O que causa depósitos nas pás de uma turbina WTE?

Os depósitos nas pás de uma turbina de uma usina de valorização energética de resíduos (WTE) geralmente têm origem em impurezas presentes no vapor: gotículas de água da caldeira arrastadas para o fornecimento de vapor, sílica transportada na fase vapor ou produtos de corrosão liberados pelo circuito de água e vapor. A ação corretiva depende do material presente e de como ele chegou às pás. A limpeza restaura o caminho do fluxo, mas depósitos recorrentes indicam que a fonte de contaminação ou o mecanismo de transporte continua ativo.

Em uma usina de valorização energética de resíduos, as cinzas da combustão e os gases de combustão permanecem fora do caminho normal do vapor na turbina. A composição dos resíduos afeta a operação da caldeira e as superfícies de transferência de calor, mas a presença de cinzas no lado dos gases de combustão não determina a causa do depósito na turbina. O diagnóstico exige evidências que relacionem o depósito nas pás à química do vapor, ao tratamento da água, às condições dos equipamentos ou a um evento operacional.

O arraste de água da caldeira introduz sais dissolvidos

O arraste mecânico ocorre quando gotículas de água escapam do sistema de separação de vapor da caldeira. Essas gotículas contêm materiais dissolvidos e em suspensão na água da caldeira. Ao entrarem no vapor superaquecido e evaporarem, deixam contaminantes que podem se acumular em válvulas, bocais e pás.

Nível elevado no tambor, formação de espuma, componentes do separador danificados e operação fora da faixa de carga prevista para o separador aumentam a probabilidade de arraste. Mudanças rápidas de carga merecem atenção especial. A expansão do nível no tambor durante uma redução de pressão pode elevar o nível aparente da água e prejudicar a separação, mesmo quando as leituras anteriores em regime estável pareciam aceitáveis.

Uma concentração elevada de sólidos dissolvidos na água da caldeira favorece o arraste em condições desfavoráveis. A contaminação orgânica, inclusive a entrada de óleo no sistema de condensado, pode favorecer a formação de espuma. Aumentar a purga pode reduzir a concentração de sólidos dissolvidos, mas não reparará um separador danificado nem eliminará uma fonte de entrada de óleo.

O sódio em uma amostra representativa de vapor é um indicador útil de contaminação, pois muitas impurezas da água da caldeira contêm sódio. No entanto, uma elevação do sódio, por si só, não identifica o ponto de entrada. Compare o momento da elevação com o nível do tambor, as rampas de carga, a química da água da caldeira e a qualidade do condensado. Uma contaminação breve durante a partida ou uma perturbação de carga pode deixar depósitos, mesmo que as amostras posteriores voltem ao normal.

A sílica se comporta de forma diferente do arraste de gotículas

A sílica pode entrar no vapor tanto por arraste mecânico quanto por transporte na fase vapor. Sua distribuição entre a água da caldeira e o vapor muda conforme a pressão e a química da água. Portanto, uma separação eficaz de gotículas não garante, por si só, que o teor de sílica no vapor seja suficientemente baixo.

À medida que o vapor se expande pela turbina, sua capacidade de reter sílica diminui, permitindo que ela se deposite nas superfícies a jusante. Os estágios afetados dependem das condições de entrada e do percurso de expansão; atribuir todos os depósitos de sílica a um estágio específico da turbina não é confiável. Os depósitos ricos em sílica costumam ser duros e difíceis de remover apenas com água.

Assim, uma leitura baixa de sódio no vapor não comprova que o controle da sílica seja satisfatório. A sílica no vapor exige medição própria, complementada pelos registros de sílica na água da caldeira e de tratamento da água de reposição. Quando se utiliza uma unidade de desmineralização, meios de tratamento esgotados, ruptura do leito ou problemas de regeneração podem aumentar a carga de sílica que entra no ciclo.

Depósitos contendo fosfato exigem uma interpretação diferente. Em uma caldeira que utiliza tratamento com fosfato, a presença de fosfato em um depósito da turbina é forte indício de transporte de água da caldeira para o vapor. Aumentar a dosagem de produtos químicos sem investigar o arraste pode elevar a quantidade de material disponível para deposição.

A composição do depósito direciona a investigação

A cor e a textura ajudam a documentar um depósito, mas não permitem identificá-lo de forma confiável. Uma camada escura pode conter óxidos de ferro misturados com sais; um depósito claro pode conter sílica ou vários compostos de tratamento da água. Fotografe as superfícies e colete amostras antes de lavar, jatear ou aplicar produtos químicos.

