Waardoor ontstaan afzettingen op de schoepen van een WTE-turbine?

Afzettingen op de schoepen van een WTE-turbine zijn doorgaans afkomstig van onzuiverheden in de stoom: druppels ketelwater die in de stoomtoevoer terechtkomen, silica dat in de dampfase wordt meegevoerd, of corrosieproducten die vrijkomen uit het water- en stoomcircuit. De corrigerende maatregel hangt af van het aanwezige materiaal en de manier waarop het de schoepen heeft bereikt. Reiniging herstelt het stromingspad, maar terugkerende afzettingen wijzen erop dat de verontreinigingsbron of het transportmechanisme nog steeds actief is.

In een afvalenergiecentrale blijven verbrandingsas en rookgas buiten het normale stoompad van de turbine. De samenstelling van het afval beïnvloedt de werking van de ketel en de warmteoverdrachtsoppervlakken, maar as aan de vuurhaardzijde vormt geen bewijs voor de oorzaak van vervuiling van de turbine. Voor een diagnose is bewijs nodig dat de schoepafzetting in verband brengt met de stoomchemie, de waterbehandeling, de toestand van de apparatuur of een operationele gebeurtenis.

Meeslepen van ketelwater brengt opgeloste zouten in de stoom

Mechanisch meeslepen treedt op wanneer waterdruppels ontsnappen aan het stoomscheidingssysteem van de ketel. Deze druppels bevatten opgeloste en zwevende stoffen uit het ketelwater. Wanneer ze in oververhitte stoom terechtkomen en verdampen, blijven verontreinigingen achter die zich kunnen ophopen op kleppen, nozzles en schoepen.

Een hoog ketelwaterniveau, schuimvorming, beschadigde onderdelen van de afscheider en werking buiten het beoogde belastingsbereik van de afscheider verhogen allemaal de kans op meeslepen. Snelle belastingsveranderingen verdienen bijzondere aandacht. Bij een drukverlaging kan het opzwellen van het waterniveau de schijnbare waterstand verhogen en de afscheiding verstoren, zelfs wanneer de voorafgaande metingen bij stabiele werking aanvaardbaar leken.

Een hoog gehalte aan opgeloste stoffen in het ketelwater bevordert meeslepen onder ongunstige omstandigheden. Organische verontreiniging, waaronder olie die in het condensaatsysteem terechtkomt, kan schuimvorming bevorderen. Meer spuien kan de concentratie opgeloste stoffen verlagen, maar herstelt geen beschadigde afscheider en neemt een bron van olielekkage niet weg.

Natrium in een representatief stoommonster is een nuttige indicator voor verontreiniging, omdat veel onzuiverheden in ketelwater natrium bevatten. Een natriumpiek alleen geeft echter niet aan waar de verontreiniging is binnengedrongen. Vergelijk het tijdstip ervan met het ketelwaterniveau, belastingsveranderingen, de chemie van het ketelwater en de condensaatkwaliteit. Korte verontreiniging tijdens het opstarten of een belastingsverstoring kan afzettingen achterlaten, ook wanneer latere monsters weer normale waarden laten zien.

Silica gedraagt zich anders dan meegesleepte druppels

Silica kan via zowel mechanisch meeslepen als transport in de dampfase in de stoom terechtkomen. De verdeling ervan tussen ketelwater en stoom verandert met de druk en de waterchemie. Een effectieve druppelafscheiding garandeert daarom op zichzelf geen voldoende laag silicagehalte in de stoom.

Wanneer stoom door de turbine expandeert, neemt het vermogen ervan om silica vast te houden af, waardoor silica zich op verder stroomafwaarts gelegen oppervlakken kan afzetten. Welke trappen worden beïnvloed, hangt af van de inlaatcondities en het expansieverloop; alle silica-afzettingen aan een vaste turbinetrap toeschrijven is niet betrouwbaar. Silicarijke afzettingen zijn vaak hard en moeilijk alleen met water te verwijderen.

Een lage natriumwaarde in de stoom bewijst dus niet dat de silicabeheersing toereikend is. Silica in stoom moet afzonderlijk worden gemeten, ondersteund door gegevens over silica in ketelwater en de behandeling van suppletiewater. Wanneer een demineralisatie-eenheid wordt gebruikt, kunnen uitgeputte media, doorslag of problemen met regeneratie de silicabelasting die de cyclus binnenkomt verhogen.

Afzettingen die fosfaat bevatten, moeten anders worden geïnterpreteerd. In een ketel met fosfaatbehandeling vormt fosfaat in een turbineafzetting een sterke aanwijzing dat ketelwater in de stoom is meegevoerd. De chemische dosering verhogen zonder het meeslepen te onderzoeken, kan de hoeveelheid materiaal die zich kan afzetten vergroten.

De samenstelling van de afzetting helpt het onderzoek af te bakenen

Kleur en textuur helpen bij het documenteren van een afzetting, maar kunnen de samenstelling ervan niet betrouwbaar vaststellen. Een donkere laag kan bestaan uit ijzeroxiden gemengd met zouten; een lichte afzetting kan silica of verschillende waterbehandelingsmiddelen bevatten. Fotografeer de oppervlakken en neem monsters voordat u gaat wassen, stralen of chemicaliën aanbrengt.

Houd monsters van verschillende trappen en onderdelen gescheiden. Noteer de trap, de zijde van de schoep, de radiale positie, de dikte van de afzetting en of het materiaal loszit of hecht. Door alles samen te voegen tot één monster gaat locatie-informatie verloren die helpt onderscheid te maken tussen verontreiniging stroomopwaarts en afzetting tijdens expansie.

