汽轮机结垢分析及应对措施

刘世浩

（中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部，200540）

汽轮机结垢分析及应对措施

刘世浩

（中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部，200540）

汽轮机结垢将导致汽轮机出力不足、效率低，引起汽轮机轴位移增大、振动增加、阀门卡涩、调速安保系统失灵以及通流部件腐蚀等一系列问题。结合某汽轮机检修过程，对造成汽轮机轮室压力高、转速无法提升、阀门卡涩及通流部件腐蚀等问题的原因进行了分析，并提出了应对措施。

轮室压力 汽轮机结垢 腐蚀

GT3101E为消化炼油改造工程中装置余热锅炉所产生的多余高压蒸汽而增设的蒸汽透平，该透平在投用过程中出现轮室压力高等问题，后通过湿蒸汽清洗除垢的方式降低轮室压力，取得一定效果。但在较长周期运行后，轮室压力逐渐升高，无法提升至额定转速，通过湿蒸汽清洗的方法也无法降低轮室压力，只能开缸检修，影响汽轮机运行的经济性与安全性。文章对汽轮机结垢导致的汽轮机出力不足、效率低，汽轮机轴位移增大、振动增加、阀门卡涩以及调速安保系统失灵等问题的原因进行了分析，提出针对性的防范措施。

1 汽轮机概况及运行中的主要问题

1.1 汽轮机概况

汽轮机型号：B2.1－4.2／390／1.4；

型式：单阀多级冲动式；

调速系统：505调速器＋电液转换器＋速关调节组合阀。

汽轮机蒸汽条件和性能见表1和表2。

表1 蒸汽条件

表2 汽轮机性能（在汽轮机输出轴端）

1.2 汽轮机运行中存在的问题

（1）汽轮机轮室压力高，转速无法提升

汽轮机轮室压力在两个月内由最初的2.15 MPa上升至2.5 MPa，转速由5 800 r／min降至5 250 r／min，将调节汽阀开度调到最大，转速仍无法提高。后经过两次湿蒸汽清洗除垢后轮室压力有所降低，但运行两个月后再次出现轮室压力高的问题，转速无法提升。

（2）速关调节组合阀不灵活或卡涩

开车以后，多次发生速关调节组合阀卡涩的情况，在停机过程中，速关阀和调节气阀均不动作，只能通过关闭进气主汽阀停机，这对汽轮机的安全运行造成很大的风险。

1.3 汽轮机解体检查情况

在汽轮机检修过程中开缸发现，汽轮机通流部分结垢严重。汽轮机动叶片积垢厚度达2～3 mm，隔板表面以及静叶片部位存在严重的冲蚀，型线被破坏。速关阀和调速阀均存在结垢，速关阀筒体内部结垢情况也较严重（见图1～2）。

针对汽轮机的结垢情况，用高压水枪清洗转子。清洗结束后发现，动叶片有部分变形，轮盘、隔板均有不同程度的腐蚀情况出现。通过对转子整体、隔板、喷嘴等做理化检测，分析结果显示无明显裂纹。同时，检修过程中还发现腐蚀导致动叶及静叶表面不平整，流道不畅，叶轮外侧铆钉部位存在明显点蚀。

图1 汽轮机转子结垢腐蚀形貌

图2 汽轮机隔板和静叶腐蚀结垢形貌

2 原因分析

经过对转子三级叶轮上的垢样进行分析，结垢成分主要是盐垢，为钠盐和二氧化硅的混合物。

造成汽轮机内盐类沉积的主要原因是：蒸汽膨胀作功，其压力和温度降低，各种化合物在蒸汽中的溶解度随压力降低而减小，当其中某种物质的溶解度下降到低于它在蒸汽中的含量时，该物质就会以固态析出，并沉积在蒸汽通流部分［1］。

检查透平使用蒸汽的水质分析报告时发现，从2012年12月至2013年11月，蒸汽采样点SC－2512以及SC－2513分析指标中钠离子及硅含量多次超标，且部分严重超标，这直接导致了GT3101E汽轮机通流部分的结垢。

