汽轮机转子结垢问题的检修与处理

汽轮机转子结垢问题的检修与处理

李涛

山东电力建设第三工程有限公司  山东青岛 266100

摘要：由于多种原因，供给汽轮机的蒸汽品质下降，造成汽轮机的结盐。对于低温、低压蒸汽挟带盐分，我们可以理解是由于盐分溶解于水中所致，当进入汽轮机内，就造成叶片的结垢。从汽轮机转子结垢的危害、原因等方面入手，并结合实际故障给出针对性的检修方法。

关键词：汽轮机；转子结垢；检修处理

引言

在企业的日常生产中，尤其是在长周期高负荷的运行工况下，汽轮机转子结垢现象十分普遍，汽轮机转子结垢，既影响汽轮机的做功出力，缩短转子使用寿命，严重时甚至会危及到安全生产。

1汽轮机转子结垢的危害

汽轮机产生转子结垢将导致蒸汽通流面积减小，如果保持主蒸汽参数不变，蒸汽的流量将明显减小，汽轮机做功也会明显降低。动、静叶结垢后将导致表面粗糙，明显增加摩擦损失，而且机组处理偏离设计工况运行的方式很容易导致汽轮机的运行效率下降。从运行实践来看，汽轮机的结垢厚度每增加0.11mm，运行效率将下降3%~4%。汽轮机级段产生结垢会降低理想焓降，并增加反动度，转子轴向的推力明显增加，导致推力轴承超载，容易造成严重事故。速关阀和调速阀等部件产生结垢后，容易导致阀门出现卡涩现象。如果在事故时没有及时切断进汽，机组可能发生超速飞车。侵蚀性较强的结垢还会对叶片的耐高温性能造成明显影响。

2结垢产生的原因

蒸汽经主汽阀和调节阀进入汽轮机的喷嘴后，由于喷嘴的特殊结构，气体发生膨胀，蒸汽温度和压力降低，流速增大，喷嘴喷出的高速蒸汽冲击动叶片，动叶片带着叶轮旋转，将蒸汽的热能转换成叶轮旋转的机械能，叶轮带动轴旋转而对外做功。

进入汽轮机的蒸汽中或多或少会携带一些杂质，如SiO2及Na+等金属离子，这些杂质在随蒸汽流动过程中粘附、沉积在叶片表面而形成积垢，垢层使叶片表面粗糙、型线改变，蒸汽流道变窄，汽轮机出力也因流量减小、效率降低而下降，且叶片积垢使轴向推力增大。积垢不仅使叶片的弯曲应力和离心应力增大，而且容易引起腐蚀，缩短叶片寿命;同时，积垢还会引起速关阀、调节阀阀杆卡涩。大量的机组运行经验显示，通流部分积垢不仅影响机组的经济性，而且危及机组的安全性和可靠性。正因为如此，生产中应高度重视汽轮机进汽品质的控制。

3检修方法

3.1确定临界负荷

汽轮机的超负荷运行对汽轮机机组的稳定运行和蒸汽质量具有直接影响，所以在汽轮机运行中应该首先确定汽轮机的临界负荷。操作人员可以在汽轮机大修前开展检查，结合开停车实验确定汽轮机稳定运行的临界负荷，利用标准性的临界负荷为机组的安全运行和调整提供参考依据。汽轮机操作人员应结合工作需求合理进行负荷调整，保证汽轮机运行负荷控制在临界负荷之内。上述方法可以明显减少蒸汽所产生的盐量，同时也可以有效控制蒸汽携带的水分。

3.2调速系统检修

汽轮机调速系统是影响汽轮机运行效率的重要部件，所以在汽轮机转子结垢检修中应该加强对调速系统的检查。操作人员应结合工作经验判断调速系统中出现的问题。汽轮机调速系统易发生调门动作频繁以及甩负荷次数多等问题，检修人员应该针对其常见问题提出针对性的解决方案，对调速系统进行相应的静态调试，避免机组在加减负荷时产生大幅度的负荷变化，从而有效减少蒸汽携带的盐量。

