Чем вызваны отложения на лопатках турбины WTE?

Отложения на лопатках турбины на предприятии по переработке отходов в энергию (WTE) обычно возникают из-за примесей в паре: капель котловой воды, попавших в паропровод, кремнезёма, перенесённого в паровой фазе, или продуктов коррозии, высвобождаемых из водяного и парового контуров. Корректирующие действия зависят от присутствующего материала и способа его попадания на лопатки. Очистка восстанавливает проточную часть, но повторное образование отложений указывает на то, что источник загрязнения или механизм его переноса продолжает действовать.

На предприятии по переработке отходов в энергию зола сгорания и дымовые газы остаются вне штатного парового тракта турбины. Состав отходов влияет на работу котла и поверхности теплообмена, но наличие золы со стороны топки не доказывает причину загрязнения турбины. Для диагностики нужны данные, связывающие отложения на лопатках с химическим составом пара, водоподготовкой, состоянием оборудования или конкретным эксплуатационным событием.

Унос котловой воды приводит к попаданию растворённых солей

Механический унос происходит, когда капли воды проходят через систему сепарации пара в котле. Эти капли содержат растворённые и взвешенные вещества из котловой воды. При попадании в перегретый пар и испарении они оставляют загрязняющие вещества, которые могут накапливаться на клапанах, соплах и лопатках.

Высокий уровень воды в барабане, пенообразование, повреждение сепарационных элементов и работа за пределами расчётного диапазона нагрузки сепаратора повышают вероятность уноса. Особого внимания требуют быстрые изменения нагрузки. Набухание уровня в барабане при снижении давления может привести к повышению кажущегося уровня воды и нарушить сепарацию, даже если предыдущие показания в установившемся режиме были приемлемыми.

Повышенное содержание растворённых твёрдых веществ в котловой воде способствует уносу при неблагоприятных условиях. Органические загрязнения, в том числе масло, попавшее в систему конденсата, могут вызывать пенообразование. Увеличение продувки может снизить концентрацию растворённых твёрдых веществ, но не устранит повреждение сепаратора и не ликвидирует источник попадания масла.

Натрий в репрезентативной пробе пара служит полезным индикатором загрязнения, поскольку многие примеси котловой воды содержат натрий. Однако одно лишь превышение содержания натрия не позволяет определить место попадания загрязнений. Сопоставьте время его появления с уровнем воды в барабане, изменениями нагрузки, химическим составом котловой воды и качеством конденсата. Кратковременное загрязнение при пуске или возмущении нагрузки может оставить отложения, даже если последующие пробы соответствуют норме.

Кремнезём ведёт себя иначе, чем при капельном уносе

Кремнезём может попадать в пар как при механическом уносе, так и в результате переноса в паровой фазе. Его распределение между котловой водой и паром меняется в зависимости от давления и химического состава воды. Поэтому эффективная сепарация капель сама по себе не гарантирует достаточно низкого содержания кремнезёма в паре.

По мере расширения пара в турбине снижается его способность удерживать кремнезём, в результате чего тот осаждается на расположенных ниже по потоку поверхностях. Затронутые ступени зависят от параметров на входе и траектории расширения; считать, что все отложения кремнезёма возникают на одной и той же ступени турбины, ненадёжно. Отложения с высоким содержанием кремнезёма часто бывают твёрдыми, и одной воды для их удаления недостаточно.

Поэтому низкое содержание натрия в паре не подтверждает достаточный контроль кремнезёма. Содержание кремнезёма в паре необходимо измерять отдельно, дополняя эти данные сведениями о его содержании в котловой воде и записями о водоподготовке подпиточной воды. Если используется установка деминерализации, истощение фильтрующего материала, проскок примесей или проблемы с регенерацией могут повысить нагрузку кремнезёмом, поступающую в цикл.

Отложения, содержащие фосфаты, требуют иной интерпретации. В котле с фосфатной обработкой наличие фосфатов в отложениях турбины убедительно свидетельствует о переносе котловой воды в пар. Увеличение дозирования реагентов без расследования причин уноса может увеличить количество материала, доступного для образования отложений.

Состав отложений сужает круг причин

Цвет и текстура помогают описать отложения, но не позволяют надёжно определить их состав. Тёмный слой может содержать оксиды железа, смешанные с солями; светлый — кремнезём или несколько соединений, используемых при водоподготовке. Сфотографируйте поверхности и отберите пробы до промывки, абразивной очистки или применения химикатов.

Не смешивайте пробы, взятые с разных ступеней и компонентов. Зафиксируйте ступень, сторону лопатки, радиальное положение, толщину отложений и то, является ли материал рыхлым или прочно сцепленным с поверхностью. Объединение всех проб в одну лишает вас информации о местоположении, которая помогает отличить загрязнение, поступившее выше по потоку, от отложений, образовавшихся при расширении.

