超临界机组汽轮机结垢及腐蚀原因分析

超临界机组汽轮机结垢及腐蚀原因分析

周海

大唐绥化热电有限公司，黑龙江省绥化市，152000

摘要：超临界机组汽轮机结垢不仅会增加汽轮机的磨损和能耗，降低机组的整体工作效率，更会增加汽轮机组发生安全问题的风险。因此，文章就对超临界机组汽轮机结垢和腐蚀的原因进行了分析总结，并提出了相关防范措施，以供参考。

关键词：汽轮机；结垢；腐蚀；原因；防范措施

1超临界机组汽轮机结垢的原因

汽轮机垢样中的主要成分包括硅、铁、铜、钙、钠等元素，其中铁铜等化合物多来自水气系统运行期间，由于腐蚀所产生的各种细小微粒，随着汽轮机的长期运行会沉积到汽轮机炉管或者叶片表层；硅钙等化合物则是由于机组在建设、调试或者启动过程中所携带的杂物沉积；钠盐等化合物则是由于精处理混床运行存在异常所造成的，通过检测发现汽轮机叶片上的沉积物多数呈现弱碱性。进一步分析汽轮机结构的原因，具体分为下述几点:

1)精处理系统存在运行异常。超临界机组在运行过程中需要通过精处理混床进行水汽品质的有效管控，但是在具体应用中可能由于精处理混床流量偏差较大，影响其运行状态，在氨化状态下混床所产生的水质不能够达到既定的品质控制要求，水汽氢导值大于0.10μS/cm，同时在汽轮机组运行中也没有及时进行过滤器正式滤元的更换，影响除铁效果[1]。

2)停炉保护方案问题。“氨、联氨钝化烘干法”作为常用的停炉保护方法，在具体应用中，如果锅炉的容量较大，在放水过程中，可能因为压力较低，冷却过快等原因，致使炉内湿蒸气无法排净，当金属壁温降低时，就会在系统内壁凝结，进而腐蚀锅炉设备。再或者机测设备在停机后没有及时进行有效保护，除氧器水箱、热井等都可能被腐蚀，因为腐蚀所产生的锈蚀物就可能在机组启动后，水蒸气带入汽轮机系统中。

3）过热蒸汽品质较低。过热蒸汽的品质直接影响汽轮机的运行效率和安全，如果蒸汽中的含钠物质或者其他化合物含量较高，这些物质在汽轮机增压减压等运行中就会沉积在汽轮机叶片等位置，造成结垢问题。同时锅炉在长期运行过程中，可能会因为磨损或者零部件损坏导致蒸汽品质下降，所产生的蒸汽中钠、硅等离子含量超标，随着蒸汽在汽轮机中做功和流通，蒸汽中所含带的盐分就会沉积在叶片、阀门等通流部件上，影响汽轮机的运行。

2超临界机组汽轮机腐蚀的种类以及原因

2.1氧腐蚀

氧腐蚀在超临界机组汽轮机中具有较高的出现率，其发生原理是由于金属壁上的保护层由于水质、热力等因素而被破坏，导致内层的钢材和保护膜形成局部电池，发生电化学反应，在此过程中金属壁中的铁就会从阳极析出，在金属壁上呈现黄褐色或者砖红色的鼓包，而鼓包下则为黑色粉末状腐蚀产物。如果将黑色粉末清理，则会在金属面上呈现腐蚀坑，随着腐蚀问题的加剧，汽轮机的运行质量和安全都会受到严重影响。除此以外，在停机保护过程中，如果没有做好相应的停机保护措施，空气进入到气缸内部也会发生氧腐蚀问题。

2.2酸腐蚀

汽轮机在运行过程中蒸汽会经历相变过程，在初凝的水滴中，由于含盐量非常高，所以腐蚀性较强。一般情况下蒸汽中的含盐或无机酸等的汽水分配系数都在1/10000以下，所以盐类和无机酸都会溶于液体之中，所以初凝水属于盐水，并且如果没有被中和，初凝水的酸性就会相对较强，在温度较低凝结水较多的区域，酸性则会逐渐降低。在低温状态下，二氧化碳分配系数超过氨气，所以在二者共存时，热力系统汽水相变区域的二者比值也会发生改变，在尾部是蒸汽区域，氨和二氧化碳会分别以气相和液相存在，即便在前期加入足够氨，但是在出凝水中也无法融入较多的氨，不能够起到酸碱中和的目的，导致汽轮机发生酸性腐蚀[2]。其中尤其以盐酸腐蚀最为典型，一方面是由于氯离子易通过精处理进入水汽循环系统，另一方面主要是由于凝气气泄漏，氯化物在漏入锅炉后会在出凝水中转化为HCl，进而导致腐蚀问题的发生。通常情况下酸腐蚀多出现在动静叶片、排汽室缸壁等位置，以银灰色金属颗粒为主，并且随着结垢问题的发生，结垢也会呈现酸性。此外，在汽轮机停机后，随着空气的进入，酸性结垢会吸潮继续产生酸性腐蚀，并且腐蚀区域的颜色也会逐渐由银灰色变为砖红色。

