飽和蒸汽汽輪機通流部位積鹽診斷和處理

尹依軍，李和平，姚 旭

（1.湖南漣鋼振興有限公司；2.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司生產管理部，湖南婁底 417009）

前言

近幾年，鋼鐵行業(yè)轉爐、加熱爐等汽化冷卻裝置產生了低壓飽和蒸汽，利用低壓飽和蒸汽發(fā)電技術回收低溫余熱，被廣泛應用［1］［2］，取得了良好的社會效益和經濟效益。某鋼廠飽和蒸汽發(fā)電機組是2014 年12 月建成的回收利用富余低壓蒸汽的節(jié)能項目，2021 年6 月1 日反映汽機負荷低，不能正常加負荷，輪室壓力大，軸向位移-0.68 mm，已超過報警值。該發(fā)電機組不得不申請停機揭大蓋檢修。

1 系統(tǒng)概況

該鋼廠飽和蒸汽發(fā)電機組蒸汽由2臺210 t/h轉爐汽化爐、配套的一條2250 熱軋生產線3 臺加熱爐（余熱鍋爐）和20 t/h 煤氣保安鍋爐組成，汽化爐和加熱爐飽和蒸汽（～180 ℃）經過過熱爐后進入汽輪機。其中轉爐汽化爐飽和蒸汽一部分用于內部RH爐生產，剩余部分經球形蓄熱器、臥式蓄熱器后外供，熱軋生產線加熱爐（余熱鍋爐）飽和蒸汽直供。凝結水不返回到汽化爐和加熱爐。飽和蒸汽發(fā)電蒸汽管網流程示意圖見圖1。

圖1 飽和蒸汽發(fā)電蒸汽管網流程示意圖

210 t/h 轉爐汽化爐主要參數(shù)：工作壓力1.3～2.9 MPa，工作溫度195～234 ℃，平均產汽量35 t/h，最大產汽量120 t/h。鍋爐補給水為除鹽水，除鹽水pH=8～9.5，加氨前電導率＜2 μS/cm。

2250 熱軋生產線加熱爐（余熱鍋爐）主要參數(shù)：工作壓力0.6～1.6 MPa，平均產汽量11.4 t/h，最大產汽量24.9 t/h。鍋爐補給水為軟化水，軟化水pH=8.5；電導率，500 μS/cm；Cl-，25 mg/L；總硬度，2 mg/L；總堿度，3 mmol/L；總Fe，0.12 mg/L。

配套飽和蒸汽汽輪機組1 臺，型號N12-1.0/220。主蒸汽質量：氫電導率≤0.3 μS/cm，Na+≤20 μg/kg。

2 案例分析

2021 年6 月1 日，熱軋生產線反映外送蒸汽壓力1.4 MPa，流量38.4 t/h，蒸汽放散，飽和蒸汽發(fā)電負荷9 MW，汽輪機不能加負荷。6 月2 日繼續(xù)蒸汽放散，飽和蒸汽發(fā)電負荷7 MW，汽機不能加負荷，軸向位移-0.68 mm，已超過報警值，查汽輪機熱力特性書表明，汽輪機通流部位大量積鹽需要清洗。6月4日停機揭大蓋檢修。

2.1 飽和蒸汽發(fā)電汽輪機吊大蓋通流部位狀態(tài)檢查

2021 年6 月5 日汽輪機大蓋吊開，檢查汽輪機主汽門濾網、轉子內部狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)主汽門濾網內部有約1 mm 以上白色鹽垢，汽輪機1、2、3 級葉片積鹽相當嚴重，其中第2級葉片個別通道全部堵塞，末級未見明顯積鹽。主汽門濾網和葉片鹽垢水溶性檢查，基本上溶于水。

