汽轮机内部结垢分析及清理方法

高友谊，李向娜(新疆蓝山屯河能源有限公司，新疆 昌吉 831800)

0 引言

新疆蓝山屯河二期热电站建设2×320 t/h高压循环流化床锅炉3×50 MW抽凝式汽轮发电机组，锅炉型式：高温高压、自然循环单汽包炉、单炉膛、悬吊结构、高温汽冷旋风分离器、平衡通风、固态排渣循环流化床锅炉。锅炉配滚筒冷渣器，全钢结构炉架，锅炉运转层以上单台锅炉紧身封闭。

给水系统为母管制，2台锅炉配备3台110%BMCR容量的电动给水泵。给水系统设有30%容量的给水(电动调节阀)旁路，用于锅炉启动上水和低负荷运行工况。2019年发现汽轮机有结垢现象，机组无法带满负荷。

1 汽轮机结垢及原因分析

2018年热电站三台汽轮机大修投运后，汽轮机推力瓦温度随着运行周期增长，运行半年后推力瓦温度达到报警值；并于2019年3月对#3汽轮机翻瓦，检查推力瓦的磨损情况，检查各推力正常，无磨损情况，后起机运行至五月份停机。发现自动主汽阀预启阀卡死关不严，后对自动主汽阀解体维修，自动主汽阀各部位氧化皮较多，导致预启阀卡死无法关到位。主汽阀维修完后启机接带负荷，机组负荷超过15 MW时，二段抽汽安全阀动作，设计压力1.1 MPa，安全阀整定压力1.35 MPa。后判断调节级通流过小造成抽汽压力高，无法接带负荷，从这些情况判断汽轮机结垢比较严重。

汽轮机的通流面积结垢后[1]，动静叶片厚度增加，表面变得凸凹不平，增大了喷组、动叶片与汽流之间的摩擦力，使汽轮机效率降低，通流面积减小，影响汽汽轮机的出力。并且汽轮机通流部分结垢会使轴向推力增大，推力瓦温度升高，严重时可能导致汽轮机发生事故，直接影响汽轮机的安全运行。受到影响最严重的是自动主汽阀、高压调节阀，容易造成阀门预启阀卡死，造成预启阀无法关闭，停机时易造成汽轮机飞车，酿成重大事故。

蒸汽膨胀作功，其压力和温度下降，各种化合物在蒸汽中的溶解度随压力降低而减小，而调节级的蒸汽阻力大，蒸汽流速降低，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，并沉积在通流部分结垢。

1.1 汽轮机积盐成分

#3机组汽轮机积盐成分由电厂提供，具体如表1所示。汽轮机结垢图片如图1所示。

表1 #3机组汽轮机积盐成分

图1 汽轮机结垢图片

根据表1结垢物成分分析结果，汽轮机叶片主要垢为铁垢和钠盐，而造成结垢主要原因是2018年大修后至2019年5月份，蒸汽中钠离子及硅含量一致超标，直接导致汽轮机通流部分结垢。钠盐可以通过采用过饱和蒸汽或脱盐水进行冲洗，使积盐溶解后带出汽轮机；而铁垢则不能采用冲洗的方式带出系统。

2 清洗方法的选择

2.1 汽轮机盘车蒸汽清洗

2.1.1 清洗原理

水蒸汽钠盐溶解性与蒸汽的温度成反比，因此在冲洗汽轮机通流部分时,在保证汽轮安全的前提下,要尽可能保持相对低的蒸汽温度,使通流部分大多数处于湿蒸汽状态下,以利用湿蒸汽清洗盐垢。

2.1.2 清洗方案

蒸汽中的盐分分溶解携带和机械携带两种类型。携带大量盐分的蒸汽进入汽轮机后参数降低，其对盐分的溶解能力也随之降低，即发生盐的析出，引起汽轮机的积盐。根据相关盐类在蒸汽中的溶解特性，对发生积盐的汽轮机，采用饱和蒸汽或湿蒸汽进行冲洗，使积盐重新溶解后带出汽轮机。

