Co powoduje osady na łopatkach turbiny WTE?

Osady na łopatkach turbiny pracującej w instalacji termicznego przekształcania odpadów (WTE) zwykle pochodzą z zanieczyszczeń pary: kropli wody kotłowej unoszonych do układu parowego, krzemionki transportowanej w fazie gazowej lub produktów korozji uwalnianych z obiegu wody i pary. Działania naprawcze zależą od rodzaju materiału i sposobu, w jaki dostał się on na łopatki. Czyszczenie przywraca drożność kanału przepływowego, ale nawracające osady wskazują, że źródło zanieczyszczenia lub mechanizm jego transportu nadal działa.

W instalacji termicznego przekształcania odpadów popiół ze spalania i spaliny pozostają poza normalnym obiegiem pary turbiny. Skład odpadów wpływa na pracę kotła i powierzchnie wymiany ciepła, ale popiół po stronie paleniskowej nie przesądza o przyczynie zanieczyszczenia turbiny. Diagnoza wymaga dowodów łączących osad na łopatkach z chemią pary, uzdatnianiem wody, stanem urządzeń lub zdarzeniem eksploatacyjnym.

Przedostawanie się wody kotłowej powoduje unoszenie rozpuszczonych soli

Mechaniczne unoszenie wody występuje, gdy krople wody wydostają się z układu separacji pary w kotle. Zawierają one rozpuszczone i zawieszone substancje obecne w wodzie kotłowej. Gdy trafiają do pary przegrzanej i odparowują, pozostawiają zanieczyszczenia, które mogą gromadzić się na zaworach, dyszach i łopatkach.

Wysoki poziom wody w walczaku, pienienie, uszkodzone elementy separatora oraz praca poza przewidzianym zakresem obciążenia separatora zwiększają prawdopodobieństwo unoszenia wody. Szczólną uwagę należy zwrócić na szybkie zmiany obciążenia. Wzrost poziomu wody w walczaku podczas obniżania ciśnienia może podnieść pozorny poziom wody i zakłócić separację, nawet jeśli wcześniejsze odczyty w stanie ustalonym były prawidłowe.

Podwyższona zawartość substancji rozpuszczonych w wodzie kotłowej sprzyja unoszeniu wody w niekorzystnych warunkach. Zanieczyszczenia organiczne, w tym olej przedostający się do układu kondensatu, mogą powodować pienienie. Zwiększenie odsalania może obniżyć stężenie substancji rozpuszczonych, ale nie naprawi uszkodzonego separatora ani nie wyeliminuje źródła przedostawania się oleju.

Sód w reprezentatywnej próbce pary jest użytecznym wskaźnikiem zanieczyszczenia, ponieważ wiele zanieczyszczeń wody kotłowej zawiera sód. Jednak sam wzrost stężenia sodu nie wskazuje miejsca przedostawania się zanieczyszczeń. Należy porównać moment jego wystąpienia z poziomem wody w walczaku, zmianami obciążenia, składem chemicznym wody kotłowej i jakością kondensatu. Krótkotrwałe zanieczyszczenie podczas rozruchu lub zakłócenia obciążenia może pozostawić osady, nawet jeśli późniejsze próbki ponownie spełniają normę.

Krzemionka zachowuje się inaczej niż zanieczyszczenia unoszone z kroplami wody

Krzemionka może przedostawać się do pary zarówno wskutek mechanicznego unoszenia wody, jak i transportu w fazie gazowej. Jej podział między wodę kotłową a parę zmienia się w zależności od ciśnienia i składu chemicznego wody. Dlatego skuteczna separacja kropli sama w sobie nie gwarantuje dostatecznie niskiej zawartości krzemionki w parze.

