西門子汽輪機干燥空氣保養

趙遷 張志華 靳振歡 李冰

摘 要：汽輪機長時間停機的情況下，汽輪機的部件和系統容易受蒸汽和水的腐蝕。本文闡述了蒸汽和水導致鋼鐵部件腐蝕的機理，影響腐蝕的因素以及汽輪機干燥空氣保養系統的工藝流程。針對汽輪機進行干燥空氣保養，對于設備部件防止腐蝕、延長使用壽命具有重要意義。

關鍵詞：汽輪機；干燥空氣；腐蝕

中圖分類號：TK268

金屬的銹蝕是最常見的腐蝕形態。腐蝕時，在金屬的界面上發生了化學或電化學多相反應，使金屬轉入氧化（離子）狀態。這會顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能，破壞金屬構件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學和光學等物理性能，縮短設備的使用壽命，甚至造成火災、爆炸等災難性事故。[1]由于腐蝕而造成設備損壞的危險。發電廠部件腐蝕會限制其功能，縮短使用壽命：由于腐蝕產物的體積增加，滑動接觸部件的尺寸會增大，會導致活動部件的卡澀，腐蝕產物的脫落也會導致堵塞。表面經受腐蝕引起的磨損，腐蝕物清除可導致截面厚度和應力梯度的降低，降低了部件的承載能力。汽輪機在長時間停機期間，蒸汽和水通過敞口進入設備，在溫度低的部件冷凝，導致設備和部件的腐蝕。[2]

1 干燥空氣保養條件

在長時間停機期間，保護發電廠設備和系統免受蒸汽和水的腐蝕。當蒸汽輪機廠內以及汽輪機機房和工作臺面的相對空氣濕度ψ>50%時，并且由于溫度降至低于露點，應當投入干燥空氣進行保養。一般在汽輪機停機超過3天的情況下，為了防止汽輪機的腐蝕，建議進行干燥空氣保養。由于偶爾停機（每年2-3次）時長不超過三天，即使排氣和密封蒸汽供應系統不運行，也不需要干燥空氣的保養。但必須在第四天進行干燥空氣保養，即大氣壓下的空氣已經進入蒸汽輪機設備中，并且當溫度降至低于露點時，在冷汽輪機部件上存在冷凝形成的風險。如果排氣和密封蒸汽供應系統將繼續運行，直到汽輪機重新啟動，則不需要干燥空氣的保護措施。當進行干燥空氣保養時，必須考慮蒸汽輪機設備中的各種條件。必須特別注意低壓缸和冷凝器的主要濕度。在干燥空氣保養期間，蒸汽輪機可以是盤車運行或停機狀態。通過蒸汽輪機和適當的閥門操作完全排出外殼、設備和管道，可以避免在泄漏口處累積水和蒸汽或水的進入。[3]

2 腐蝕機理

在長時間停機期間，發電廠所有組件和系統冷卻至室溫。如果溫度低于露點，這些部件和系統可能被冷凝形成的水腐蝕。如果汽輪機部件比潮濕的空氣溫度低，則熱量從空氣傳遞到部件。當溫度下降到露點以下時，以蒸汽形式存在于空氣中的水會在部件表面上冷凝，形成水滴。在鋼部件的情況下，腐蝕過程由于水和氧的參與下通過微小的氧氣細胞開始。腐蝕機理如圖1腐蝕的部件表面所示。

金屬發生電化學反應時，陽極易失去電子，在陽極形成腐蝕，即金屬發生局部材料損失，導致嚴重的點腐蝕.[1]

鐵銹（Fe2O3·nH2O）由腐蝕形成一種疏松的產物。與母材相比，鐵銹的體積上有相當大的增加，并從表面脫落下來。持續的表面脫落會使腐蝕過程一遍一遍的重復。腐蝕產物落在其他部件上，會產生新的局部腐蝕現象。

如果空氣中有腐蝕性氣體和水蒸氣會加劇腐蝕。這樣的氣體和水蒸汽通常不會以足以引起腐蝕的濃度存在于發電廠空氣氣氛中，除非該電廠位于化工廠附近。

3 外界因素影響

由于對大氣開放的發電廠區域的環境溫度的周期性波動，形成冷凝水。如圖2所示，不可避免汽輪機機房中的溫度波動也會導致部件和空氣中的溫度變化。除溫度變化外，空氣體積也發生變化。因此，通過軸封和其他不封閉部件空氣持續進行交換。[4]

如果汽輪機部件比環境溫度冷，空氣將把部件加熱。如當溫度下降到露點，空氣攜帶著水以水蒸氣濃縮的方式在冷的部件表面上形成水滴。[5]

在圖3中，將要達到的露點（ψ= 100%）所需的溫差Δθ繪制為空氣溫度θ和相對濕度φ的函數。

很明顯，在較高相對濕度水平下，甚至溫度的微小變化足以達到露點。濕度一定，溫度越低，溫差越小，容易發生結露現象。環境溫度與相對濕度關聯，干燥的環境（沙漠）下，氣溫再高金屬也不容易銹蝕。當相對濕度達到臨界值時，溫度的影響明顯加劇，溫度每增加10℃，銹蝕速度提高兩倍。因此，在濕熱帶或雨季，氣溫越高，銹蝕越嚴重。

