燃機電廠TCA管道內壁腐蝕原因分析及防治措施

李惠

（廣東惠州天然氣發電有限公司，廣東惠州 516082）

燃機電廠TCA管道內壁腐蝕原因分析及防治措施

李惠

（廣東惠州天然氣發電有限公司，廣東惠州 516082）

簡單介紹了電廠燃機風煙系統原理及TCA冷卻空氣系統管道（簡稱TCA管道）走向，發現TCA管道內壁腐蝕問題，分析了問題產生原因，并給出了改進建議。

燃氣輪機；TCA管道；腐蝕

0 引言

某電廠燃氣輪機由進氣缸、壓氣機缸、燃兼壓缸（通常稱為前三缸）、透平缸、排氣缸組成。其中壓氣機共有17級，透平部分4級。其風煙系統為：空氣通過2級過濾系統、進氣室、進口導葉（IGV）后進到壓氣機；在壓氣機內，空氣被強有力地壓縮后通過出口導葉（OGV）排至燃兼壓缸；在燃兼壓缸，很大一部分壓縮空氣從管道抽出，在通過冷卻器及分離器后，最終變成透平轉子冷卻空氣（TCA）。TCA回到燃機后流進透平轉子空腔，并逐級流向透平＃1～＃4級每片動葉，自葉根流入，從動葉片的每個獨特冷卻孔流出，流出的冷卻空氣在葉片整個外表形成低溫保護氣流，用以隔絕燃室排出的高溫煙氣，從而使動葉片一直在可允許溫度范圍內運行。因此，TCA的溫度、流量、清潔度等參數，對電廠燃機的安全運行至關重要［1］。

1 TCA管道內壁生銹情況簡介

在某次燃機定期檢修期間，對TCA系統管道內壁進行檢查，發現內壁大量銹蝕情況，具體檢查情況如下。

（1）TCA冷卻器進出口聯箱檢查情況良好，內壁除正常氧化層外，未發現明顯鐵銹、起皮等現象。

（2）TCA分離器入口管道清潔度較好，只是覆蓋有輕微淺紅色氧化層，且未有明顯起皮、結渣等現象。

（3）TCA分離器主體前管道檢查情況良好，未發現破損及臟污堆積現象。

（4）機組TCA分離器后管道明顯結有一層灰黑色、約0.20mm厚度的銹垢，銹垢面積約占管道內壁的50%、且均勻覆蓋在分離器后整個管道，如圖1所示。

圖1 TCA分離器母管內部檢查情況

（5）TCA旁路閥管道檢查，發現疏水口位置內壁覆有大量暗紅色、松散狀銹皮，如圖2所示。

圖2 TCA旁路閥疏水口位置銹蝕

經過對TCA系統管道檢查，大致情況可以分為：（1）TCA分離器本體運行正常，未出現任何破損及腐蝕、生銹等失效現象；（2）TCA分離器前后管道內壁清潔度相差較大，分離前管道除旁路閥疏水口部位，其余部位均比較正常，符合燃機安全運行要求，分離器后管道銹蝕嚴重，存在較大隱患；（3）TCA分離器至燃機本體管道銹蝕情況呈逐漸減輕趨勢。

2 TCA分離器后管道內壁生銹原因分析

2.1 管材材質

TCA自燃兼壓缸出口至冷卻器管道材質為P22，冷卻器后管道為20 G。20 G管材化學成分為（質量分數）：C，0.17%～0.24%；Mn，0.35%～0.65%；Si，0.17%～0.37%。P22管材化學成分為：C≤15%；Mn，0.3%～0.6%；P≤0.03%；S≤0.03%；Si≤0.5%；Cr，1.9%～2.6%；Mo，0.87%～1.13%。由上述化學成分可知，2種管材如置于潮濕空氣中，都較易生銹［2］。

2.2 管道布置

根據現場管道布置情況可知：（1）TCA管道是與大氣相通的開放系統；（2）TCA分離器布置在整個系統的最底部；（3）TCA管道聯箱及沿途管道設計有手動疏水閥，但疏水頻率較低。由于兩班制運行及定期水洗，TCA管路不可避免會出現積水，因此，TCA系統如疏水不凈則會導致管道內空氣潮濕，隨之引起管路內壁氧化銹蝕，尤其以疏水口為甚。

2.3 空氣濕度

在啟動升速階段，當機組為日啟機工況（DSS）時，轉子冷卻空氣（RCA）溫度介于65～100℃之間，處于對應飽和空氣露點邊緣，積水較少。但是，當機組為每周啟停工況（WSS）時，RCA溫度介于35～70℃之間，已經位于對應飽和空氣露點溫度以下，很容易出現積水現象。在燃機轉速為2200r/min左右收集到了大量疏水，因此，TCA管道疏水不暢是該管道生銹的根本原因［3］。

