汽輪機轉子結垢問題的檢修與處理

吳 鵬，李錦華

（陜西延長中煤榆林能源化工股份有限公司，陜西榆林 718500）

0 引言

在工業生產中，汽輪機是提升生產效率和運行穩定性的重要設備。在日常生產運行中，汽輪機轉子結垢問題已經成為影響汽輪機正常工作的重要問題，特別是在高負荷運行工況下，轉子結垢問題尤為常見。汽輪機結垢不僅影響汽輪機的做功效率，同時影響汽輪機轉子的使用壽命，嚴重時可能危及生產安全和人身安全。

1 汽輪機轉子結垢的危害

汽輪機產生轉子結垢將導致蒸汽通流面積減小，如果保持主蒸汽參數不變，蒸汽的流量將明顯減小，汽輪機做功也會明顯降低。動、靜葉結垢后將導致表面粗糙，明顯增加摩擦損失，而且機組處理偏離設計工況運行的方式很容易導致汽輪機的運行效率下降。從運行實踐來看，汽輪機的結垢厚度每增加0.11 mm，運行效率將下降3%～4%。汽輪機級段產生結垢會降低理想焓降，并增加反動度，轉子軸向的推力明顯增加，導致推力軸承超載，容易造成嚴重事故。速關閥和調速閥等部件產生結垢后，容易導致閥門出現卡澀現象。如果在事故時沒有及時切斷進汽，機組可能發生超速飛車。侵蝕性較強的結垢還會對葉片的耐高溫性能造成明顯影響。

2 結垢產生的原因

EHNK50/63/25/56 型汽輪機結垢的主要原因是過熱蒸汽的品質低，蒸汽中含有水、鈉鹽，或不溶于水的化學物超標。當蒸汽在通流通道膨脹做功時，參數降低、氣流流速方向改變，其中蒸汽中攜帶的鹽分減少，導致減壓部位和流道變更部位出現分離現象，最終導致噴嘴、動葉片以及進氣閥等通流部件上產生鹽積垢。汽輪機通流位置產生積垢將導致通流面積明顯減小，從而影響汽輪機的工作效率。如果在汽輪機工作過程中未及時調節進汽調節閥開度，流量下降和機組功率下降將嚴重影響汽輪機的運行效率。

因此，要保持汽輪機的轉速，操作人員應當開大進氣閥。但是當進氣閥開到最大還不能提供適宜的轉速時，汽輪機裝置的生產效率將受到嚴重影響。在機組停車之后應該打開凝汽器入口，并進行測漏檢查。當汽輪機凝汽器發生內漏時，大量的循環水將會進入乏汽系統，導致汽輪機冷凝液出現Na+和SiO2超標的現象，使汽輪機無機鹽分嚴重超標。

2.1 凝汽器泄漏

就目前汽輪機的工作情況來看，凝汽器具有真空密閉性差的弊端。缺乏密閉性的真空環境很容易導致凝汽器內部出現水溶氧超標的現象，不僅對水溶氧的質量具有明顯影響，同時容易導致汽水系統出現腐蝕現象，其腐蝕產物將進入脫鹽水系統，進而導致鍋爐水冷壁、汽輪機蒸汽系統出現腐蝕物堆積。同時，凝汽器換熱管泄漏也是影響汽輪機轉子結垢的因素。導致此問題的主要原因是操作人員和檢修人員未能對凝汽器進行定期的查漏和堵漏處理，導致管道內部的循環水直接進入脫鹽水，造成脫鹽水含鹽量過高。

2.2 鍋爐運行問題影響蒸汽質量

從目前汽輪機機組運行情況來看，鍋爐的操作對后系統汽輪機運行質量和蒸汽質量具有直接影響。首先，操作人員在鍋爐運行中未能按照規范檢查脫鹽水品質，導致不合規的脫鹽水進入鍋爐內部，直接影響蒸汽的質量。其次，檢修人員在停爐后未能有效落實保養工作，導致在運行時產生大量腐蝕物質進入機組系統內部，使汽輪機通道出現不同程度的堵塞現象，影響汽輪機的正常運行。

3 檢修方法

3.1 確定臨界負荷

汽輪機的超負荷運行對汽輪機機組的穩定運行和蒸汽質量具有直接影響，所以在汽輪機運行中應該首先確定汽輪機的臨界負荷。操作人員可以在汽輪機大修前開展檢查，結合開停車實驗確定汽輪機穩定運行的臨界負荷，利用標準性的臨界負荷為機組的安全運行和調整提供參考依據。汽輪機操作人員應結合工作需求合理進行負荷調整，保證汽輪機運行負荷控制在臨界負荷之內。上述方法可以明顯減少蒸汽所產生的鹽量，同時也可以有效控制蒸汽攜帶的水分。