從圖4可以看出，在相對濕度60%以上，鋼鐵的腐蝕速率隨著濕度的增加而顯著上升。

另一方面，只要相對濕度低于ψ<50%，就可以相當程度地防止腐蝕。這導致了干空氣保養技術的發展，取代了以前使用的熱空氣保養方法。

空氣中相對濕度越高，金屬表面水膜越厚，空氣中的氧透過水膜到金屬表面作用。相對濕度達到一定數值時，腐蝕速度大幅上升，這個數值稱為臨界相對濕度，鋼的臨界相對濕度約為60%。

氣中含有鹽霧、二氧化硫、硫化氫和灰塵時，會加速腐蝕，因此，不同環境下受腐蝕的大小差別是明顯的，城市高于農村；工業區高于生活區；沿海高于內陸；高粉塵高于低粉塵。

4 干燥空氣保養

干燥空氣保養過程需要使用圖5中所示的干燥器，將干燥空氣把導致腐蝕的高濕度空氣代替。從大氣中抽取的空氣通過過濾器，并在旋轉的干燥盤中除濕。干燥空氣通過軟管送到要保養的區域。

在吸附扇區，干燥的輪盤逐漸充滿濕氣。輪盤的旋轉移動這部分扇區到再生扇區，使用熱空氣對此扇區進行干燥。在此干燥空氣的維持程序啟動的幾小時后，相對潮濕度就會發生下降趨勢。干燥器具有比熱風設備低得多的功率消耗，且在電廠停機期間可以保持連續運行。

干燥空氣保養期間，必須監測要保養區域的濕度，濕度的增加可能是由于干燥器中的過濾器堵塞引起的，因此，過濾器必須定期清潔。在沒有過濾器的情況下運行干燥器是不可取的因為這會導致輪盤的細輸送管的堵塞。

在長時間的停機情況下，必須保護電站部件和系統中的蒸汽和水以免被腐蝕。汽輪機上提供連接干燥器的接頭，濕空氣通過疏水口，凝汽器，軸封泄漏出來，干燥空氣保養流程如圖6所示。

高壓缸——法蘭在高壓主汽閥上，控制閥必須打開并保持打開讓干燥空氣進入，主汽閥保持關閉。

軸封——潮濕的空氣通過高壓汽輪機的軸封漏出來。

中壓缸——法蘭在中低壓連通管上，為了維持干燥空氣，所有的中壓閥門保持關閉。

中壓控制閥的疏水——疏水打開，只有一個到凝器汽的接口，潮濕空氣可以從這里除去。

低壓缸——法蘭在中低壓連通管上、法蘭在凝汽器上，潮濕空氣被輸送到凝汽器。

干燥器的連接接口在高壓控制閥上提供，給高壓缸供應干燥空氣。干燥空氣進入時，潮濕空氣從軸封處流出。中低壓連通管上提供兩個法蘭用于供應中壓缸和低壓缸的干燥空氣。干燥空氣的一部分逆著正常的流向，從中壓缸的出口到蒸汽進口。潮濕空氣通過中壓控制閥的疏水閥輸送到凝汽器。另一部分通過正常的流向，從低壓缸的蒸汽進口直到凝汽器的外法蘭。為了弄清楚汽輪機部分的流向，控制閥在盤車運轉時須打開，而主汽閥須關閉。為了控制這些復雜的順序，“打開控制閥”用于自動引起必要的步驟和監視同步的實現。“打開控制閥”是手動執行的。

5 總結

本文分析了鋼鐵受蒸汽和水的腐蝕機理以及影響因素，金屬腐蝕過程中電化學反應加速了腐蝕速率，主要因素是溫度和相對濕度以及環境中具有腐蝕的氣氛。闡述了汽輪機干燥空氣保養系統，在汽輪機停機超過三天的情況下，投入干燥空氣保養，防止部件和系統腐蝕。隨著汽輪機干燥空氣保養技術的運用，防止了汽輪機相關部件和系統的腐蝕，延長了使用壽命，對電站安全經濟運行具有重要意義。

參考文獻：

[1]林玉珍，楊德鈞.腐蝕和腐蝕控制原理[M].北京：中國石化，2007.

[2]范工業.汽輪機金屬銹蝕的原因分析與防腐措施范工業[J].全面腐蝕控制，2007，（3）.

[3]暢海芳.汽輪機系統停運后的腐蝕和防腐措施[J].汽輪機技術，2006，48（5）395-397.

[4]Siemens Steam Turbines Operating and Maintenance Manual[M].SIEMENS.

[5]馬厚義，崔聰穎，陳婷.金屬腐蝕與防護簡談[J].電化學，2011.03.

作者簡介：靳振歡（1984-），男，碩士，中級工程師，從事燃機、汽輪機調試及性能試驗工作。