针对汽轮机发生积盐的冲洗，在停机状态下，锅炉不点火、汽轮机不冲转(需盘车)的状态下，采用饱和蒸汽或湿蒸汽进行冲洗，使汽轮机叶片的积盐重新溶解后通过疏水带出汽轮机。此种冲洗方式的安全性、经济性很高，可有效除去汽轮机叶片中的积盐，但此冲洗方法不能去除结垢物中的铁垢。

根据这些要求,制定了如下清洗方案。

(1)从辅助蒸汽系统接Φ159×5的临时蒸汽管，分别与高、中压缸的快冷系统的进气管及导汽管的疏水管连接，并加装一、二次阀门，作为清洗进汽系统；(2)在临时蒸汽管的一次门后接Φ426×8的管段，作为蒸汽缓冲灌；(3)在临时蒸汽管的二次门前接Φ50×3的管，并引至汽机房外，作为临时排汽管；(4)从凝汽器补水泵出口接Φ50×3的临时管至临时蒸汽缓冲灌，用于辅助蒸汽温度的调节；(5)在临时蒸汽管的二次门及临时排汽管前，加装温度及压力测点，用于清洗蒸汽参数的监测；(6)高压缸清洗接口：1抽、2抽疏水门前截断、高压缸导汽管的疏水管一次门后截断，作为高压缸冲洗过程中的进汽管，通过外缸疏水至高压疏水扩容器后，在高压疏水扩容器底部放水管进行取样；(7)中低压缸清洗接口：在4抽疏水门后截断、中压调门前后的疏放水管一次门前截断，作为冲洗过程中的进汽管，通过外缸疏水至高压疏水扩容器后，在高压疏水扩容器底部放水管进行取样；(8)2抽、4抽汽管门前疏水管作为蒸汽排汽管。

2.1.3 清洗过程

(1)缓慢打开辅汽来临时蒸汽管一次门和临时排汽门，进行临时蒸汽管的暖管及吹扫；(2)暖管及吹扫结束后，打开至蒸汽缓冲灌除盐水门，监测蒸汽的温度及压力，并通过除盐水门调整至温度为120～150 ℃，压力0.2～0.5 MPa；(3)缓慢开启临时蒸汽管二次门，向高压缸通蒸汽进行清洗；(4)逐渐关闭临时排汽门；(5)监测各疏水点排放情况，若为蒸汽，则增加蒸汽缓冲灌除盐水喷水量，直至有疏水流出；(6)通过各疏水点取样对疏水的电导、钠离子等指标进行监测，监测频率为每15 ～30 min一次；(7)当疏水钠离子含量小于100 μg/L后，在蒸汽压力不变的情况下，提高蒸汽温度10 ℃左右继续清洗；(8)当疏水钠离子含量小于20 μg/L后，停止清洗；(9)采用同样的步序，对中压缸、低压缸进行清洗。

2.1.4 工期及费用

工期约10天左右，费用在80万元左右。

2.2 盘车状态下热水清洗

2.2.1 清洗方案

利用脱盐水补水管路向排汽装置内补水直至汽轮机轴封的最低点，水浸没转子下半部及下气缸隔板及隔板套，利用盘车装置进行清垢，此清洗方法对汽缸下部及转子的清洗效果较好，但对上气缸及上部隔板套清洗效果较差。

2.2.2 清洗过程

(1)为防止排气装置变形，在排气装置底部加装枕木，用5台50 t液压千斤顶支撑；(2)关闭汽轮机本体疏水、抽汽管线及主蒸汽管线所有阀门；(3)当汽轮机汽缸壁温低于80 ℃式开始往排汽装置注水，水温控制在60～80 ℃并在排汽装置中加入5%可食用柠檬酸，在排汽装置注水前启动盘车装置进行连续盘车至清洗结束；(4)在清洗过程中，需注意盘车电流变化情况，如电流变化较大，检查汽缸水位，清洗结束后，开启排汽装置放水阀，并打开本体疏水、抽汽管线疏水及主蒸汽管线疏水进行放水，放至无水时，对各级疏水管线切割检查；(5)清洗后使用强制降温装置对汽缸内部进行干燥处理，使用强制降温装置把压缩空气加热至80 ℃，并启动盘车装置，直至内部余水蒸发完退出强制降温装置；(6)清洗完启机时，严格按照操作规程要求启机，低速暖机时检查所有疏水阀全部开启，并检查疏水是否畅通，严密监视各轴承振动、胀差及机组内部的声音，并注意上下缸温差需≤50 ℃，如有异常现象，延长低速暖机时间；(7)清洗时从排汽装置脱盐水补水管线连续补水，开启前汽缸疏水，使清洗水形成开式循环。清洗监督由化学人员定时取样化验排水中钠离子的含量；(8)清洗时化学监督人员从前汽缸疏水点取样对疏水的电导、钠离子等指标进行监测，监测频率为每45～60 min一次，直至当疏水钠离子含量小于20 μg/L后，停止清洗。