3.3加强机组设备保养

机组设备的维护保养是检查设备问题和保障设备稳定运行的重中之重，汽轮机管廊人员应该正确认识各类机组设备的结构和运行要求。在驱动机械、压缩机、EHNK50汽轮机等机组设备的保养中，应严格执行相关规定，按照相应标准保障机组设备保养的规范性和专业性。锅炉管理人员应结合实际情况，科学制定锅炉停炉和停机的方案。在锅炉停炉之后，锅炉检修、汽轮机检修以及分析检测等部门应分别履行责任，采用各部门协调配合的方式保证汽轮机检修的完整性，从而有效优化汽轮机转子结垢的检修效果。

3.4维持轮室压力

汽轮机叶片结垢很容易导致汽轮机运行效率下降，而且蒸汽的消耗明显增加，造成汽轮机轴向位移偏大和轮室压力持续升高的现象，最终导致轮室中抽蒸汽压力明显升高。所以在空压机组运行管理中应合理维持S1和S2的压力。一般情况下，S1的压力应该维持在9.1MPa以上，通过这样的方式可以实现S2蒸汽外送的增加，确保抽蒸汽压力明显低于4.5MPa。例如，检修人员在2022年的大检修中对两套汽轮机机组进行了开缸大修，在汽轮机内缸拆除检查中发现中压缸、排缸静叶持环和转子叶片上的积垢严重。取样分析发现SiO2和Na+明显超标，和2021年空分装置透平凝液分析结果中pH值和SiO2等超标数据基本吻合，因此检修人员安排汽轮机转子和静叶持环返厂喷砂处理，消除了汽轮机轮室压力过大的安全隐患。在EHNK50/63等型号汽轮机所有检查内容完成之后，汽轮机恢复正常开车状态，并且在很长一段时间内维持稳定运行，其轮室压力一般低于5.5MPa，高调阀一般符合运行开度的基本要求，而且S2的压力也被控制在规定的运行指标范围内。

3.5清洗方法

3.5.1物理(机械)

清洗汽轮机大修时，将汽缸打开，吊出转子，检查叶片、通流部分的结垢情况，采用手工清除、水力珩磨、打砂和喷丸等方法进行清洗。手工清除采用刮刀、金属丝刷、砂纸等工具进行手工除垢，适用于小型汽轮机的结垢清洗;水力珩磨采用压缩空气射流，将含有磨料粉末的水喷向金属表面，适用于大型汽轮机的清洗;打砂和喷丸清洗用压缩空气将50～100目的砂或者喷丸喷向金属表面进行清洗，此种方法力度较大，易伤到金属本体，一般不推荐采用。

3.5.2饱和蒸汽清洗

饱和蒸汽清洗法是一种经济的清洗方法，它是将饱和蒸汽通入汽轮机，在盘车状态下对通流部分结垢进行冲洗。冲洗后，积盐被饱和蒸汽冷凝液溶解带走;盐类物及SiO2混合物结垢，当溶于水的盐类物被冲掉后，不溶于水的SiO2垢层会随之剥离而被除去。

3.5.3化学清洗

当饱和蒸汽清洗不能有效清除垢层时，可考虑采用化学清洗。化学清洗是在清洗蒸汽中加入化学药品的清洗方法，如加入NaOH溶液，NaOH与SiO2发生反应生成溶于水的Na2Si2O5而使硅垢被清除。由于化学药品会腐蚀汽轮机的构件，因此清洗时应严格控制药品的温度、浓度等关键指标，并且化学清洗后要用饱和蒸汽对汽轮机进行彻底清洗，防止残留药品对汽轮机造成腐蚀。对于以上3种清洗方案，技术人员认为:第1种方案(物理清洗)虽然清理彻底，但需对汽轮机进行揭缸并吊出转子，每台汽轮机需10d左右的检修时间，检修清洗费用在15万元左右，耗时较长、费用较高，而且如果8台汽轮机逐一揭缸清洗，势必对整个生产系统造成严重影响，检修费用大大增加;第3种方案(化学清洗)虽然可行，但若清洗过程控制不好，容易腐蚀汽轮机叶片，且需请专业清洗公司，也会产生不少的费用。经分析与讨论，据汽轮机结垢主要为可溶性钠盐的特点，我们最终选择使用第2种方案———饱和蒸汽清洗。

结束语

汽轮机的长周期稳定运行是保障企业稳定生产创效的重要指标，应严格控制汽轮机运行的工艺指标及设备状态检测，合理把控各项指标的标准参数，并在日常工作中提高蒸汽品质，能够有效降低汽轮机结垢速率，延长汽轮机的使用寿命。

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