汽輪機結垢分析及應對措施

劉世浩

（中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，200540）

汽輪機結垢分析及應對措施

劉世浩

（中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，200540）

汽輪機結垢將導致汽輪機出力不足、效率低，引起汽輪機軸位移增大、振動增加、閥門卡澀、調速安保系統失靈以及通流部件腐蝕等一系列問題。結合某汽輪機檢修過程，對造成汽輪機輪室壓力高、轉速無法提升、閥門卡澀及通流部件腐蝕等問題的原因進行了分析，并提出了應對措施。

輪室壓力 汽輪機結垢 腐蝕

GT3101E為消化煉油改造工程中裝置余熱鍋爐所產生的多余高壓蒸汽而增設的蒸汽透平，該透平在投用過程中出現輪室壓力高等問題，后通過濕蒸汽清洗除垢的方式降低輪室壓力，取得一定效果。但在較長周期運行后，輪室壓力逐漸升高，無法提升至額定轉速，通過濕蒸汽清洗的方法也無法降低輪室壓力，只能開缸檢修，影響汽輪機運行的經濟性與安全性。文章對汽輪機結垢導致的汽輪機出力不足、效率低，汽輪機軸位移增大、振動增加、閥門卡澀以及調速安保系統失靈等問題的原因進行了分析，提出針對性的防范措施。

1 汽輪機概況及運行中的主要問題

1.1 汽輪機概況

汽輪機型號：B2.1－4.2／390／1.4；

型式：單閥多級沖動式；

調速系統：505調速器＋電液轉換器＋速關調節組合閥。

汽輪機蒸汽條件和性能見表1和表2。

表1 蒸汽條件

表2 汽輪機性能（在汽輪機輸出軸端）

1.2 汽輪機運行中存在的問題

（1）汽輪機輪室壓力高，轉速無法提升

汽輪機輪室壓力在兩個月內由最初的2.15 MPa上升至2.5 MPa，轉速由5 800 r／min降至5 250 r／min，將調節汽閥開度調到最大，轉速仍無法提高。后經過兩次濕蒸汽清洗除垢后輪室壓力有所降低，但運行兩個月后再次出現輪室壓力高的問題，轉速無法提升。

（2）速關調節組合閥不靈活或卡澀

開車以后，多次發生速關調節組合閥卡澀的情況，在停機過程中，速關閥和調節氣閥均不動作，只能通過關閉進氣主汽閥停機，這對汽輪機的安全運行造成很大的風險。

1.3 汽輪機解體檢查情況

在汽輪機檢修過程中開缸發現，汽輪機通流部分結垢嚴重。汽輪機動葉片積垢厚度達2～3 mm，隔板表面以及靜葉片部位存在嚴重的沖蝕，型線被破壞。速關閥和調速閥均存在結垢，速關閥筒體內部結垢情況也較嚴重（見圖1～2）。

針對汽輪機的結垢情況，用高壓水槍清洗轉子。清洗結束后發現，動葉片有部分變形，輪盤、隔板均有不同程度的腐蝕情況出現。通過對轉子整體、隔板、噴嘴等做理化檢測，分析結果顯示無明顯裂紋。同時，檢修過程中還發現腐蝕導致動葉及靜葉表面不平整，流道不暢，葉輪外側鉚釘部位存在明顯點蝕。

圖1 汽輪機轉子結垢腐蝕形貌

圖2 汽輪機隔板和靜葉腐蝕結垢形貌

2 原因分析

經過對轉子三級葉輪上的垢樣進行分析，結垢成分主要是鹽垢，為鈉鹽和二氧化硅的混合物。

造成汽輪機內鹽類沉積的主要原因是：蒸汽膨脹作功，其壓力和溫度降低，各種化合物在蒸汽中的溶解度隨壓力降低而減小，當其中某種物質的溶解度下降到低于它在蒸汽中的含量時，該物質就會以固態析出，并沉積在蒸汽通流部分［1］。

檢查透平使用蒸汽的水質分析報告時發現，從2012年12月至2013年11月，蒸汽采樣點SC－2512以及SC－2513分析指標中鈉離子及硅含量多次超標，且部分嚴重超標，這直接導致了GT3101E汽輪機通流部分的結垢。

鹽垢沉積在汽輪機的通流部分，導致：

（1）通流截面積減小，機組出力和效率降低，這是導致GT3101E汽輪機轉速無法提升的根本原因。

（2）引起動葉片應力和軸向推力增加及汽輪機振動增大，不均勻結垢還會破壞轉子動平衡。GT3101E機組在運行過程中曾出現轉子軸向位移產生較大幅度變化，顯示軸向推力增大。