盐垢沉积在汽轮机的通流部分，导致：

（1）通流截面积减小，机组出力和效率降低，这是导致GT3101E汽轮机转速无法提升的根本原因。

（2）引起动叶片应力和轴向推力增加及汽轮机振动增大，不均匀结垢还会破坏转子动平衡。GT3101E机组在运行过程中曾出现转子轴向位移产生较大幅度变化，显示轴向推力增大。

（3）盐垢沉积在蒸汽管道的阀门处的门杆或部套上，引起阀门动作失灵、卡滞，这是导致GT3101E先后多次出现速关阀及调节汽阀动作不灵或卡涩现象的原因。

（4）盐垢造成通流部件的腐蚀。沉积物下的腐蚀主要发生在机组开停车时和停车备用的过程中。机组在开停车过程中或机组停备用时，由于机组的热力系统内有疏水积存在死角或有疏水未及时排净，致使机组内湿度增大，在机组的金属表面形成一层水膜。原来运行中积存在金属表面的沉积物主要是盐类物质，在水膜发生作用下形成导电的电解质，在叶片的表面会发生电化学反应，电化学反应的产物之间还会发生化学反应，另外机组在停备用时由于热力系统的密封面结合不严还会有空气漏入系统中，空气中的氧气会加速金属的腐蚀［2］。电化学腐蚀和化学腐蚀的共同结果导致了汽轮机通流部件的腐蚀，这也是导致GT3101E动叶、静叶及隔板等各通流部件腐蚀严重的主要原因。

通过分析得知：造成汽轮机轮室压力高、转速无法提升、阀门卡涩以及通流部件腐蚀等问题的原因在于汽轮机通流部分结垢，而汽轮机结垢严重的主要原因为蒸汽品质不过关。

3 应对措施

3.1 对汽轮机各通流部件进行除垢

（1）清除汽轮机通流部件的垢盐。一般情况下，沉积在汽轮机内的易溶盐可用湿蒸汽清洗除掉；沉积在汽轮机内部的不溶于水的沉积物，一般是在汽轮机大修时，用机械方法清除，如用喷砂法清除汽轮机上的沉积物等。对于沉积了SiO2的汽轮机，可将转子吊出汽缸，放入到质量分数为3%～5%的NaOH溶液中，通入蒸汽清洗，再用水清洗干净。

GT3101E运行过程中，曾采取了用湿蒸汽清洗的方法，两次检修时停机再开机的过程（低速冲转）起到了湿蒸汽清洗的作用，清洗后再次开动，轮室压力降低，转速可以提升到原来水平。此次检修是在运行一段时间后，结垢情况比较严重，转速已经无法提升的情况下，只能将汽轮机解体，对汽轮机各通流部件采用高压水枪清洗的办法除垢。

（2）由于汽轮机结垢导致汽轮机转子原来的动平衡被破坏，清洗结束以后需对转子重新做动平衡。

（3）对汽轮机速关阀和调节气阀动作不灵活或不动作，可以采取两种措施：一是通过对阀门阀杆及各部件进行清洗去除表面垢层；二是将阀杆与阀套由原来下限控制的间隙标准，提升到上限控制，最大程度地保证不再出现阀门动作不灵敏的现象。另外，对阀门及缸体密封面进行修补，以消除由于腐蚀造成的阀门漏气问题。

（4）对结垢造成的汽轮机通流部件的腐蚀部位的修复，采取激光熔焊后再机加工的方法处理。

3.2 改善蒸汽品质

一是严格按照《中小型锅炉运行规程》及《火力发电厂水汽监督导则》执行水质及运行参数的管理，执行工艺控制指标（压力、温度、产汽量）及水质控制指标，保证给水水质控制在规定的范围内；二是对锅炉的汽水分离系统、分级蒸发系统及连续排污系统做全面检查，确保各系统运行正常，符合相关规定。另外，规范透平开停车操作，在机组开停车操作过程中，严格遵守操作法，确保系统内疏水排净，蒸汽温度、压力严格控制，减少在开停车过程中对汽轮机造成的伤害。

［1］ 林宗虎，徐通模.实用锅炉手册［M］.北京：化学工业出版社，2009：590.

［2］ 杨铸.汽轮机运行［M］.北京：中国电力出版社，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。

刘世浩，男，1988年出生，2011年毕业于中国石油大学（北京）热能与动力工程专业，助理工程师，目前主要从事机械设备管理工作。