汽輪機內部結垢分析及清理方法

高友誼，李向娜(新疆藍山屯河能源有限公司，新疆 昌吉 831800)

0 引言

新疆藍山屯河二期熱電站建設2×320 t/h高壓循環流化床鍋爐3×50 MW抽凝式汽輪發電機組，鍋爐型式：高溫高壓、自然循環單汽包爐、單爐膛、懸吊結構、高溫汽冷旋風分離器、平衡通風、固態排渣循環流化床鍋爐。鍋爐配滾筒冷渣器，全鋼結構爐架，鍋爐運轉層以上單臺鍋爐緊身封閉。

給水系統為母管制，2臺鍋爐配備3臺110%BMCR容量的電動給水泵。給水系統設有30%容量的給水(電動調節閥)旁路，用于鍋爐啟動上水和低負荷運行工況。2019年發現汽輪機有結垢現象，機組無法帶滿負荷。

1 汽輪機結垢及原因分析

2018年熱電站三臺汽輪機大修投運后，汽輪機推力瓦溫度隨著運行周期增長，運行半年后推力瓦溫度達到報警值；并于2019年3月對#3汽輪機翻瓦，檢查推力瓦的磨損情況，檢查各推力正常，無磨損情況，后起機運行至五月份停機。發現自動主汽閥預啟閥卡死關不嚴，后對自動主汽閥解體維修，自動主汽閥各部位氧化皮較多，導致預啟閥卡死無法關到位。主汽閥維修完后啟機接帶負荷，機組負荷超過15 MW時，二段抽汽安全閥動作，設計壓力1.1 MPa，安全閥整定壓力1.35 MPa。后判斷調節級通流過小造成抽汽壓力高，無法接帶負荷，從這些情況判斷汽輪機結垢比較嚴重。

汽輪機的通流面積結垢后[1]，動靜葉片厚度增加，表面變得凸凹不平，增大了噴組、動葉片與汽流之間的摩擦力，使汽輪機效率降低，通流面積減小，影響汽汽輪機的出力。并且汽輪機通流部分結垢會使軸向推力增大，推力瓦溫度升高，嚴重時可能導致汽輪機發生事故，直接影響汽輪機的安全運行。受到影響最嚴重的是自動主汽閥、高壓調節閥，容易造成閥門預啟閥卡死，造成預啟閥無法關閉，停機時易造成汽輪機飛車，釀成重大事故。

蒸汽膨脹作功，其壓力和溫度下降，各種化合物在蒸汽中的溶解度隨壓力降低而減小，而調節級的蒸汽阻力大，蒸汽流速降低，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，并沉積在通流部分結垢。

1.1 汽輪機積鹽成分

#3機組汽輪機積鹽成分由電廠提供，具體如表1所示。汽輪機結垢圖片如圖1所示。

表1 #3機組汽輪機積鹽成分

圖1 汽輪機結垢圖片

根據表1結垢物成分分析結果，汽輪機葉片主要垢為鐵垢和鈉鹽，而造成結垢主要原因是2018年大修后至2019年5月份，蒸汽中鈉離子及硅含量一致超標，直接導致汽輪機通流部分結垢。鈉鹽可以通過采用過飽和蒸汽或脫鹽水進行沖洗，使積鹽溶解后帶出汽輪機；而鐵垢則不能采用沖洗的方式帶出系統。

2 清洗方法的選擇

2.1 汽輪機盤車蒸汽清洗

2.1.1 清洗原理

水蒸汽鈉鹽溶解性與蒸汽的溫度成反比，因此在沖洗汽輪機通流部分時,在保證汽輪安全的前提下,要盡可能保持相對低的蒸汽溫度,使通流部分大多數處于濕蒸汽狀態下,以利用濕蒸汽清洗鹽垢。

2.1.2 清洗方案

蒸汽中的鹽分分溶解攜帶和機械攜帶兩種類型。攜帶大量鹽分的蒸汽進入汽輪機后參數降低，其對鹽分的溶解能力也隨之降低，即發生鹽的析出，引起汽輪機的積鹽。根據相關鹽類在蒸汽中的溶解特性，對發生積鹽的汽輪機，采用飽和蒸汽或濕蒸汽進行沖洗，使積鹽重新溶解后帶出汽輪機。