Mantenha separadas as amostras de diferentes estágios e componentes. Registre o estágio, o lado da pá, a posição radial, a espessura do depósito e se o material está solto ou aderido. Reunir tudo em uma única amostra elimina informações de localização que ajudam a distinguir a contaminação a montante da deposição durante a expansão.

A análise elementar identifica os constituintes; a análise de fases minerais ajuda a determinar os compostos presentes. Os ensaios de solubilidade em água também orientam a escolha do método de limpeza. Depósitos mistos muitas vezes exigem mais de um método analítico, especialmente quando sais solúveis aglutinam partículas mais duras de sílica ou óxidos.

Rastreie a contaminação pelo circuito de água e vapor

Um vazamento no condensador pode introduzir impurezas da água de resfriamento no condensado. O retorno ao ciclo de condensado de processo contaminado constitui outra via quando há exportação de calor. Os depósitos resultantes na turbina dependem dos contaminantes, de sua concentração na caldeira e da forma como são transferidos para o vapor.

Compare amostras da água de reposição, do condensado, da água de alimentação, da água da caldeira e do vapor na entrada da turbina. Uma deterioração observada primeiro no condensado aponta para uma fonte diferente daquela indicada por uma deterioração restrita à água da caldeira. Os registros de química também devem incluir alterações no tratamento, demanda anormal de água de reposição, períodos de partida e qualquer isolamento dos retornos de condensado.

No caso de depósitos ricos em ferro, investigue o transporte de produtos de corrosão e o histórico operacional recente. A exposição durante paradas, a preservação inadequada e as perturbações na partida podem liberar óxidos acumulados. Partículas maiores de óxido também podem causar erosão; portanto, uma superfície com depósitos e danos por impacto pode refletir mais de um mecanismo.

Verifique o sistema de amostragem antes de aceitar como válido um resultado aparentemente limpo do vapor. O local de amostragem, a configuração de extração, as condições da linha, o resfriamento e a resposta do analisador afetam a capacidade de detectar um evento breve de contaminação. Uma amostra laboratorial coletada com atraso, depois que a operação estável foi retomada, não permite reconstruir uma elevação anterior de arraste.

Diferencie os sintomas de depósitos de outras perdas de desempenho

Os depósitos alteram o perfil das pás, aumentam a rugosidade superficial e restringem as passagens dos bocais. Dependendo da localização e da gravidade, isso resulta em redução da eficiência, alteração das pressões nos estágios ou redução da capacidade de admissão de vapor. Compare a pressão dos estágios e o fluxo de vapor sob condições equivalentes de entrada, pressão de escape e carga; uma única leitura de pressão é insuficiente.

Em uma turbina a vapor que aciona um Gerador, disponível em potências nominais de 1.5 MW a 400 MW, a potência elétrica deve ser avaliada juntamente com o fluxo de vapor e as condições termodinâmicas. A perda de potência, por si só, não permite distinguir depósitos nas pás de uma temperatura de entrada mais baixa, pressão mais alta no condensador ou limitações elétricas.

A vibração exige o mesmo rigor. Depósitos irregulares podem desequilibrar o rotor, mas alterações de alinhamento, problemas nos mancais, atrito e danos às pás também causam vibração. Correlacione as tendências de vibração com eventos de química e mudanças de desempenho; em seguida, confirme as condições mecânicas durante a inspeção. Material solto pode se desprender, portanto uma mudança repentina na vibração não prova que os depósitos tenham desaparecido.

Adapte a remoção e a prevenção ao mecanismo confirmado

Escolha os métodos de limpeza com base na análise do depósito e no procedimento do fabricante da turbina. A lavagem com água é adequada para alguns sais solúveis, enquanto depósitos ricos em sílica ou de óxidos fortemente aderidos podem exigir outro método aprovado. O jateamento abrasivo sem controle pode alterar a geometria ou o acabamento superficial das pás; produtos químicos inadequados podem atacar os materiais ou ficar retidos em frestas.

Antes da limpeza, avalie a presença de pites, trincas e erosão sob o depósito. Uma pá que parece estar coberta por depósitos também pode apresentar danos por corrosão que exijam reparo ou substituição. A lavagem on-line só deve ser realizada quando o projeto da turbina e o procedimento operacional a permitirem expressamente, com limites definidos para a introdução e a drenagem da água.

As ações corretivas devem seguir as evidências: reparar os componentes de separação em caso de arraste mecânico, estabilizar o comportamento do nível do tambor durante transientes, restabelecer a remoção de sílica quando houver confirmação de ruptura do tratamento ou isolar a fonte de contaminação no condensado. Após a partida, acompanhe a química de amostras representativas de vapor durante a partida e as mudanças de carga, além da operação estável. Inspecione novamente os estágios anteriormente afetados na próxima parada adequada para determinar se a deposição diminuiu ou voltou.