Gdy para rozpręża się w turbinie, maleje jej zdolność do utrzymywania krzemionki, co prowadzi do osadzania się jej na powierzchniach położonych dalej w kierunku przepływu. Obciążone osadem stopnie zależą od warunków na wlocie i przebiegu rozprężania; przypisywanie każdego osadu krzemionkowego do z góry określonego stopnia turbiny jest niewiarygodne. Osady bogate w krzemionkę są często twarde i trudne do usunięcia samą wodą.

Niski odczyt sodu w parze nie dowodzi zatem, że kontrola zawartości krzemionki jest wystarczająca. Zawartość krzemionki w parze wymaga osobnego pomiaru, uzupełnionego o dane dotyczące krzemionki w wodzie kotłowej i uzdatniania wody uzupełniającej. Jeśli stosuje się instalację demineralizacji, wyczerpane złoże, przebicie lub problemy z regeneracją mogą zwiększyć ilość krzemionki wprowadzaną do obiegu.

Osady zawierające fosforany wymagają innej interpretacji. W kotle, w którym stosuje się uzdatnianie fosforanowe, obecność fosforanów w osadzie z turbiny silnie wskazuje na przedostawanie się wody kotłowej do pary. Zwiększenie dozowania środków chemicznych bez zbadania unoszenia wody może zwiększyć ilość materiału dostępnego do osadzania.

Skład osadu zawęża zakres dochodzenia

Kolor i tekstura pomagają opisać osad, ale nie pozwalają na jego wiarygodną identyfikację. Ciemna warstwa może zawierać tlenki żelaza zmieszane z solami; jasny osad może składać się z krzemionki lub kilku związków stosowanych do uzdatniania wody. Przed myciem, czyszczeniem strumieniowo-ściernym lub zastosowaniem środków chemicznych należy sfotografować powierzchnie i pobrać próbki.

Próbki z różnych stopni i podzespołów należy przechowywać oddzielnie. Należy odnotować stopień, stronę łopatki, położenie promieniowe, grubość osadu oraz to, czy materiał jest luźny, czy mocno przylega. Połączenie wszystkiego w jednej próbce pozbawia informacji o lokalizacji, które pomagają odróżnić zanieczyszczenie z wcześniejszej części układu od osadzania podczas rozprężania.

Analiza pierwiastkowa pozwala określić składniki, a analiza faz mineralnych pomaga ustalić obecne związki. Badanie rozpuszczalności w wodzie również ułatwia dobór metody czyszczenia. Osady mieszane często wymagają więcej niż jednej metody analitycznej, zwłaszcza gdy rozpuszczalne sole łączą twardsze cząstki krzemionki lub tlenków.

Śledź zanieczyszczenia w obiegu wody i pary

Nieszczelność skraplacza może wprowadzić zanieczyszczenia z wody chłodzącej do kondensatu. Zanieczyszczony kondensat procesowy zawracany do obiegu stanowi kolejną możliwą drogę, jeśli odbierane jest ciepło. Powstające osady na turbinie zależą od rodzaju i stężenia zanieczyszczeń w kotle oraz od tego, w jaki sposób przedostają się one do pary.

Należy porównać próbki wody uzupełniającej, kondensatu, wody zasilającej, wody kotłowej i pary na wlocie do turbiny. Pogorszenie jakości, które najpierw pojawia się w kondensacie, wskazuje na inne źródło niż to ograniczone do wody kotłowej. W dokumentacji składu chemicznego należy również uwzględnić zmiany w uzdatnianiu, nietypowe zapotrzebowanie na wodę uzupełniającą, okresy rozruchu oraz wszelkie odcięcia powrotu kondensatu.

W przypadku osadów bogatych w żelazo należy zbadać transport produktów korozji i niedawną historię eksploatacji. Narażenie podczas postoju, niewłaściwe zabezpieczenie oraz zakłócenia podczas rozruchu mogą uwolnić nagromadzone tlenki. Większe cząstki tlenków mogą również powodować erozję, dlatego powierzchnia z osadem i śladami uderzeń może wskazywać na więcej niż jeden mechanizm.