針對汽輪機發生積鹽的沖洗，在停機狀態下，鍋爐不點火、汽輪機不沖轉(需盤車)的狀態下，采用飽和蒸汽或濕蒸汽進行沖洗，使汽輪機葉片的積鹽重新溶解后通過疏水帶出汽輪機。此種沖洗方式的安全性、經濟性很高，可有效除去汽輪機葉片中的積鹽，但此沖洗方法不能去除結垢物中的鐵垢。

根據這些要求,制定了如下清洗方案。

(1)從輔助蒸汽系統接Φ159×5的臨時蒸汽管，分別與高、中壓缸的快冷系統的進氣管及導汽管的疏水管連接，并加裝一、二次閥門，作為清洗進汽系統；(2)在臨時蒸汽管的一次門后接Φ426×8的管段，作為蒸汽緩沖灌；(3)在臨時蒸汽管的二次門前接Φ50×3的管，并引至汽機房外，作為臨時排汽管；(4)從凝汽器補水泵出口接Φ50×3的臨時管至臨時蒸汽緩沖灌，用于輔助蒸汽溫度的調節；(5)在臨時蒸汽管的二次門及臨時排汽管前，加裝溫度及壓力測點，用于清洗蒸汽參數的監測；(6)高壓缸清洗接口：1抽、2抽疏水門前截斷、高壓缸導汽管的疏水管一次門后截斷，作為高壓缸沖洗過程中的進汽管，通過外缸疏水至高壓疏水擴容器后，在高壓疏水擴容器底部放水管進行取樣；(7)中低壓缸清洗接口：在4抽疏水門后截斷、中壓調門前后的疏放水管一次門前截斷，作為沖洗過程中的進汽管，通過外缸疏水至高壓疏水擴容器后，在高壓疏水擴容器底部放水管進行取樣；(8)2抽、4抽汽管門前疏水管作為蒸汽排汽管。

2.1.3 清洗過程

(1)緩慢打開輔汽來臨時蒸汽管一次門和臨時排汽門，進行臨時蒸汽管的暖管及吹掃；(2)暖管及吹掃結束后，打開至蒸汽緩沖灌除鹽水門，監測蒸汽的溫度及壓力，并通過除鹽水門調整至溫度為120～150 ℃，壓力0.2～0.5 MPa；(3)緩慢開啟臨時蒸汽管二次門，向高壓缸通蒸汽進行清洗；(4)逐漸關閉臨時排汽門；(5)監測各疏水點排放情況，若為蒸汽，則增加蒸汽緩沖灌除鹽水噴水量，直至有疏水流出；(6)通過各疏水點取樣對疏水的電導、鈉離子等指標進行監測，監測頻率為每15 ～30 min一次；(7)當疏水鈉離子含量小于100 μg/L后，在蒸汽壓力不變的情況下，提高蒸汽溫度10 ℃左右繼續清洗；(8)當疏水鈉離子含量小于20 μg/L后，停止清洗；(9)采用同樣的步序，對中壓缸、低壓缸進行清洗。

2.1.4 工期及費用

工期約10天左右，費用在80萬元左右。

2.2 盤車狀態下熱水清洗

2.2.1 清洗方案

利用脫鹽水補水管路向排汽裝置內補水直至汽輪機軸封的最低點，水浸沒轉子下半部及下氣缸隔板及隔板套，利用盤車裝置進行清垢，此清洗方法對汽缸下部及轉子的清洗效果較好，但對上氣缸及上部隔板套清洗效果較差。

2.2.2 清洗過程

(1)為防止排氣裝置變形，在排氣裝置底部加裝枕木，用5臺50 t液壓千斤頂支撐；(2)關閉汽輪機本體疏水、抽汽管線及主蒸汽管線所有閥門；(3)當汽輪機汽缸壁溫低于80 ℃式開始往排汽裝置注水，水溫控制在60～80 ℃并在排汽裝置中加入5%可食用檸檬酸，在排汽裝置注水前啟動盤車裝置進行連續盤車至清洗結束；(4)在清洗過程中，需注意盤車電流變化情況，如電流變化較大，檢查汽缸水位，清洗結束后，開啟排汽裝置放水閥，并打開本體疏水、抽汽管線疏水及主蒸汽管線疏水進行放水，放至無水時，對各級疏水管線切割檢查；(5)清洗后使用強制降溫裝置對汽缸內部進行干燥處理，使用強制降溫裝置把壓縮空氣加熱至80 ℃，并啟動盤車裝置，直至內部余水蒸發完退出強制降溫裝置；(6)清洗完啟機時，嚴格按照操作規程要求啟機，低速暖機時檢查所有疏水閥全部開啟，并檢查疏水是否暢通，嚴密監視各軸承振動、脹差及機組內部的聲音，并注意上下缸溫差需≤50 ℃，如有異常現象，延長低速暖機時間；(7)清洗時從排汽裝置脫鹽水補水管線連續補水，開啟前汽缸疏水，使清洗水形成開式循環。清洗監督由化學人員定時取樣化驗排水中鈉離子的含量；(8)清洗時化學監督人員從前汽缸疏水點取樣對疏水的電導、鈉離子等指標進行監測，監測頻率為每45～60 min一次，直至當疏水鈉離子含量小于20 μg/L后，停止清洗。

