อะไรเป็นสาเหตุให้เกิดคราบสะสมบนใบพัดของกังหัน WTE?

คราบสะสมบนใบพัดกังหันในโรงไฟฟ้าพลังงานจากขยะ (WTE) มักเกิดจากสิ่งเจือปนในไอน้ำ ได้แก่ หยดน้ำจากหม้อไอน้ำที่ปะปนเข้าสู่ระบบจ่ายไอน้ำ ซิลิกาที่ถูกพาไปในสถานะไอ หรือผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนที่หลุดออกจากวงจรน้ำและไอน้ำ วิธีแก้ไขขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่พบและเส้นทางที่สารนั้นเข้าสู่ใบพัด การทำความสะอาดช่วยให้ทางเดินการไหลกลับคืนสู่สภาพเดิม แต่หากคราบสะสมเกิดซ้ำ แสดงว่าแหล่งปนเปื้อนหรือกลไกการพายังคงทำงานอยู่

ในโรงไฟฟ้าพลังงานจากขยะ เถ้าจากการเผาไหม้และก๊าซไอเสียจะอยู่นอกเส้นทางไอน้ำปกติของกังหัน องค์ประกอบของขยะมีผลต่อการทำงานของหม้อไอน้ำและพื้นผิวถ่ายเทความร้อน แต่การพบเถ้าบนด้านรับไฟไม่ได้ยืนยันสาเหตุของการเกิดคราบในกังหัน การวินิจฉัยต้องอาศัยหลักฐานที่เชื่อมโยงคราบบนใบพัดกับเคมีของไอน้ำ การปรับสภาพน้ำ สภาพอุปกรณ์ หรือเหตุการณ์ระหว่างการเดินเครื่อง

น้ำจากหม้อไอน้ำที่ปะปนมากับไอน้ำนำพาเกลือที่ละลายอยู่

การปะปนเชิงกลเกิดขึ้นเมื่อหยดน้ำหลุดผ่านระบบแยกไอน้ำของหม้อไอน้ำ หยดน้ำเหล่านี้มีสารที่ละลายและแขวนลอยอยู่ในน้ำหม้อไอน้ำ เมื่อเข้าสู่ไอน้ำร้อนยวดยิ่งและระเหยไป ก็จะทิ้งสิ่งปนเปื้อนที่อาจสะสมบนวาล์ว หัวฉีด และใบพัด

ระดับน้ำในดรัมที่สูง การเกิดฟอง ส่วนประกอบของอุปกรณ์แยกที่ชำรุด และการเดินเครื่องนอกช่วงโหลดที่อุปกรณ์แยกออกแบบไว้ ล้วนเพิ่มโอกาสเกิดการปะปนของน้ำ ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการเปลี่ยนโหลดอย่างรวดเร็ว ในช่วงลดความดัน การพองตัวของระดับน้ำในดรัมอาจทำให้ระดับน้ำที่แสดงสูงขึ้นและรบกวนการแยก แม้ว่าค่าที่อ่านได้ในสภาวะคงตัวก่อนหน้านั้นจะดูเหมาะสมก็ตาม

ปริมาณของแข็งที่ละลายในน้ำหม้อไอน้ำสูงจะส่งเสริมให้เกิดการปะปนของน้ำภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย การปนเปื้อนจากสารอินทรีย์ รวมถึงน้ำมันที่เข้าสู่ระบบคอนเดนเสท อาจกระตุ้นให้เกิดฟอง การเพิ่มอัตราการระบายน้ำทิ้งจากหม้อไอน้ำอาจช่วยลดความเข้มข้นของของแข็งที่ละลายอยู่ แต่ไม่สามารถซ่อมอุปกรณ์แยกที่ชำรุดหรือกำจัดแหล่งที่มาของน้ำมันที่รั่วไหลเข้าสู่ระบบได้