由于TCA分離器筒體布置在整個管路系統中的最低點，因此，當分離器筒體中存有積水，則TCA冷卻空氣流過分離器時，會將積水附帶在流過的冷卻空氣中，引起分離器后管道在啟、停機過程中以及在長時間停機后，都處于潮濕的空氣當中，進而引起TCA分離器后管道，轉子輪盤內出現氧化生銹現象［4］。

3 防治措施與建議

3.1 保證燃機進氣清潔

定期檢查進氣粗、精濾芯及進氣室，避免進氣濾芯破損或進氣室局部漏氣等影響壓氣機進氣品質。

3.2 加強TCA管道疏水

在機組升速階段及停機后增加現有人工疏水頻率。改造疏水管路形式，尤其是分離器筒體疏水系統，將現有手動疏水改為電動或氣動疏水。在升轉速階段及停機后可設計疏水閥開關邏輯，建議機組達到額定轉速后該閥門保持常閉狀態［5］。

3.3 升級TCA管道材質

將分離器后TCA所有管道由現有材質替換為304或316不銹鋼，但由于2種材質膨脹系數略微不同，為安全起見，現場管道的走向及支座設計等是否需要變更應得到具有相關資質的單位確認。由于燃機間內管道縱橫交錯，大規模更換管道工作量較大，該更換工作需有充足檢修時間保證，可在燃機T檢、M檢檢修中考慮實施。

3.4 保證管道內部干燥及保養

充氮氣可以將TCA內部管道與大氣隔離，避免氧化。但由于TCA系統與大氣相通，氮氣使用量會非常大，成本非常高。

充壓縮空氣是為了使管道內部空氣一直流動，保證管道干燥，避免積水。氣源可以選擇廠內儀用壓縮空氣或者單獨設計一套鼓風裝置，但同樣由于系統無法做到保壓，因此需一直供壓縮空氣，同時，還必須考慮到：（1）充入的儀用壓縮空氣或氮氣必須保證干燥、潔凈；（2）充入的氣體會進入轉子輪盤空腔，并且最終會從透平動葉冷卻孔中流出。因此，為避免充入的氣體與熱通道部件溫差過大，溫度、壓力、流量及何時充入應得到原廠家制造商認可；（3）建議選擇積水最嚴重、位置最低的分離器筒體疏水管作為干燥氣體充入口。

當機組停運48 h以后，TCA管道內部空氣溫度降為35℃左右，已接近甚至低于管道內飽和空氣露點，管道底部逐漸出現積水。在TCA管道內充壓縮空氣可以有效降低管道內大氣濕度，保證管道干燥。

當足夠流量的干燥、潔凈壓縮空氣充入后，管道內空氣相對濕度明顯下降，大大降低了管道內壁在35℃左右的鐵銹生成率。

TCA管道充潔凈空氣方案所需主要設備包括：外置空壓機；管路系統（建議采用304不銹鋼）；閥門（3個氣動控制閥，2個手動閥，1個逆止閥）。

建議在潔凈、干燥的壓縮空氣從空壓機出口后的管路上加裝1個手動隔離閥，1個氣動關斷閥及1個氣動控制閥，再加1個逆止閥和1個手動隔離閥，最后接入TCA分離器回收管道三通接口。其中，在氣動關斷閥及控制閥之間設計疏水管路，疏水閥為氣動控制閥。

4 結束語

TCA管道系統猶如電廠燃機透平的“大動脈”，內壁的潔凈至關重要。由于原廠家在管道選材及疏水運行方式上出現設計缺陷，致使該系統分離器后管道出現了明顯銹蝕、起皮現象，對轉子輪盤及動葉片安全運行產生了重大隱患，因此，建議從增加疏水、改善材質、充壓縮空氣防潮等3方面對其進行優化，以徹底消除隱患，確保機組安全穩定運行。

［1］清華大學熱能工程系動力機械與工程研究所.燃氣輪機與燃氣－蒸汽聯合循環裝置［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］殷麗秋，吳明，修連強，等.油氣管道的腐蝕行為與防護技術［J］.當代化工，2013（6）：832－835.

［3］包月霞.金屬腐蝕的分類和防護方法［J］.廣東化工，2010，37（7）：199，216.

［4］黃力森，陳紅英.M701F型燃氣輪機冷卻空氣系統［J］.熱力發電，2006，35（10）：54－56，59.

［5］龔文強，王慶韌.燃氣輪機熱端部件壽命的等效運行時間分析［J］.中國電力，2010（8）：28－30.

（本文責編：齊琳）

TE 98

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1674－1951（2016）10－0049－02

李惠（1988—），女，廣東茂名人，工程師，從事電站設備檢修管理方面的工作（E-mail：0752lh＠163.com）。

2016－07－05；

2016－08－30