2.3点腐蚀

点腐蚀多出现在初凝区，这是由于出凝水中的含盐量较高，Cl－和SO42－是造成点腐蚀的最主要介质。随着汽轮机负荷的变化，初凝水会因为蒸发导致含盐浓度增加，如果所在区域结垢的粘附性较强，盐水就会吸附在结垢上，加速腐蚀反应。同时在汽轮机停运时，机组内部无法保持真空状态，空气就会进入到汽轮机内，进一步加剧点腐蚀问题。

2.4水蚀

低负荷运行状态下,汽轮机低压末工况变化较大,当机组功率提高，低压级组子午流道扩张角增大，叶高增加，设计工况容积流量迅速变小，流场参数也会产生较大变化。在此情况下，叶片底部会产生较大的反动度，对设计不妥的动叶片下半部造成大范围的回流区。回流区的大小则会随着负荷的降低不断增加。尤其对于大功率超临界机组，末级排气湿度相对较大，气流中的水滴含量较高，随着动叶的高速旋转，回流蒸汽中的水滴就会对动叶下部造成水冲蚀。

3防范超临界机组汽轮机结垢和腐蚀的措施和建议

3.1加强机组化学监督

为了避免蒸汽品质影响热力系统的运行，必须确保蒸汽品质达到相关要求后才可以进行点火、冲转和并网。同时需要严格遵循《火力发电厂水汽化学监督导则》做好对蒸汽品质和各项参数的管控，尤其对于硅、铁等含量的检测监督，避免含盐物质过高造成结垢问题。同时还需要考虑到在线化学仪表的测量准确度，定期进行人工校检，确保在线化学仪表监测结果的准确有效，能够真实反映蒸汽的品质，及时排查有无蒸汽品质降低等问题。此外，还需要做好锅炉的合理排污，以此来有效控制炉水含盐量在一定范围内，减少结垢问题影响。

3.2做好机组停用保护

为了有效降低机组在停用期间的腐蚀速率，在短期停用的机组内需要持续向其中充入氮气，避免外界空气进入机组内部而造成腐蚀；如果机组长期停用，则需要在滑参数停机期间加入成膜缓蚀剂，之后再热炉防水，受热面上就能够形成疏水薄膜，有效隔绝空气，水域金属面的接触，避免腐蚀问题的发生[3]。

3.3重视设备的维护管理工作

汽轮机的运行质量与维护管理工作密切相关，为了尽可能降低结构腐蚀等问题的影响，必须从以下几点加强维护管理。第一，细化设备管理要求，明确相关责任制度。运维管理人员需要依据所制定的管理要求做好对设备的维护管理和检修检查，并详细记录设备的运行、维护保养等各方面的信息数据，做好台账管理，以便于为后续维护管理工作开展提供参考依据。第二，落实设备监督制度，做好对汽轮机设备及系统的实时监督管控，确保在发生问题时，能够第一时间得到反馈和处理。同时还需要实时根据设备的运行情况对其进行优化调整，尽可能避免结构腐蚀等问题的发生，比如对于精处理混床流量偏差过大的情况，可以调整其为氢型运行后，这样就可以降低水汽氢导值在0.08μS/cm以下，确保蒸汽品质,减少结垢问题发生。

总结

综上所述，结垢、腐蚀会严重影响超临界机组汽轮机的运行效率和安全，因此在实际工作中需要加强对结垢和腐蚀问题的分析研究，明确结构腐蚀的发生原因并在此基础上提出有效的防范措施，切实保证汽轮机的运行稳定性，不断提高机组运行效率。

参考文献

[1]马喜成.锅炉水汽系统金属腐蚀分析与防止措施[J].大众标准化，2019(09):45-46.

[2]洪新华，刘海玲，刘祥亮.超临界机组汽轮机低压缸叶片腐蚀案例及原因分析[J].材料保护.2021,54(08):172-176.

[3]陈文瑞，廖丽敏．300MW亚临界汽轮机高压缸叶片结垢原因分析及处理［J］．广西电力，2018，41(2):70－74．