2.2.3 工期及费用

工期约8天左右，费用在15万元左右。

2.3 停机揭缸清理

2.3.1 揭缸不吊转子

(1)根据汽轮机揭缸检修要求，按次序拆除上气缸所有连接件，吊起上缸放置在指定位置；(2)根据通流面积结垢情况，拆除上部隔板套，吊放在汽机零米通道胶皮上，使用水枪对其冲洗；(3)对内部结垢用水枪清洗，清洗时注意清洗水压压力，水枪出口压力从1 MPa慢慢升高，压力从1 MPa升至2 MPa，检查清洗情况，如清洗效果良好，按此压力清洗，如无效果，继续升压，但最高压力不能超过4 MPa；(4)清洗完用压缩空气吹干吹尽表面积水，防止转子生锈，放尽排气装置内部存水，并用脱盐水冲洗其内部；(5)按设计安装要求回装隔板套，复测回装隔板相关的技术参数，扣缸按安装要求回装，检查上下缸结合面各参数合格后要设计要求紧固螺栓。

2.3.2 工期及费用

工期约10天左右，费用在2万元左右。

2.3.3 揭缸吊转子

(1)此方案所有项目按大修要求进行；(2)对所有拆下来的隔板，隔板套，转子进行喷丸处理；

(3)将拆下的隔板套吊置在搭设好的工作棚，工作棚采用外面彩条布，内用帆布搭设并密封严实，地面铺好木板、胶皮；

(4)选用φ0.05 ～φ0.15 mm大小的玻璃丸(二氧化硅)喷丸，不能使用其他硬度高、成圆率小于98%、直径大于0.3 mm的玻璃珠、石英砂和掺金刚砂材料。在对转子喷丸时，喷枪的角度必须保持在45°～75°之间，喷头与被喷物件间距保持在20 ～30 cm，喷头不允许长时间停留在所清理转子叶片及隔板套上；

(5)喷砂结束后用压缩空气把转子、隔板等设备表面、螺栓孔内残留物吹干净；

(6)所有喷砂工作结束后，清理气缸下缸，清理完开始回装，回装按大修项目进行，多所有测量参数留档保存。

2.3.4 工期及费用

工期约18天左右，费用在80万元左右。

对于以上4种清洗方案，从费用，工期及清洗难易程度考虑，公司最终选择第三种清垢方案，由于第三方案费用相对较低，揭缸由公司检修队伍完成，不需外协检修队伍，检修周期短，清理彻底，对生产系统影响较小。

3 清洗效果

采用清洗水枪对3台汽轮机进行清洗后，汽轮机启机后，汽轮机振动各参数未出现上涨，机组满负荷时，推力瓦温度由最高时90 ℃降至70 ℃以下，一抽压力保持在2.1 MPa左右，二抽压力保持在1.1 MPa左右，尤其1#汽轮机效果更佳，汽耗比清洗前大幅下降，提高了经济效益。

4 结语

汽轮机结垢主要是由汽水品质差造成的，为了防止汽轮机结垢，运行人员需严格按照《中小型锅炉运行规程》及《火力发电厂水汽监督导则》执行对水质及运行参数的管理[2]，执行工艺控制指标及水质控制指标，保证将水水质控制在合格的指标范围内；同时在锅炉专业方面应对汽水分离器、分级蒸发系统、定排排污系统等进行全面检查，确保各系统正常运行。其次，严格按操规要求启停机，保证机组启停时各项指标控制在合格参数范围之内之内。