3.2 調速系統檢修

汽輪機調速系統是影響汽輪機運行效率的重要部件，所以在汽輪機轉子結垢檢修中應該加強對調速系統的檢查。操作人員應結合工作經驗判斷調速系統中出現的問題。汽輪機調速系統易發生調門動作頻繁以及甩負荷次數多等問題，檢修人員應該針對其常見問題提出針對性的解決方案，對調速系統進行相應的靜態調試，避免機組在加減負荷時產生大幅度的負荷變化，從而有效減少蒸汽攜帶的鹽量。轉速調節的標準參數如表1 所示，汽輪機調速系統的工作原理如圖1 所示。

圖1 汽輪機調速系統原理

表1 轉速調節標準參數

3.3 科學分析檢測

汽輪機管理人員應正確認識汽輪機運行和分析檢測之間的聯系，科學確立分析檢測監督等工作，例如在汽輪機轉子結垢檢查中應利用分析檢測手段，合理落實凝汽器的查漏、堵漏等工作內容。汽輪機運行人員不僅要關注凝汽器的檢查，同時還應該針對汽輪機各設備運行的實際情況確立重點檢查部位，例如在汽輪機大修中應合理進行凝汽器水壓試驗，并細致性檢查其中存在的技術缺陷。

3.4 加強機組設備保養

機組設備的維護保養是檢查設備問題和保障設備穩定運行的重中之重，汽輪機管廊人員應該正確認識各類機組設備的結構和運行要求。在驅動機械、壓縮機、EHNK50 汽輪機等機組設備的保養中，應嚴格執行相關規定，按照相應標準保障機組設備保養的規范性和專業性。鍋爐管理人員應結合實際情況，科學制定鍋爐停爐和停機的方案。在鍋爐停爐之后，鍋爐檢修、汽輪機檢修以及分析檢測等部門應分別履行責任，采用各部門協調配合的方式保證汽輪機檢修的完整性，從而有效優化汽輪機轉子結垢的檢修效果。

3.5 維持輪室壓力

汽輪機葉片結垢很容易導致汽輪機運行效率下降，而且蒸汽的消耗明顯增加，造成汽輪機軸向位移偏大和輪室壓力持續升高的現象，最終導致輪室中抽蒸汽壓力明顯升高。所以在空壓機組運行管理中應合理維持S1 和S2 的壓力。一般情況下，S1 的壓力應該維持在9.1 MPa 以上，通過這樣的方式可以實現S2 蒸汽外送的增加，確保抽蒸汽壓力明顯低于4.5 MPa。例如，檢修人員在2022 年的大檢修中對兩套汽輪機機組進行了開缸大修，在汽輪機內缸拆除檢查中發現中壓缸、排缸靜葉持環和轉子葉片上的積垢嚴重。取樣分析發現SiO2和Na+明顯超標，和2021 年空分裝置透平凝液分析結果中pH 值和SiO2等超標數據基本吻合，因此檢修人員安排汽輪機轉子和靜葉持環返廠噴砂處理，消除了汽輪機輪室壓力過大的安全隱患。

在EHNK50/63 等型號汽輪機所有檢查內容完成之后，汽輪機恢復正常開車狀態，并且在很長一段時間內維持穩定運行，其輪室壓力一般低于5.5 MPa，高調閥一般符合運行開度的基本要求，而且S2 的壓力也被控制在規定的運行指標范圍內。

3.6 凝汽器沖洗

3.6.1 準備工作

在汽輪機凝汽器沖洗之前應按照正常步驟將機組停車，并保持油系統正常運行，將汽輪機自身溫度降到50 ℃以下，同時操作人員應該結合實際情況關閉凝汽器冷卻水的進口閥和出口閥。

3.6.2 凝汽器沖洗方法

首先，操作人員應該用脫鹽水管線通入凝汽器底部，向其中注入0.6 MPa 的脫鹽水，脫鹽水的水位線應控制在換熱器中心線位置，將壓力表拆除始終保持溢流。接下來，操作人員應該利用S5 蒸汽作為熱源通入凝汽器底部，持續加熱凝汽器內部的脫鹽水，將溢流水的溫度控制在80～95 ℃。切記操作中需要將透平轉子持續盤車，并在盤車2 h 后保持10 min 盤車90°。

3.6.3 分析檢測方法

汽輪機操作人員在分析檢測中應該每小時對溢流水進行取樣，并分析其電導率，將相近的溢流水和脫鹽水電導率作為評價沖洗是否合格的標準（表2）。

表2 凝氣式透平檢測記錄

4 結束語

汽輪機的長周期穩定運行是保障企業穩定生產創效的重要指標，應嚴格控制汽輪機運行的工藝指標及設備狀態檢測，合理把控各項指標的標準參數，并在日常工作中提高蒸汽品質，能夠有效降低汽輪機結垢速率，延長汽輪機的使用壽命。