燃氣透平靜電除鹽霧裝置的研發及應用

吳長虎（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452）

燃氣透平靜電除鹽霧裝置的研發及應用

吳長虎
（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452）

了解海上燃氣透平機組進氣環境，以及進氣鹽霧對機組內部各種精密零部件的腐蝕情況，分析鹽霧的存在形式。了解靜電原理在除塵、脫硫、脫硝上的應用情況，大膽的嘗試并驗證了靜電原理除鹽霧的可靠性，解決了鹽霧對機組零部件的腐蝕，提高機組的使用壽命，穩定平臺的正常生產。該裝置的成功研制，對海上惡力環境下進氣除鹽起到較好的推廣作用，填補了國內采用靜電除鹽的空白。

燃氣透平 集電極管 電暈線 蜂窩管束

燃氣透平發電機組是海上采油平臺非常關鍵和重要的設施，要保證平臺的正常生產，透平的穩定運行則是重中之重。近幾年來透平機組不斷地發生故障，其中由于渦輪葉片等精密零部件的腐蝕斷裂而引起透平出現故障的頻率最高。而這些精密零部件的進貨周期長，價格昂貴，并且維修成本每年高達上千萬元，給海上平臺生產帶來了直接的影響。因此如何有效去除透平進氣中的鹽霧，實現渦輪葉片不受高溫鹽霧腐蝕，成為當前生產中的一個迫切課題。為此我們研制靜電除鹽霧裝置，解決海上燃氣透平進氣質量問題。

1　大氣鹽霧的形成

海洋中海水激烈擾動，風浪破碎，海浪拍岸等情況產生大量泡沫、氣泡，這些氣泡破裂后會變成微小的水滴。部分處于同渦動擴散分布于海面上，它們隨氣流升入空中，經裂解、蒸發、混并等過程彌散成大氣鹽霧，這些鹽霧可上升至2000多米的高空。

2　大氣鹽霧的危害

大氣鹽霧中含有大量的氯離子，這些氯離子含有一定的水合能，易被吸附在金屬表面的空隙、裂縫等處。而氯離子可以穿透金屬表面的氧化層和防護層，與內部金屬發生電化學反應，排擠并取代氯化層中的氧，把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物，使鈍化態表面變成活潑態表面，造成對金屬零部件的嚴重腐蝕。

3　海上燃氣透平等設備進氣除鹽的常規方法

目前海上燃氣透平等設備除鹽都是采用物理的過濾法，物理過濾法是采用濾紙和濾布制作的過濾器對空氣進行過濾，而鹽霧在空氣中是以氣溶膠狀存在的，因此要求過濾紙的精度很高。而使用高精度的過濾紙去除鹽霧時，會因空氣的流量不足而影響燃氣透平的供氣，于是就導致了在很短的時間內產生高壓報警。

因此這種物理除鹽法在滿足氣量的前提下是根本無法完全去除鹽霧的。這導致了海上使用的燃氣輪機經常出現葉片腐蝕斷裂的現象。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

圖8

4　靜電除鹽原理

為了使燃氣透平既能除鹽除塵又能保證氣量要求，我們對此展開了研究，大膽提出設想：采用靜電除鹽的方法進行海上除鹽和除塵。

靜電除鹽的原理：在集電極和電暈線之間產生一個非均勻電場，電暈線周圍電場最大，改變直流高壓電源的電壓值，就可以改變電暈線周圍的電場強度。當實際電場強度與空氣的擊穿電場相近時氣體發生電離，形成大量的正離子和自由電子。自由電子隨電場向正極漂移，在漂移的過程中和鹽霧中性分子或顆粒發生碰撞，這些鹽霧和顆粒吸附電子以后就成了荷電粒子，這樣就使原來中性的鹽霧和塵埃帶上了負電。在電場的作用下，這些帶負電的鹽霧和塵埃顆粒繼續向正極運動，并最后附著在集電極上。（圖1）集電極管和電暈線；（圖2）電暈線形成電場；（圖3）集電極上吸附鹽霧顆粒。

5　靜電除鹽霧試驗

通過靜電原理的了解，我們立即展開試驗，盡快完成靜電除鹽的試驗裝置制作。通過大力推進管理創新和技術創新，挖潛增效、提升實力、增添動力、迸發活力，大家頂住壓力迎接挑戰，加班加點，經過多次試驗，終于完成了制作靜電除鹽的試驗裝置（見圖4、圖5）。該試驗裝置試驗效果良好，其除鹽效率可達到95%以上。

6　靜電除鹽霧制造

為更進一步成功實現靜電除鹽的愿望，我們決定做一臺與現有透平進氣口能連接在一起的靜電除鹽裝置送到海上進行實際的效果驗證，這樣靜電除鹽裝置方能大量的在海上推廣。受海上各個因素的影響，靜電除鹽裝置的設計進行了多個版本的更改。該設備重量必須要滿足平臺的承重；體積必須滿足現有的安裝位置。為保證除鹽效果，集電極管采用正六邊形的管子組裝成蜂窩管束，中心的電暈線上均布布置五角星片來增大電場。圖6為海上燃氣輪機所設計的靜電除鹽霧裝置。

7　靜電除鹽霧在海上的安裝及應用

通過在海上安裝試用，并通過第三方對鹽霧的含量進行檢測，該裝置除鹽霧效果比較明顯，除鹽霧效率能達到94%。（見圖7、圖8）

通過陸地試驗和海上的實際驗證，研發的靜電除鹽霧裝置可提高透平進氣質量，降低燃氣透平渦輪葉片等精密零部件高溫鹽霧腐蝕，提高渦輪葉片等精密零部件的使用壽命，穩定海上采油平臺的正常生產具有非常實際的意義。

吳長虎（1976—），男，天津濱海新區人，本科，工程師，主要從事新產品、新工藝等開發工作。