โซเดียมในตัวอย่างไอน้ำที่เป็นตัวแทนของระบบเป็นตัวบ่งชี้การปนเปื้อนที่มีประโยชน์ เนื่องจากสิ่งเจือปนในน้ำหม้อไอน้ำหลายชนิดมีโซเดียม อย่างไรก็ตาม ค่าที่เพิ่มสูงขึ้นของโซเดียมเพียงอย่างเดียวไม่ได้ระบุจุดที่สิ่งปนเปื้อนเข้าสู่ระบบ ควรเปรียบเทียบช่วงเวลาที่เกิดเหตุการณ์กับระดับน้ำในดรัม การเพิ่มหรือลดโหลด เคมีของน้ำหม้อไอน้ำ และคุณภาพคอนเดนเสท การปนเปื้อนในช่วงสั้น ๆ ระหว่างการเริ่มเดินเครื่องหรือเมื่อโหลดผันผวน อาจทิ้งคราบไว้ได้ แม้ว่าตัวอย่างในภายหลังจะกลับมามีค่าปกติก็ตาม

ซิลิกามีพฤติกรรมแตกต่างจากการปะปนของหยดน้ำ

ซิลิกาเข้าสู่ไอน้ำได้ทั้งจากการปะปนเชิงกลและการพาไปในสถานะไอ การกระจายตัวระหว่างน้ำหม้อไอน้ำกับไอน้ำเปลี่ยนแปลงไปตามความดันและเคมีของน้ำ ดังนั้น การแยกหยดน้ำอย่างมีประสิทธิภาพเพียงอย่างเดียวจึงไม่รับประกันว่าปริมาณซิลิกาในไอน้ำจะต่ำเพียงพอ

เมื่อไอน้ำขยายตัวผ่านกังหัน ความสามารถในการกักเก็บซิลิกาจะลดลง ทำให้ซิลิกาตกสะสมบนพื้นผิวด้านปลายทาง ขั้นตอนที่ได้รับผลกระทบขึ้นอยู่กับสภาวะทางเข้ากังหันและเส้นทางการขยายตัว การระบุว่าคราบซิลิกาทุกกรณีจะเกิดในขั้นกังหันขั้นใดขั้นหนึ่งโดยเฉพาะนั้นไม่น่าเชื่อถือ คราบที่มีซิลิกาสูงมักแข็งและขจัดออกได้ยากด้วยน้ำเพียงอย่างเดียว

ดังนั้น ค่าโซเดียมในไอน้ำที่ต่ำจึงไม่ได้ยืนยันว่าการควบคุมซิลิกาอยู่ในระดับเหมาะสม ต้องตรวจวัดซิลิกาในไอน้ำแยกต่างหาก พร้อมพิจารณาข้อมูลซิลิกาในน้ำหม้อไอน้ำและบันทึกการปรับสภาพน้ำเติม หากใช้หน่วยกำจัดแร่ธาตุ สารกรองที่หมดสภาพ การรั่วผ่านของสารปนเปื้อน หรือปัญหาในการฟื้นฟูสภาพสารกรอง อาจทำให้ซิลิกาที่เข้าสู่วงจรเพิ่มขึ้น

คราบที่มีฟอสเฟตต้องตีความแตกต่างออกไป ในหม้อไอน้ำที่ใช้การปรับสภาพด้วยฟอสเฟต การพบฟอสเฟตในคราบของกังหันเป็นหลักฐานสนับสนุนอย่างมากว่าน้ำหม้อไอน้ำถูกพาเข้าสู่ไอน้ำ การเพิ่มปริมาณการจ่ายสารเคมีโดยไม่ตรวจสอบการปะปนของน้ำ อาจเพิ่มปริมาณสารที่พร้อมจะตกสะสม

องค์ประกอบของคราบช่วยจำกัดขอบเขตการตรวจสอบ

สีและเนื้อสัมผัสช่วยบันทึกลักษณะของคราบได้ แต่ไม่สามารถใช้ระบุชนิดของคราบได้อย่างน่าเชื่อถือ คราบสีเข้มอาจมีออกไซด์ของเหล็กผสมกับเกลือ ส่วนคราบสีอ่อนอาจมีซิลิกาหรือสารประกอบหลายชนิดจากการปรับสภาพน้ำ ควรถ่ายภาพพื้นผิวและเก็บตัวอย่างก่อนล้าง พ่นวัสดุขัด หรือใช้สารเคมี

แยกเก็บตัวอย่างจากแต่ละขั้นและส่วนประกอบออกจากกัน บันทึกขั้นของกังหัน ด้านของใบพัด ตำแหน่งตามแนวรัศมี ความหนาของคราบ และระบุว่าวัสดุหลุดร่อนหรือยึดเกาะแน่น การรวมตัวอย่างทั้งหมดเข้าด้วยกันทำให้สูญเสียข้อมูลตำแหน่ง ซึ่งช่วยแยกแยะการปนเปื้อนจากต้นทางกับการตกสะสมระหว่างการขยายตัวได้