取汽輪機汽缸通流部位積鹽進行分析。XRF分析見表1，化學分析見表2。

表1 積鹽樣XRF分析結果 %

表2 積鹽樣化學分析結果（除pH值外，其它單位：%）

2.2 飽和蒸汽發(fā)電汽輪機主蒸汽質量調查

2.2.1 飽和蒸汽發(fā)電主蒸汽日常檢測

蒸汽檢測沒有安裝在線檢測儀表，現(xiàn)場也沒有設置人工檢測取樣點。每天有檢測凝結水pH 值和電導率。

2.2.2 飽和蒸汽發(fā)電主蒸汽質量檢查

飽和蒸汽發(fā)電機組蒸汽來源是兩個工序的余熱蒸汽和一臺20 t/h 煤氣保安鍋爐蒸汽。在停機檢修時，組織對兩個工序的飽和蒸汽質量進行檢查。由于蒸汽沒有取樣裝置，檢查兩個工序的外送蒸汽主管網上蒸汽疏水。飽和蒸汽疏水檢測項目結果見表3。

表3 飽和蒸汽疏水檢查項目結果

2.3 汽化爐、加熱爐現(xiàn)場汽包水位控制和汽包放散閥調查

在對兩個工序的余熱蒸汽質量調查時，同時對轉爐汽化爐和熱軋線加熱爐（余熱鍋爐）的汽包水位歷史數(shù)據(jù)進行調查。轉爐汽化爐汽包水位控制基本正常，運行中汽包放散閥基本無放散。熱軋生產線加熱爐水位控制高，2#、3#加熱爐的水位一般運行～200 mm高水位，1#加熱爐汽包水位因汽包給水自動控制調節(jié)閥故障從5 月21 日開始基本上處于滿水狀態(tài)。

同時熱軋生產線加熱爐汽包放散閥近期每天多次開啟，飽和蒸汽總管壓力在RH 爐從生產狀態(tài)轉到停止時，或用汽量少時壓力會顯著升高，熱軋生產線加熱爐會因母管壓力升高而自動放散，放散閥開啟時汽包水位急劇大幅波動，嚴重時水位從+200 mm突降至液位指示下限。

2.4 分析

2.4.1 汽輪機積鹽主要來源

蒸汽的雜質來源是蒸汽的溶解攜帶和機械攜帶，蒸汽質量差主要是機械攜帶引起。蒸汽機械攜帶爐水造成蒸汽污染的程度與爐水的含鹽量、鍋爐負荷變化以及汽包水位等因素有關。飽和蒸汽攜帶的鹽類物質主要是含鈉的鹽類。

2.4.2 汽輪機積鹽狀態(tài)主要原因是余熱鍋爐產生了嚴重的汽水共騰和過水現(xiàn)象

從汽輪機汽缸通流部位積鹽狀態(tài)與成分分析可以看出，汽輪機積鹽非常嚴重，NaSO4占主要部分。根據(jù)鈉化合物在水中的溶解度與溫度的關系，硫酸鈉在飽和蒸汽中，只有水滴攜帶的形態(tài)，說明飽和蒸汽水滴攜帶相當嚴重，從鹽垢成分證明余熱鍋爐產生了嚴重的汽水共騰甚至過水現(xiàn)象。

從事故后的鍋爐水位歷史數(shù)據(jù)調查結果可看出，熱軋生產線1#加熱爐從5 月21 日開始長期處于滿水狀態(tài)，證明1#鍋爐產生了過水現(xiàn)象。2#、3#加熱爐的水位一般運行～200 mm 高水位，同時加熱爐汽包放散閥每天多次開啟，放散閥開啟時汽包水位急劇波動，嚴重時水位從+200 mm 突降至液位指示下限以下，汽包液位嚴重偏離了控制設定值±0.0～+100 mm，汽包液位波動控制嚴重偏離了設定值±50 mm內。從水位歷史記錄證明，余熱鍋爐應該產生了嚴重的汽水共騰，甚至產生了水擊現(xiàn)象。

熱軋生產線6 月4 日蒸汽疏水pH 值=11.68，電導率3 215 μS/cm，接近監(jiān)測的爐水指標，證明鍋爐產生了過水現(xiàn)象。6 月6 日蒸汽疏水pH 值=11.28，電導率1 629 μS/cm，證明鍋爐產生了嚴重的汽水共騰。

