汽轮机结垢分析及处理

汽轮机结垢分析及处理

摘要：汽轮机通流部分结垢，使汽轮机达不到额定负荷。主要原因是凝汽器内漏及锅炉对蒸汽参数控制不严格，导致蒸汽品质不合格，通流部分结垢，工艺采用对蒸汽品质从源头上严格控制和饱和湿蒸汽在线清洗的方法，消除了汽轮机结垢的现象，达到了预期效果。

以神华宁煤甲醇厂2.5万KW的汽轮机（EHNKS40/50/20）为例进行论述，2009年8月，此汽轮机在运行期间明显出力不足，在汽轮机高、低调节进汽阀全开的情况下，仍然达不到额定转速，严重影响机组安全与经济运行。经过对汽轮机进汽蒸汽和冷凝液指标的分析，发现Na+、SiO2、电导率均严重超标，并且发现汽轮机轮室压力大幅增大，经初步判断为汽轮机通流部分已经结垢。

一、汽轮机通流部分结垢的危害

1.1 结垢后使通流面积减小。若保持主蒸汽参数不变，蒸汽流量将减小，汽轮机做功相应降低；

1.2 动、静叶结垢使其表面粗糙，增大了摩擦损失，又因机组出力偏离设计工况运行，使汽轮机效率下降。由经验可知，结垢厚度每增加0.11 mm，将使汽轮机级效率降低3 %～4 %；

1.3 汽轮机级段结垢，降低了理想焓【1】降，增加反动度【2】，转子轴向推力增大，很可能造成推力轴承过载而发生事故；

1.4 速关阀、调速汽门等部件的阀杆结垢，可引起阀门卡涩，在事故状况下不能切断进汽，从而造成机组超速。本机组在计划停车过程中，机组负荷已降至30%，但是汽轮机高调阀开度依然是100%，机组准备停车时，汽轮机高调阀开度有所下降，确保了机组顺利、安全停车；

1.5 某些具有侵蚀性的积垢对叶片的耐高温性能会产生很大影响。

二、汽轮机结垢的原因分析

汽轮机结垢的主要原因是过热蒸汽品质不良，蒸汽中易溶于水的钠的化合物和不溶于水或极难溶于水的化合物超标，当蒸汽在通流部分膨胀做功时，参数降低及汽流方向和流速不断改变，蒸汽携带盐分的能力逐渐减弱，在减压部位或流道变更部位被分离出来，沉积在喷嘴、动叶片和进汽阀等通流部件表面上，形成盐垢。汽轮机通流部分结垢将使通流面积减小，效率下降。若维持进气调节阀开度不变，流量将减小，使机组功率下降；若要保持汽轮机转速，就要开大进汽阀，当进汽阀开到最大仍不能提供合适的转速时就影响到了装置的正常生产。经停车打开凝汽器人孔，测漏检验，证明列管的确内漏，且数量能达20根左右。由于汽轮机凝汽器内漏，大量循环水进入凝汽侧，致使汽机冷凝液Na+、SiO2严重

超标，使蒸汽中无机盐分超标严重，导致汽轮机叶片积盐结垢。根据凝汽式汽轮机结构和当时现状，决定采用低压饱和湿蒸汽在线清洗的方法清理汽轮机结垢。

三、饱和湿蒸汽在线清洗

3.1清洗前准备

3.1.1蒸汽压力和温度的选择

由于是在汽轮机运转的工况下进行清洗，湿蒸汽的比重大，对叶片的冲击力很强，特别是末级叶片的进汽湿度会更大，甚至可能产生大量明水。为了减小对末级叶片的冲击，必须对进入汽轮机的蒸汽温度进行合理控制，保证过热度20～25℃为宜。汽轮机进行在线清洗时的工况与正常运行工况相差较大，随着清洗过程的进行蒸汽的压力会有波动，应该根据蒸汽压力随时调节蒸汽温度，根据排汽饱和程度来判断进汽温度是否合理。

3.1.2汽轮机转速的选择

与电力行业汽轮机不同，化工行业的工业汽轮机功率较小、转速较高，其转子的直径一般较小，承受冲击的能力较强，所以实行在线清洗基本可行。

3.1.3检查机组联锁，确保出现问题机组自保

投用机组所有联锁，在清洗的过程中如果振动或轴位移发生变化能够及时报警，便于调整操作；如果振动或轴位移异常能够及时实现联锁自保

3.1.4事故预案准备

如果清洗过程中出现异常情况导致汽轮机停机，立即启动事故处理预案进行紧急停工处理。

经过准备，接调度通知将10.0MPa主蒸汽管网压力降至4.0-4.2MPa，汽轮机速关阀前温度降至280-315℃，打开主蒸汽导淋确认无水，疏水膨胀箱导淋全开。根据安全操作规程启动汽轮机组，启机后严格监测机组轴振动、位移、汽机排气温度等，确认机组运转正常后，根据汽轮机进汽温度，将主蒸汽温度以1.5-3℃/min的速率降至260℃，严密监视各导淋带水情况，如导淋无水则继续进行在线清洗；如果导淋带水，汽轮机立即停车处理，防止设备本体损坏。

本次清洗时装置处理量为60吨/小时，为额定负荷的43%；汽轮机转速1000rpm，为额定转速的18%；蒸汽温度在252-260℃之间，蒸汽压力降至4.0-4.2MPa，但过热度维持在20℃以上；汽轮机振动、轴位移、温度等参数未见明显升高；排汽中有明水出现，采集后目测为米黄色；汽轮机轮室压力明显下降。当冷凝液中Na+、SiO2 含量不再明显变化时，或者均达到控制指标时，就可以认为清洗合格了。

再次开车后汽轮机能够满足生产需要并能够实现灵活升降速调节，汽轮机在线清洗取得成功。

四、结语

汽轮机结垢的主要原因是蒸汽品质下降，因此防止汽轮机结垢的根本方法是提高锅炉的运行水平，及时监控汽机及凝汽器运行状况，保证蒸汽和凝液品质，而不是采用事后清洗的方法。此次采用低压饱和湿蒸汽在线清洗汽轮机积盐，不需要进行复杂的拆装工作，操作简单，耗费时间短，是一种切实可行，快速恢复，并维持生产的好方法。因此，为了避免上述风险的发生，作为一名化工工艺人员，工作时必须严格控制工艺指标，当关键工艺参数发生变化时，必须做出准确、迅速的判断，尽量将损失降到最低，使汽轮机安全高效的运行。

参考文献：

[1] 张克舫，沈慧坊. 汽轮机技术问答（第二版）. 北京：中国石化出版社，2006.

[2] 谭天恩，窦梅，周明华. 化工原理. 北京：化学工业出版社，2006.

注释：

[1]汤学忠，顾福民. 新编制氧工问答[M] . 北京：冶金工业出版社，2003. 15页

[2]张克舫，沈慧坊. 汽轮机技术问答（第二版）. 北京：中国石化出版社，2006. 6页