Elementanalyse brengt de bestanddelen in kaart; analyse van de minerale fasen helpt de aanwezige verbindingen vast te stellen. Ook oplosbaarheidstests in water helpen bij de keuze van een reinigingsmethode. Gemengde afzettingen vereisen vaak meer dan één analysemethode, vooral wanneer oplosbare zouten hardere silica- of oxidepartikels aan elkaar binden.

Volg de verontreiniging door het water- en stoomcircuit

Een lekkage in de condensor kan onzuiverheden uit het koelwater in het condensaat brengen. Verontreinigd procescondensaat dat naar de cyclus wordt teruggevoerd, vormt een andere mogelijke route wanneer warmte wordt afgevoerd. De resulterende turbineafzettingen hangen af van de verontreinigingen, hun concentratie in de ketel en de mate waarin ze naar de stoom worden overgedragen.

Vergelijk monsters van suppletiewater, condensaat, voedingswater, ketelwater en stoom aan de turbine-inlaat. Een verslechtering die eerst in het condensaat zichtbaar wordt, wijst op een andere bron dan een verslechtering die uitsluitend in het ketelwater voorkomt. De chemische gegevens moeten ook wijzigingen in de behandeling, een abnormaal hoge suppletiewatervraag, opstartperioden en eventuele isolatie van condensaatretouren omvatten.

Onderzoek bij ijzerrijke afzettingen het transport van corrosieproducten en de recente bedrijfsomstandigheden. Blootstelling tijdens stilstand, ongeschikte conservering en verstoringen bij het opstarten kunnen opgehoopte oxiden vrijmaken. Grotere oxidepartikels kunnen ook erosie veroorzaken, waardoor een oppervlak met zowel afzettingen als inslagschade op meer dan één mechanisme kan wijzen.

Controleer het bemonsteringssysteem voordat u een ogenschijnlijk schoon stoomresultaat accepteert. De monsterlocatie, de manier van aftappen, de toestand van de leidingen, de koeling en de respons van de analyser bepalen of een korte verontreinigingsgebeurtenis wordt vastgelegd. Een vertraagd laboratoriummonster dat wordt genomen nadat de stabiele werking is hervat, kan een eerdere piek door meeslepen niet reconstrueren.

Maak onderscheid tussen symptomen van vervuiling en andere prestatieverliezen

Afzettingen veranderen het profiel van schoepen, verhogen de oppervlakteruwheid en beperken de doorgang in nozzles. Afhankelijk van de locatie en de ernst leidt dit tot een lager rendement, veranderde drukwaarden per trap of een lager doorstroomvermogen. Vergelijk de trapdruk en de stoomstroom bij gelijkwaardige inlaatcondities, tegendruk en belasting; één enkele drukmeting volstaat niet.

Bij een stoomturbine die een Generator aandrijft, verkrijgbaar met vermogens van 1.5 MW tot 400 MW, moet het elektrische vermogen worden beoordeeld in samenhang met de stoomstroom en de thermodynamische condities. Een verlies aan vermogen alleen kan vervuiling van de schoepen niet onderscheiden van een lagere inlaattemperatuur, een hogere condensor druk of elektrische beperkingen.

Voor trillingen geldt dezelfde zorgvuldige aanpak. Ongelijkmatige afzetting kan de rotorb alans verstoren, maar ook veranderingen in de uitlijning, lagerproblemen, aanlopen en schade aan schoepen veroorzaken trillingen. Breng trillingstrends in verband met chemische gebeurtenissen en prestatieveranderingen en bevestig vervolgens de mechanische toestand tijdens inspectie. Los materiaal kan loskomen; een plotselinge verandering in trillingen bewijst dus niet dat de vervuiling is verdwenen.

Stem verwijdering en preventie af op het bevestigde mechanisme

Kies reinigingsmethoden op basis van de analyse van de afzetting en de procedure van de turbin fabrikant. Waterwassen is geschikt voor sommige oplosbare zouten, terwijl voor silicarijke of sterk hechtende oxideafzettingen mogelijk een andere goedgekeurde methode nodig is. Ongecontroleerd abrasief reinigen kan de geometrie of oppervlakteafwerking van schoepen veranderen; ongeschikte chemicaliën kunnen materialen aantasten of in spleten achterblijven.

Beoordeel vóór het reinigen putvorming, scheuren en erosie onder de afzetting. Een schoep die vervuild lijkt, kan ook corrosieschade vertonen waarvoor reparatie of vervanging nodig is. Online wassen mag alleen worden uitgevoerd als het turbineontwerp en de bedrijfsprocedure dit uitdrukkelijk toestaan, met vastgelegde limieten voor de watertoevoer en afvoer.

Laat corrigerende werkzaamheden volgen uit het bewijs: herstel onderdelen van de afscheider bij mechanisch meeslepen, stabiliseer het gedrag van het ketelwaterniveau tijdens transiënten, herstel de silica-afscheiding wanneer doorslag van de behandeling is bevestigd, of isoleer de verontreinigingsbron in het condensaat. Volg na het opnieuw opstarten de representatieve stoomchemie tijdens het opstarten en belastingsveranderingen, evenals tijdens stabiele werking. Inspecteer de eerder getroffen trappen opnieuw tijdens de eerstvolgende geschikte stilstand om vast te stellen of de afzetting is afgenomen of teruggekeerd.