Элементный анализ выявляет составляющие элементы; анализ минеральных фаз помогает определить присутствующие соединения. Испытание на растворимость в воде также помогает выбрать способ очистки. Для смешанных отложений часто требуется несколько методов анализа, особенно если растворимые соли связывают более твёрдые частицы кремнезёма или оксидов.

Отследите загрязнение в водяном и паровом контуре

Утечка в конденсаторе может привести к попаданию примесей охлаждающей воды в конденсат. Загрязнённый технологический конденсат, возвращаемый в цикл, представляет собой ещё один возможный путь, когда тепло отводится от системы. Образующиеся отложения в турбине зависят от типа загрязняющих веществ, их концентрации в котле и их перехода в пар.

Сравните пробы подпиточной воды, конденсата, питательной воды, котловой воды и пара на входе в турбину. Ухудшение качества, впервые обнаруженное в конденсате, указывает на иной источник, чем ухудшение, выявленное только в котловой воде. В журналах контроля химического состава также следует отмечать изменения водоподготовки, повышенный расход подпиточной воды, периоды пуска и любые случаи отключения возврата конденсата.

При наличии отложений с высоким содержанием железа изучите перенос продуктов коррозии и недавнюю историю эксплуатации. Воздействие воздуха во время простоя, ненадлежащая консервация и нарушения при пуске могут высвобождать накопившиеся оксиды. Крупные частицы оксидов также способны вызывать эрозию, поэтому поверхность с отложениями и следами ударного воздействия может быть результатом нескольких механизмов.

Прежде чем считать результат анализа пара чистым, проверьте систему отбора проб. На достоверность регистрации кратковременного загрязнения влияют место отбора, схема извлечения пробы, состояние линии, охлаждение и скорость отклика анализатора. Проба, взятая в лаборатории с задержкой после возобновления стабильной работы, не позволит восстановить картину более раннего эпизода уноса.

Отделяйте симптомы загрязнения от других причин снижения производительности

Отложения изменяют профиль лопаток, повышают шероховатость поверхности и сужают проходные сечения сопел. В зависимости от места и степени загрязнения это приводит к снижению КПД, изменению давления по ступеням или уменьшению пропускной способности. Сравнивайте давление по ступеням и расход пара при одинаковых параметрах на входе, давлении на выходе и нагрузке; одного показания давления недостаточно.

При оценке электрической мощности паровой турбины, приводящей в действие генератор мощностью от 1.5 MW до 400 MW, необходимо учитывать расход пара и термодинамические условия. Одно лишь снижение выработки не позволяет отличить загрязнение лопаток от понижения температуры пара на входе, повышения давления в конденсаторе или ограничений со стороны электрооборудования.

К вибрации также следует подходить с таким же вниманием. Неравномерные отложения могут нарушить баланс ротора, однако вибрацию также вызывают изменения центровки, проблемы с подшипниками, задевания и повреждения лопаток. Сопоставьте тенденции вибрации с изменениями химического состава и производительности, а затем подтвердите механическое состояние при осмотре. Рыхлый материал может отделиться, поэтому резкое изменение вибрации не доказывает, что загрязнение устранено.

Подбирайте удаление отложений и меры профилактики с учётом подтверждённого механизма

Выбирайте методы очистки на основании анализа отложений и процедуры производителя турбины. Промывка водой подходит для некоторых растворимых солей, тогда как для отложений с высоким содержанием кремнезёма или прочно сцепленных оксидов может потребоваться другой одобренный метод. Неконтролируемая абразивная очистка способна изменить геометрию лопаток или качество их поверхности; неподходящие химикаты могут повредить материалы или остаться в зазорах.

Перед очисткой проверьте, нет ли под отложениями точечной коррозии, трещин и эрозии. На лопатке, которая кажется загрязнённой, также могут быть коррозионные повреждения, требующие ремонта или замены. Промывку на ходу следует проводить только в том случае, если конструкция турбины и эксплуатационная процедура прямо допускают её, а допустимые пределы подачи и отвода воды определены.

Корректирующие работы должны основываться на фактических данных: отремонтируйте сепарационное оборудование при механическом уносе, стабилизируйте поведение уровня в барабане во время переходных режимов, восстановите удаление кремнезёма при подтверждённом проскоке в системе водоподготовки или изолируйте источник загрязнения в конденсате. После повторного пуска отслеживайте химический состав репрезентативных проб пара во время пуска, изменений нагрузки и установившейся работы. При следующем подходящем останове повторно осмотрите ранее затронутые ступени, чтобы определить, замедлилось ли образование отложений или возобновилось.