從熱軋生產線加熱爐補水水質可看出，加熱爐補水水質為軟化水，含鹽率高，爐水電導率一般在4 000 μS/cm，蒸汽濕分與爐水含鹽量有直接關系，爐水的高含鹽量引起的機械攜帶對蒸汽質量影響大。同時，由于是全補水加熱爐，排污損耗也相當大。

2.4.3 飽和蒸汽發(fā)電水汽質量監(jiān)督失控

（1）一直以來沒有班組對蒸汽進行取樣分析，甚至連蒸汽取樣點都沒有設置。

（2）飽和發(fā)電汽輪機凝結水在對應蒸汽質量差時，可發(fā)現(xiàn)異常。

（3）飽和蒸汽20 t/h 保安煤氣鍋爐的給水是凝結水，在對應蒸汽質量差時，爐水水質可發(fā)現(xiàn)異常。

（4）熱軋生產線1#加熱爐運行參數(shù)監(jiān)控中，水位自動調節(jié)閥故障時，水位監(jiān)控報警和現(xiàn)場巡視可明顯發(fā)現(xiàn)異常。

分析認為，熱軋生產線對加熱爐的監(jiān)管不到位，飽和蒸汽發(fā)電蒸汽質量監(jiān)督失控，保安鍋爐水質監(jiān)督也不到位。在各方監(jiān)督均失控時不可避免造成大的停機損害事故。

3 整改措施

（1）沖洗飽和蒸汽發(fā)電站內過熱爐。在過熱爐內由于水滴的蒸發(fā)，Na2SO4、Na3PO4這兩種鹽類易變成飽和溶液而結晶析出。加之這兩種鹽類在過熱蒸汽中溶解度很小，所以，過熱爐內肯定有沉積物。在汽輪機檢修期間對過熱爐管進行在線沖洗。

（2）熱軋生產線1#加熱爐損壞的給水自動控制調節(jié)閥更換。

（3）建立有效協(xié)調機制，在蒸汽母管壓力高時聯(lián)系開外網，減少熱軋生產線加熱爐因壓力高放散問題。

（4）熱軋線加熱爐汽包液位設置與控制應滿足設備要求。

（5）轉爐線汽化爐和熱軋線加熱爐爐水控制要滿足設備規(guī)范，鍋爐產生的蒸汽質量要滿足發(fā)電要求。在完成檢修開機后，運行班組每天取樣化驗轉爐廠汽化爐和熱軋線加熱爐飽和蒸汽質量，同時對所屬二級廠不定期進行抽檢。抽檢蒸汽化驗結果見表4。

表4 轉爐廠汽化爐和熱軋線加熱爐混合蒸汽疏水質量（抽檢）

（6）新增取樣點，后續(xù)計劃新增在線化學監(jiān)督儀表，以及時發(fā)現(xiàn)異常。

（7）發(fā)電凝結水計劃返回熱軋線加熱爐，以徹底改善爐水水質。

4 結論

（1）飽和蒸汽發(fā)電汽輪機6 月4 日停機揭大蓋后對主汽門濾網、汽輪機轉子、葉片、隔板進行清洗，6 月9 日并網發(fā)電，汽輪機各運行參數(shù)正常。汽輪機負荷、主蒸汽壓力、輪室壓力、軸向位移揭蓋清洗前后變化見表5。

表5 汽輪機負荷、主蒸汽壓力，輪室壓力、軸向位移前后變化

（2）飽和蒸汽發(fā)電汽輪機葉片通流部分積鹽堵塞的主要原因是熱軋生產線加熱爐汽包滿水產生過水沖擊，汽包高水位、汽包放散閥動作水位急劇變化產生汽水共騰現(xiàn)象。

（3）飽和蒸汽發(fā)電的汽化爐、加熱爐、保安鍋爐、汽輪機凝汽器的水汽質量化學監(jiān)督需要嚴格執(zhí)行電力規(guī)范中化學監(jiān)督的要求。