2.2.3 工期及費用

工期約8天左右，費用在15萬元左右。

2.3 停機揭缸清理

2.3.1 揭缸不吊轉子

(1)根據汽輪機揭缸檢修要求，按次序拆除上氣缸所有連接件，吊起上缸放置在指定位置；(2)根據通流面積結垢情況，拆除上部隔板套，吊放在汽機零米通道膠皮上，使用水槍對其沖洗；(3)對內部結垢用水槍清洗，清洗時注意清洗水壓壓力，水槍出口壓力從1 MPa慢慢升高，壓力從1 MPa升至2 MPa，檢查清洗情況，如清洗效果良好，按此壓力清洗，如無效果，繼續升壓，但最高壓力不能超過4 MPa；(4)清洗完用壓縮空氣吹干吹盡表面積水，防止轉子生銹，放盡排氣裝置內部存水，并用脫鹽水沖洗其內部；(5)按設計安裝要求回裝隔板套，復測回裝隔板相關的技術參數，扣缸按安裝要求回裝，檢查上下缸結合面各參數合格后要設計要求緊固螺栓。

2.3.2 工期及費用

工期約10天左右，費用在2萬元左右。

2.3.3 揭缸吊轉子

(1)此方案所有項目按大修要求進行；(2)對所有拆下來的隔板，隔板套，轉子進行噴丸處理；

(3)將拆下的隔板套吊置在搭設好的工作棚，工作棚采用外面彩條布，內用帆布搭設并密封嚴實，地面鋪好木板、膠皮；

(4)選用φ0.05 ～φ0.15 mm大小的玻璃丸(二氧化硅)噴丸，不能使用其他硬度高、成圓率小于98%、直徑大于0.3 mm的玻璃珠、石英砂和摻金剛砂材料。在對轉子噴丸時，噴槍的角度必須保持在45°～75°之間，噴頭與被噴物件間距保持在20 ～30 cm，噴頭不允許長時間停留在所清理轉子葉片及隔板套上；

(5)噴砂結束后用壓縮空氣把轉子、隔板等設備表面、螺栓孔內殘留物吹干凈；

(6)所有噴砂工作結束后，清理氣缸下缸，清理完開始回裝，回裝按大修項目進行，多所有測量參數留檔保存。

2.3.4 工期及費用

工期約18天左右，費用在80萬元左右。

對于以上4種清洗方案，從費用，工期及清洗難易程度考慮，公司最終選擇第三種清垢方案，由于第三方案費用相對較低，揭缸由公司檢修隊伍完成，不需外協檢修隊伍，檢修周期短，清理徹底，對生產系統影響較小。

3 清洗效果

采用清洗水槍對3臺汽輪機進行清洗后，汽輪機啟機后，汽輪機振動各參數未出現上漲，機組滿負荷時，推力瓦溫度由最高時90 ℃降至70 ℃以下，一抽壓力保持在2.1 MPa左右，二抽壓力保持在1.1 MPa左右，尤其1#汽輪機效果更佳，汽耗比清洗前大幅下降，提高了經濟效益。

4 結語

汽輪機結垢主要是由汽水品質差造成的，為了防止汽輪機結垢，運行人員需嚴格按照《中小型鍋爐運行規程》及《火力發電廠水汽監督導則》執行對水質及運行參數的管理[2]，執行工藝控制指標及水質控制指標，保證將水水質控制在合格的指標范圍內；同時在鍋爐專業方面應對汽水分離器、分級蒸發系統、定排排污系統等進行全面檢查，確保各系統正常運行。其次，嚴格按操規要求啟停機，保證機組啟停時各項指標控制在合格參數范圍之內之內。