Vad orsakar beläggningar på bladen i en WTE-turbin?

Beläggningar på skovlar i en WTE-turbin har vanligtvis sitt ursprung i föroreningar i ångan: pannvattendroppar som följer med in i ångtillförseln, kiseldioxid som transporteras i ångfas eller korrosionsprodukter som frigörs från vatten- och ångkretsen. Vilken korrigerande åtgärd som krävs beror på vilket material som förekommer och hur det nådde skovlarna. Rengöring återställer flödesvägen, men återkommande beläggningar visar att föroreningskällan eller transportmekanismen fortfarande är aktiv.

I ett avfallskraftverk hålls förbränningsaska och rökgas utanför turbinens normala ångväg. Avfallets sammansättning påverkar pannans drift och värmeöverförande ytor, men aska på eldstadssidan fastställer inte orsaken till beläggningar i turbinen. En diagnos behöver belägg som kopplar skovelbeläggningen till ångkemi, vattenbehandling, utrustningens skick eller en driftshändelse.

Pannvattenmedryckning för in lösta salter

Mekanisk medryckning uppstår när vattendroppar passerar pannans ångavskiljningssystem. Dropparna innehåller lösta och suspenderade ämnen från pannvattnet. När de kommer in i överhettad ånga och avdunstar lämnar de efter sig föroreningar som kan ansamlas på ventiler, munstycken och skovlar.

Hög vattennivå i trumman, skumbildning, skadade avskiljarkomponenter och drift utanför avskiljarens avsedda belastningsområde ökar alla risken för medryckning. Snabba laständringar kräver särskild uppmärksamhet. Nivåsvällning i trumman vid en trycksänkning kan höja den skenbara vattennivån och störa avskiljningen, även när de föregående värdena vid stabil drift såg godtagbara ut.

Förhöjda halter av lösta ämnen i pannvattnet ökar risken för medryckning under ogynnsamma förhållanden. Organisk förorening, däribland olja som kommer in i kondensatsystemet, kan bidra till skumbildning. Ökad bottenblåsning kan sänka koncentrationen av lösta ämnen, men den reparerar inte en skadad avskiljare och eliminerar inte en oljeläcka.

Natrium i ett representativt ångprov är en användbar indikator på förorening, eftersom många föroreningar i pannvatten innehåller natrium. En natriumavvikelse identifierar dock inte i sig var ämnet kom in. Jämför tidpunkten med trumnivå, lastökningar och -minskningar, pannvattenkemi och kondensatkvalitet. Kortvarig förorening under uppstart eller en laststörning kan lämna beläggningar även om senare prover återgår till normala värden.

Kiseldioxid beter sig annorlunda än medryckta droppar

Kiseldioxid kan komma in i ångan både genom mekanisk medryckning och transport i ångfas. Fördelningen mellan pannvatten och ånga förändras med tryck och vattenkemi. Effektiv droppavskiljning garanterar därför inte i sig att kisel­dioxidhalten i ångan är tillräckligt låg.

När ångan expanderar genom turbinen minskar dess förmåga att hålla kvar kiseldioxid, vilket gör att kiseldioxid kan avsättas på ytor längre nedströms. Vilka steg som påverkas beror på inloppsförhållandena och expansionsförloppet; det är inte tillförlitligt att hänföra alla kiseldioxidbeläggningar till ett och samma turbinsteg. Kiseldioxidrika beläggningar är ofta hårda och svåra att avlägsna enbart med vatten.

Ett lågt natriumvärde i ångan visar alltså inte att kiseldioxidkontrollen är tillfredsställande. Kiseldioxid i ångan måste mätas separat, med stöd av uppgifter om kiseldioxid i pannvattnet och behandling av matarvatten. Om en avsaltning används kan förbrukat jonbytarmaterial, genombrott eller regenereringsproblem öka kiseldioxidbelastningen som förs in i kretsloppet.

Fosfathaltiga beläggningar kräver en annan tolkning. I en panna med fosfatbehandling är fosfat i en turbinbeläggning ett starkt belägg för att pannvatten har transporterats in i ångan. Att öka den kemiska doseringen utan att undersöka medryckning kan öka mängden material som kan avsättas.

Beläggningens sammansättning avgränsar undersökningen

Färg och textur hjälper till att dokumentera en beläggning, men kan inte identifiera den på ett tillförlitligt sätt. Ett mörkt lager kan innehålla järnoxider blandade med salter; en ljus beläggning kan innehålla kiseldioxid eller flera vattenbehandlingskemikalier. Fotografera ytorna och ta prover innan de tvättas, blästras eller behandlas med kemikalier.