Przed uznaniem pozornie czystego wyniku analizy pary należy zweryfikować układ poboru próbek. Miejsce poboru, sposób ekstrakcji, stan przewodów, chłodzenie i czas reakcji analizatora wpływają na to, czy uda się wychwycić krótkotrwałe zdarzenie zanieczyszczenia. Opóźniona próbka laboratoryjna pobrana po wznowieniu stabilnej pracy nie pozwala odtworzyć wcześniejszego wzrostu unoszenia wody.

Odróżniaj objawy zanieczyszczenia od innych przyczyn spadku wydajności

Osady zmieniają profil łopatek, zwiększają chropowatość powierzchni i ograniczają przepływ przez kanały dyszowe. W zależności od lokalizacji i nasilenia skutkiem może być spadek sprawności, zmiana ciśnień w stopniach lub zmniejszenie przepustowości. Należy porównywać ciśnienie w stopniach i przepływ pary przy równoważnych warunkach wlotowych, ciśnieniu wylotowym i obciążeniu; pojedynczy odczyt ciśnienia nie wystarcza.

W przypadku turbiny parowej napędzającej generator o mocach znamionowych od 1.5 MW do 400 MW moc elektryczną należy oceniać łącznie z przepływem pary i warunkami termodynamicznymi. Sam spadek mocy nie pozwala odróżnić zanieczyszczenia łopatek od obniżonej temperatury na wlocie, wyższego ciśnienia w skraplaczu lub ograniczeń elektrycznych.

Również w przypadku drgań konieczna jest rzetelna analiza. Nierównomierne osadzanie może zakłócić wyważenie wirnika, ale drgania mogą być też skutkiem zmian osiowania, problemów z łożyskami, ocierania lub uszkodzenia łopatek. Należy powiązać trendy drgań ze zdarzeniami dotyczącymi składu chemicznego i zmianami parametrów pracy, a następnie potwierdzić stan mechaniczny podczas inspekcji. Luźny materiał może się oderwać, więc nagła zmiana drgań nie dowodzi, że problem zanieczyszczenia ustąpił.

Dobierz usuwanie osadu i działania zapobiegawcze do potwierdzonego mechanizmu

Metody czyszczenia należy dobierać na podstawie analizy osadu i procedury producenta turbiny. Mycie wodą nadaje się do niektórych rozpuszczalnych soli, natomiast osady bogate w krzemionkę lub mocno przylegające osady tlenkowe mogą wymagać innej zatwierdzonej metody. Niekontrolowane czyszczenie ścierne może zmienić geometrię łopatek lub wykończenie powierzchni; nieodpowiednie środki chemiczne mogą uszkodzić materiały lub pozostać w szczelinach.

Przed czyszczeniem należy ocenić występowanie wżerów, pęknięć i erozji pod osadem. Łopatka, która wygląda na zanieczyszczoną, może być również uszkodzona przez korozję i wymagać naprawy lub wymiany. Mycie podczas pracy można przeprowadzać wyłącznie wtedy, gdy konstrukcja turbiny i procedura eksploatacyjna wyraźnie na to zezwalają, przy określonych limitach doprowadzania i odprowadzania wody.

Działania naprawcze powinny wynikać z zebranych dowodów: naprawić elementy układu separacji w przypadku mechanicznego unoszenia wody, ustabilizować poziom wody w walczaku podczas stanów przejściowych, przywrócić usuwanie krzemionki po potwierdzeniu przebicia w uzdatnianiu albo odizolować źródło zanieczyszczenia kondensatu. Po ponownym uruchomieniu należy śledzić reprezentatywne parametry składu chemicznego pary podczas rozruchu i zmian obciążenia, a także w czasie stabilnej pracy. Podczas najbliższego odpowiedniego postoju należy ponownie skontrolować wcześniej obciążone osadem stopnie, aby ustalić, czy osadzanie uległo spowolnieniu, czy też osady powróciły.