การวิเคราะห์ธาตุช่วยระบุองค์ประกอบ ส่วนการวิเคราะห์เฟสแร่ช่วยระบุสารประกอบที่มีอยู่ การทดสอบการละลายน้ำยังช่วยเลือกวิธีทำความสะอาดด้วย คราบผสมมักต้องใช้วิธีวิเคราะห์มากกว่าหนึ่งวิธี โดยเฉพาะเมื่อเกลือที่ละลายน้ำได้ยึดอนุภาคซิลิกาหรือออกไซด์ที่แข็งกว่าไว้ด้วยกัน

ติดตามสิ่งปนเปื้อนผ่านวงจรน้ำและไอน้ำ

การรั่วของคอนเดนเซอร์อาจทำให้สิ่งเจือปนจากน้ำหล่อเย็นเข้าสู่คอนเดนเสท คอนเดนเสทจากกระบวนการที่ปนเปื้อนและถูกส่งกลับเข้าสู่วงจรเป็นอีกช่องทางหนึ่งในกรณีที่มีการถ่ายเทความร้อนออกจากระบบ คราบที่เกิดขึ้นในกังหันจะขึ้นอยู่กับชนิดของสิ่งปนเปื้อน ความเข้มข้นในหม้อไอน้ำ และการถ่ายเทเข้าสู่ไอน้ำ

เปรียบเทียบตัวอย่างจากน้ำเติม คอนเดนเสท น้ำป้อนหม้อไอน้ำ น้ำหม้อไอน้ำ และไอน้ำที่ทางเข้ากังหัน หากคุณภาพเริ่มเสื่อมลงที่คอนเดนเสทก่อน ย่อมชี้ไปยังแหล่งที่มาต่างจากกรณีที่พบปัญหาเฉพาะในน้ำหม้อไอน้ำ บันทึกข้อมูลเคมียังควรรวมถึงการเปลี่ยนแปลงการปรับสภาพน้ำ ความต้องการน้ำเติมที่ผิดปกติ ช่วงเริ่มเดินเครื่อง และการแยกระบบส่งคืนคอนเดนเสท

สำหรับคราบที่มีเหล็กสูง ให้ตรวจสอบการพาของผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนและประวัติการเดินเครื่องที่ผ่านมา การสัมผัสอากาศระหว่างหยุดเครื่อง การเก็บรักษาที่ไม่เหมาะสม และการรบกวนในช่วงเริ่มเดินเครื่อง อาจทำให้ออกไซด์ที่สะสมไว้หลุดออกมาได้ อนุภาคออกไซด์ขนาดใหญ่ยังทำให้เกิดการกัดเซาะได้ ดังนั้นพื้นผิวที่มีทั้งคราบและร่องรอยความเสียหายจากแรงกระแทกอาจเกิดจากกลไกมากกว่าหนึ่งอย่าง

ตรวจสอบระบบเก็บตัวอย่างก่อนเชื่อถือผลไอน้ำที่ดูเหมือนสะอาด ตำแหน่งเก็บตัวอย่าง วิธีดึงตัวอย่าง สภาพท่อ การทำให้เย็น และการตอบสนองของเครื่องวิเคราะห์ ล้วนมีผลต่อการตรวจจับเหตุการณ์ปนเปื้อนในช่วงสั้น ๆ ตัวอย่างจากห้องปฏิบัติการที่เก็บล่าช้าหลังจากระบบกลับมาทำงานอย่างคงที่แล้ว ไม่สามารถใช้ระบุเหตุการณ์การปะปนของน้ำที่เกิดขึ้นก่อนหน้าได้

แยกอาการจากคราบออกจากการสูญเสียสมรรถนะรูปแบบอื่น

คราบทำให้รูปทรงใบพัดเปลี่ยนไป เพิ่มความขรุขระของพื้นผิว และจำกัดทางไหลของหัวฉีด ผลที่เกิดขึ้นอาจเป็นประสิทธิภาพลดลง ความดันในแต่ละขั้นเปลี่ยนแปลง หรือความสามารถในการรับไอน้ำลดลง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งและความรุนแรงของคราบ ควรเปรียบเทียบความดันในแต่ละขั้นและอัตราการไหลของไอน้ำภายใต้สภาวะทางเข้ากังหัน ความดันไอเสีย และโหลดที่เทียบเคียงกัน การอ่านค่าความดันเพียงค่าเดียวไม่เพียงพอ