Håll prover från olika steg och komponenter åtskilda. Anteckna steg, skovelsida, radiellt läge, beläggningens tjocklek och om materialet är löst eller fastsittande. Om allt samlas i ett enda prov går platsinformationen förlorad, vilket försvårar åtskillnaden mellan uppströmsförorening och avsättning under expansionen.

Grundämnesanalys identifierar beståndsdelarna; analys av mineralfaser hjälper till att fastställa vilka föreningar som förekommer. Test av vattenlöslighet ger också vägledning vid val av rengöringsmetod. Blandade beläggningar kräver ofta mer än en analysmetod, särskilt när lösliga salter binder samman hårdare kiseldioxid- eller oxidpartiklar.

Spåra föroreningar genom vatten- och ångkretsen

Ett läckage i kondensorn kan föra in föroreningar från kylvattnet i kondensatet. Förorenat processkondensat som återförs till kretsloppet utgör en annan möjlig källa där värme exporteras. De beläggningar som bildas i turbinen beror på föroreningarna, deras koncentration i pannan och hur de överförs till ångan.

Jämför prover från matarvatten, kondensat, pannvatten och ånga vid turbininloppet. En försämring som först visar sig i kondensatet pekar mot en annan källa än en försämring som enbart förekommer i pannvattnet. Kemiregistreringen bör även omfatta ändringar i behandlingen, onormalt stort behov av påfyllningsvatten, uppstartsperioder och eventuell isolering av kondensatreturflöden.

Vid järnrika beläggningar bör transport av korrosionsprodukter och den senaste driftshistoriken undersökas. Exponering under stillestånd, olämplig konservering och störningar vid uppstart kan frigöra oxider som har ansamlats. Större oxidpartiklar kan också orsaka erosion, så en yta med både beläggningar och slagskador kan ha påverkats av mer än en mekanism.

Verifiera provtagningssystemet innan ett till synes rent ångresultat godtas. Provtagningsplats, provtagningsarrangemang, ledningarnas skick, kylning och analysatorns svar påverkar om en kortvarig föroreningshändelse upptäcks. Ett fördröjt laboratorieprov som tas efter att stabil drift återupptagits kan inte återskapa en tidigare medryckningsavvikelse.

Skilj beläggningssymtom från andra prestandaförluster

Beläggningar förändrar skovelprofiler, ökar ytjämnheten och begränsar munstyckspassager. Beroende på placering och omfattning kan följden bli lägre verkningsgrad, förändrade stegtryck eller minskad kapacitet att släppa igenom ånga. Jämför stegtryck och ångflöde vid motsvarande inloppsförhållanden, avgastryck och last; ett enstaka tryckvärde räcker inte.

För en ångturbin som driver enGenerator, med märkeffekter från 1.5 MW till 400 MW, bör den elektriska uteffekten bedömas tillsammans med ångflödet och de termodynamiska förhållandena. Enbart effektförlust kan inte skilja skovelbeläggningar från lägre inloppstemperatur, högre kondensortryck eller elektriska begränsningar.

Vibrationer bör bedömas med samma noggrannhet. Ojämna avlagringar kan störa rotorns balans, men även ändrad uppriktning, lagerproblem, anliggning och skovelskador orsakar vibrationer. Jämför vibrationstrender med kemihändelser och prestandaförändringar och bekräfta sedan det mekaniska skicket vid inspektion. Löst material kan lossna, så en plötslig vibrationsförändring bevisar inte att beläggningen har försvunnit.

Anpassa avlägsnande och förebyggande åtgärder till den bekräftade mekanismen

Välj rengöringsmetod utifrån beläggningsanalysen och turbin­tillverkarens anvisningar. Vattentvättning passar för vissa lösliga salter, medan kiseldioxidrika eller hårt fastsittande oxidbeläggningar kan kräva en annan godkänd metod. Okontrollerad abrasiv rengöring kan förändra skovelgeometrin eller ytfinishen; olämpliga kemikalier kan angripa material eller bli kvar i springor.

Bedöm gropfrätning, sprickor och erosion under beläggningen före rengöring. En skovel som verkar belagd kan också ha korrosionsskador som kräver reparation eller byte. Onlinetvättning får endast utföras om turbinens konstruktion och driftanvisningar uttryckligen tillåter det, med fastställda gränser för vattentillförsel och dränering.

Korrigerande arbete bör följa beläggen: reparera avskiljningsutrustningen vid mekanisk medryckning, stabilisera trumnivån under transienter, återställ kiseldioxidavskiljningen när behandlingsgenombrott har bekräftats eller isolera föroreningskällan i kondensatet. Följ representativ ångkemi efter omstart under såväl uppstart och laständringar som stabil drift. Inspektera de tidigare berörda stegen igen vid nästa lämpliga driftstopp för att fastställa om avsättningen har avtagit eller återkommit.