷達到18mg/L。使水汽系統(tǒng)的鈉離子增多。

3.5 汽包水位

蒸汽中的鹽分主要是通過蒸汽機械夾帶進入到汽輪機系統(tǒng)中，而蒸汽的機械夾帶與汽包的特性及汽包水位有關(guān)，在這一年運行過程中，汽包水位由人員手動調(diào)整，變化較大并且波動劇烈，因此在水位波動過程中使蒸汽攜帶的鹽分增多，在進入到汽輪機系統(tǒng)中沉積。

4 針對鈉離子含量高所采取的優(yōu)化措施

(1)鍋爐汽包內(nèi)汽水旋風(fēng)分離器的作用為：通過三級分離將汽水混合物進行分離達到蒸汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其中第一分離利用改變汽水混合物的流動方向，依靠慣性將汽水混合物進行第一次分離；第二級分離主要依靠波形板分離器，帶有部分水滴的蒸汽在波形板間的縫隙中流動；三級分離利用水的密度差進行重力分離，通過三次分離達到蒸汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)本次檢修打開汽包內(nèi)檢查汽水分離器，發(fā)現(xiàn)本單位的波形板分離器多處出現(xiàn)破損，在本次檢修將損壞的波形板分離器進行更換，使汽水分離器達到其汽水分離的效果。

(2)汽包加藥為磷酸三鈉，將爐水正磷控制在1～2mg/L。鍋爐汽包內(nèi)加入磷酸鹽為了防止在鍋爐水冷壁內(nèi)壁生成鈣鎂水垢、增加爐水的緩沖性，防止水冷壁發(fā)生酸性或堿性腐蝕；降低蒸汽對二氧化硅的溶解攜帶，改善汽輪機沉積物的化學(xué)性質(zhì)，減少汽輪機腐蝕；。但是爐水內(nèi)加入磷酸鹽會在汽水系統(tǒng)內(nèi)引入更多的鈉離子，造成過熱器及汽輪機積鹽?？紤]到本公司汽輪機結(jié)垢的成分大部分為鈉鹽，故降低爐水中的鈉離子是關(guān)鍵，參照電力規(guī)范本公司將爐水的正磷指標(biāo)調(diào)整為1～2mg/L。

(3)針對加藥人員技術(shù)差進行專門培訓(xùn)，同時技術(shù)人員加強監(jiān)督考核，安排本公司化水人員僅技術(shù)指導(dǎo)，規(guī)范加藥人員的配藥方式及調(diào)整方法，并且技術(shù)人員對運行人員未及時調(diào)整加藥量的情況進行考核，提高運行人員的關(guān)注度。

(4)脫鹽水裝置同時參考在線檢測儀表與化驗室化驗數(shù)據(jù)來控制混床切換頻次；當(dāng)在線檢測儀表數(shù)值偏高時采取增加化驗頻次，避免混床失效后含鹽量高的脫鹽水進入到鍋爐水系統(tǒng)中，并且可以保證混床的利用率。

(5)鍋爐汽包液位采用自動調(diào)節(jié)，基本維持0液位。原設(shè)計鍋爐汽包液位為自動控制，但是受限于閥門及檢測原件故障等原因未投入使用，在本次檢修后修復(fù)閥門及更換檢測原件，恢復(fù)自動調(diào)節(jié)功能。

(6)規(guī)范鍋爐排污操作；鍋爐定期排污主要是將不斷蒸發(fā)濃縮的汽包內(nèi)的鹽分進行排出，若不及時排除，汽包內(nèi)的含量量不斷增加會導(dǎo)致蒸汽的含鹽量增加，因此，要保證鍋爐的正常排污，尤其重視鍋爐的定期排污，定期排污量大，對機組經(jīng)濟性存在一定的影響，但與連續(xù)排污排出的鹽分不同，因此為了保證汽水品質(zhì)，應(yīng)保證必要的連續(xù)排污和定期排污。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，由于鍋爐定期排污閥門較多并且閥門卡澀，人員操作困難，故運行人員存在未進行定期排污的情況。公司通過調(diào)取視頻監(jiān)控的方式加強對定期排污工作的監(jiān)督，使運行人員定期排污。

5 優(yōu)化后的效果

優(yōu)化前后的運行一年后的結(jié)垢情況優(yōu)化前情況如圖1所示，優(yōu)化后結(jié)垢情況如圖2所示。

圖1 優(yōu)化前汽輪機結(jié)垢情況

圖2 優(yōu)化后汽輪機結(jié)垢情況

優(yōu)化后汽輪機運行一年后，此汽輪機需進行改造，再次揭缸后檢查，結(jié)垢情況明顯好轉(zhuǎn)，但是仍然存在少量結(jié)垢，因此公司對汽水系統(tǒng)全過程進行梳理，提出進一步的優(yōu)化措施：

(1)脫鹽水及過熱蒸汽增加鈉表進行在線檢測；考慮汽輪機結(jié)垢的主要成分為鈉鹽，因此在脫鹽水出口及過熱蒸汽的取樣處增加鈉離子的監(jiān)測，在脫鹽水處增加鈉表控制水系統(tǒng)源頭的鈉離子引入，在過熱蒸汽處增加鈉表，時刻監(jiān)視過熱蒸汽中的鈉離子含量，出現(xiàn)異常超標(biāo)的情況時，做到人員及時發(fā)現(xiàn)及時處理。

(2)鍋爐在線取樣裝置故障降低，提高使用率；鍋爐在線取樣裝置由于儀表專業(yè)人員維護不到位，造成儀表失準(zhǔn)頻率較高，無法為運行人員提供良好的參考，本公司特制定在線裝置定期維護計劃，并嚴(yán)格監(jiān)督儀表人員的運行維護的執(zhí)行情況，從而降低儀表失準(zhǔn)的頻次。

(3)加裝自動加藥控制手段，實現(xiàn)鍋爐自動加藥；鍋爐加藥主要為聯(lián)氨、氨水以及磷酸三鈉的加入，本公司決定對現(xiàn)有的加藥系統(tǒng)進行自動化改造，完成從儀表分析到加藥的自動注入，減少人為因素造成的加藥不及時、操作誤差方面的問題，實現(xiàn)無人值守、自動調(diào)節(jié)各加藥量的精密注入，從而控制給水氧量、pH以及爐水的正磷等指標(biāo)。

(4)加藥人員進行技能培訓(xùn)，提高對各指標(biāo)的重視；本公司邀請在線取樣裝置儀表廠家專業(yè)工程師進行鍋爐人員水質(zhì)指標(biāo)的培訓(xùn)及日常操作的指導(dǎo)，從而提高本公司運行人員對于指標(biāo)的認(rèn)識和操作技能。