สำหรับกังหันไอน้ำที่ขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งมีพิกัดกำลังตั้งแต่ 1.5 MW ถึง 400 MW ควรประเมินกำลังไฟฟ้าที่จ่ายได้ควบคู่กับอัตราการไหลของไอน้ำและสภาวะทางอุณหพลศาสตร์ การสูญเสียกำลังไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวไม่สามารถแยกแยะคราบบนใบพัดออกจากอุณหภูมิไอน้ำขาเข้าที่ลดลง ความดันคอนเดนเซอร์ที่สูงขึ้น หรือข้อจำกัดทางไฟฟ้าได้

การตรวจสอบการสั่นสะเทือนก็ต้องใช้ความรอบคอบเช่นเดียวกัน คราบที่สะสมไม่สม่ำเสมออาจรบกวนสมดุลของโรเตอร์ แต่การเปลี่ยนแปลงแนวศูนย์ ปัญหาแบริ่ง การเสียดสี และความเสียหายของใบพัดก็ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนได้เช่นกัน ให้เปรียบเทียบแนวโน้มการสั่นสะเทือนกับเหตุการณ์ทางเคมีและการเปลี่ยนแปลงของสมรรถนะ จากนั้นยืนยันสภาพทางกลระหว่างการตรวจสอบ วัสดุที่หลวมอาจหลุดออกได้ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงการสั่นสะเทือนอย่างกะทันหันจึงไม่ใช่หลักฐานว่าคราบถูกกำจัดหมดแล้ว

เลือกวิธีขจัดคราบและป้องกันให้ตรงกับกลไกที่ยืนยันแล้ว

เลือกวิธีทำความสะอาดตามผลวิเคราะห์คราบและขั้นตอนของผู้ผลิตกังหัน การล้างด้วยน้ำเหมาะกับเกลือที่ละลายน้ำได้บางชนิด ส่วนคราบที่มีซิลิกาสูงหรือออกไซด์ที่ยึดเกาะแน่นอาจต้องใช้วิธีอื่นที่ได้รับอนุมัติ การพ่นวัสดุขัดโดยไม่มีการควบคุมอาจเปลี่ยนรูปทรงหรือผิวสำเร็จของใบพัด ส่วนสารเคมีที่ไม่เหมาะสมอาจกัดกร่อนวัสดุหรือค้างอยู่ในซอกแคบ

ก่อนทำความสะอาด ให้ประเมินหลุมกัดกร่อน รอยร้าว และการกัดเซาะที่อยู่ใต้คราบ ใบพัดที่ดูเหมือนมีคราบอาจมีความเสียหายจากการกัดกร่อนซึ่งต้องซ่อมหรือเปลี่ยนด้วย ควรล้างขณะเดินเครื่องเฉพาะเมื่อการออกแบบกังหันและขั้นตอนการเดินเครื่องอนุญาตไว้อย่างชัดเจน พร้อมกำหนดข้อจำกัดเกี่ยวกับการป้อนน้ำและการระบายน้ำ

งานแก้ไขควรดำเนินตามหลักฐาน ได้แก่ ซ่อมอุปกรณ์แยกเพื่อแก้การปะปนเชิงกล ควบคุมพฤติกรรมระดับน้ำในดรัมให้คงที่ระหว่างสภาวะเปลี่ยนผ่าน ฟื้นฟูการกำจัดซิลิกาเมื่อยืนยันแล้วว่าการบำบัดน้ำเกิดการรั่วผ่าน หรือแยกแหล่งปนเปื้อนในคอนเดนเสทออกจากระบบ หลังเริ่มเดินเครื่องใหม่ ให้ติดตามแนวโน้มเคมีของไอน้ำจากตัวอย่างที่เป็นตัวแทนทั้งในช่วงเริ่มเดินเครื่องและช่วงเปลี่ยนโหลด รวมถึงช่วงเดินเครื่องคงที่ ตรวจสอบขั้นที่ได้รับผลกระทบก่อนหน้านี้อีกครั้งในการหยุดเครื่องตามแผนครั้งถัดไปที่เหมาะสม เพื่อดูว่าการสะสมของคราบลดลงหรือกลับมาอีก