（3）鹽垢沉積在蒸汽管道的閥門處的門桿或部套上，引起閥門動作失靈、卡滯，這是導致GT3101E先后多次出現速關閥及調節汽閥動作不靈或卡澀現象的原因。

（4）鹽垢造成通流部件的腐蝕。沉積物下的腐蝕主要發生在機組開停車時和停車備用的過程中。機組在開停車過程中或機組停備用時，由于機組的熱力系統內有疏水積存在死角或有疏水未及時排凈，致使機組內濕度增大，在機組的金屬表面形成一層水膜。原來運行中積存在金屬表面的沉積物主要是鹽類物質，在水膜發生作用下形成導電的電解質，在葉片的表面會發生電化學反應，電化學反應的產物之間還會發生化學反應，另外機組在停備用時由于熱力系統的密封面結合不嚴還會有空氣漏入系統中，空氣中的氧氣會加速金屬的腐蝕［2］。電化學腐蝕和化學腐蝕的共同結果導致了汽輪機通流部件的腐蝕，這也是導致GT3101E動葉、靜葉及隔板等各通流部件腐蝕嚴重的主要原因。

通過分析得知：造成汽輪機輪室壓力高、轉速無法提升、閥門卡澀以及通流部件腐蝕等問題的原因在于汽輪機通流部分結垢，而汽輪機結垢嚴重的主要原因為蒸汽品質不過關。

3 應對措施

3.1 對汽輪機各通流部件進行除垢

（1）清除汽輪機通流部件的垢鹽。一般情況下，沉積在汽輪機內的易溶鹽可用濕蒸汽清洗除掉；沉積在汽輪機內部的不溶于水的沉積物，一般是在汽輪機大修時，用機械方法清除，如用噴砂法清除汽輪機上的沉積物等。對于沉積了SiO2的汽輪機，可將轉子吊出汽缸，放入到質量分數為3%～5%的NaOH溶液中，通入蒸汽清洗，再用水清洗干凈。

GT3101E運行過程中，曾采取了用濕蒸汽清洗的方法，兩次檢修時停機再開機的過程（低速沖轉）起到了濕蒸汽清洗的作用，清洗后再次開動，輪室壓力降低，轉速可以提升到原來水平。此次檢修是在運行一段時間后，結垢情況比較嚴重，轉速已經無法提升的情況下，只能將汽輪機解體，對汽輪機各通流部件采用高壓水槍清洗的辦法除垢。

（2）由于汽輪機結垢導致汽輪機轉子原來的動平衡被破壞，清洗結束以后需對轉子重新做動平衡。

（3）對汽輪機速關閥和調節氣閥動作不靈活或不動作，可以采取兩種措施：一是通過對閥門閥桿及各部件進行清洗去除表面垢層；二是將閥桿與閥套由原來下限控制的間隙標準，提升到上限控制，最大程度地保證不再出現閥門動作不靈敏的現象。另外，對閥門及缸體密封面進行修補，以消除由于腐蝕造成的閥門漏氣問題。

（4）對結垢造成的汽輪機通流部件的腐蝕部位的修復，采取激光熔焊后再機加工的方法處理。

3.2 改善蒸汽品質

一是嚴格按照《中小型鍋爐運行規程》及《火力發電廠水汽監督導則》執行水質及運行參數的管理，執行工藝控制指標（壓力、溫度、產汽量）及水質控制指標，保證給水水質控制在規定的范圍內；二是對鍋爐的汽水分離系統、分級蒸發系統及連續排污系統做全面檢查，確保各系統運行正常，符合相關規定。另外，規范透平開停車操作，在機組開停車操作過程中，嚴格遵守操作法，確保系統內疏水排凈，蒸汽溫度、壓力嚴格控制，減少在開停車過程中對汽輪機造成的傷害。

［1］ 林宗虎，徐通模.實用鍋爐手冊［M］.北京：化學工業出版社，2009：590.

［2］ 楊鑄.汽輪機運行［M］.北京：中國電力出版社，2011：25.

Analysis on Causes of Scale Formation of Steam Turbine and the Countermeasures

Liu Shihao
（Olefin Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540）

Scale formation of steam turbine may lead to insufficient power and low efficiency of steam turbine and therefore cause a series of problems such as increasing of axial displacement and vibration，block of valves，failure of speed governing safeguard system，and corrosion of passage parts of steam turbine.In association with themaintenance process of steam turbine，the causes for the above problemswere analyzed，and corresponding countermeasureswere raised.

wheel box pressure，scale formation of steam turbine，corrosion

1674－1099 （2014）06－0029－03

TK267

A

2014－11－17。

劉世浩，男，1988年出生，2011年畢業于中國石油大學（北京）熱能與動力工程專業，助理工程師，目前主要從事機械設備管理工作。