摘要：本文以某热电站的汽轮发电机组为研究对象，对通流部分的结垢危害进行分析，进而提出合理可行的预防措施，随后对通流部分结垢的常用清洗方法进行研究，并在此基础上提出机组运行过程中的结垢清洗技术。结果表明，采用低负荷湿蒸汽清洗技术能够在汽轮机不停机的情况下对其通流部分的结垢进行清洗。
关键词：汽轮机；通流部分；结垢；清洗
在工业生产过程中，汽轮机是不可或缺的重要设备之一，该设备的特点为功率大、效率高、运行稳定性良好、使用寿命长等等。在电站中，汽轮机的主要作用是对发电机进行驱动，进而实现电能生产，据不完全统计，全球以汽轮发电机组为基础发出的电量占总发电量的80%左右，汽轮机的重要性不言而喻。然而，由于一些原因的影响，使得汽轮机的通流部分经常会出现结垢的问题，这在一定程度上影响了汽轮机的正常运行。为此，必须采取有效的措施预防通流部分结垢的产生，同时，对已经形成的结垢则可采用清洗的方法进行解决处理。
1.汽轮机组简介
某热电站一共配置了四台煤粉锅炉和两台汽轮发电机组。其中，汽轮机选用的是哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的型号为CZK50-9.3/4.2高压单缸、单抽冷凝式、直接空冷汽轮机。锅炉的主要作用是为空分提供9.8MPa的高压蒸汽，汽轮机主要为甲醇和聚乙烯、MTO等装置提供4.2MPa工业抽汽，同时热电站凝结水系统还接收空分透平冷凝水。
CZK50-9.3/4.2型汽轮机属于典型的高压、冲动、直接空冷、抽汽凝汽式汽轮机。该汽轮机的调节方式为喷嘴调节，当新蒸汽进入到高压缸内以后，由2只自动主汽门和4只调速汽门负责控制，分别布置在机组两侧的基础上；中压调节阀的结构为双座阀，其主要负责对工业抽气进行控制。中压调节阀共有四个，分别布置在汽缸前上半部的左、右各与汽缸前下半部的左、右；汽缸是由前、中、排汽这三个部分，并以垂直法兰联结而成，排汽缸采用的是焊接结构，其前部采用了平斜法兰，并以双头螺栓进行联接，汽缸用下猫爪支承在前轴承箱上；转子的结构形式为整锻加套装叶轮，高中压部分为整锻，低压部分的后5级为红套结构，叶轮通过端面径向键与转子相连接，以此来减小轮孔部分的应力集中，后端采用套装的刚性联轴器与发电机相联。
本机组共有2个喷嘴组和15级隔板，所有隔板均为焊接隔板；4.2MPa工业抽汽、1、2、3、4、5、6段抽汽分别位于汽轮机3级后、4级后、6级后、8级后、11级后、13级后、15级后抽出；汽轮机的罩壳为分部式结构，同时，为了进一步减小散热损失，并确保机组安全，加装了隔热保温装置；汽缸的前、后汽封和隔板汽封采用的是目前比较常用的梳齿形结构，汽封间隙相对比较合理，可以满足经济性与安全性的要求，并且便于维护检修。在后汽封处，开有转子现场动平衡的螺孔；转子进行了调整动平衡，以满足安全运行的需要，汽轮机转子一阶临界转速为1383 r/min；为控制法兰内外壁温差，防止产生过大的温度应力，缩短机组启动时间，机组汽缸法兰按引进技术设计为高窄法兰结构，取消法兰加热装置；高压喷嘴组采用子午面收缩型线，全部动叶自带围带，隔板静叶与自带围带动叶形成光滑的子午面流道；汽轮机绝对膨胀死点位于排汽缸后基架横键中心线与汽轮机中心线的交点，以横向及纵向滑键定位于基架上。汽缸整体向前纵向膨胀，并以汽轮机中心线为基准向两侧均匀膨胀，转子则以推力轴承定位，整体向后膨胀，汽缸与转子之间的相对膨胀有专门装置进行测量。
2.汽轮机通流部分的结垢危害及预防结垢的措施
2.1通流部分的结垢危害
由于汽轮机是以水蒸气作为工质，而通流部分则是蒸汽流过并在此做功的部分，故此通流部分是汽轮机中较为重要部分之一。该部分主要是由以下部件组成：喷嘴、隔板、叶片、汽封，这些装置的性能优劣直接关系到汽轮机的实际出力情况。在汽轮机中，由于上述装置全部都是在高温、高压和高腐蚀的环境中运行，加之锅炉产出的蒸汽品质不良，从而使得部分结垢物质会从汽轮机内部分离出来，并形成结垢面[1]。此外，因为参数较高的汽轮机具有通流面积小的特点，所以，其对结垢造成的影响更加敏感。当汽轮机的通流部分出现结垢之后，会对机组的安全、经济运行带来非常严重的影响，具体体现在如下几个方面上：
2.1.1结垢出现之后，会进一步减少通流部分的面积，如果是在主蒸汽的参数保持不变的前提下，那么蒸汽流量则会随之大幅度减少，这样一来便会导致机组的出力有所下降。
2.1.2当结垢发生在动静叶片位置处时，会使叶片的表面变得较为粗糙，从而使得摩擦损失相应增大，加之机组出力与实际工况不符，会造成汽轮机的整体运行效率降低。相关实验结果显示，当结垢的厚度每增加0.1mm时，会造成级效率降低4-5个百分点[1]。
2.1.3若是汽轮机的某些级段出现结垢现象时，则会导致前面几级的理想焓大幅度减少，由此会引起反动度增加，转子轴向的推动力会相应增大，这样极有可能引起推力轴承过载，很容易引发安全事故。
2.1.4当汽门等部件的门杆位置处发生结垢时，会造成汽门卡塞，在事故状态下无法切断进汽，这样会造成机组超速[3]。
2.2汽轮机通流部分结垢的判定
2.2.1通流部分的结垢判断方法
通常情况下，汽轮机一般都是带负荷运行，在具体运行的过程中，对汽轮机内部工作状态及清洁情况的监视，基本都是借助压力表来实现。当汽轮机工况发生变化而通流面积不变的前提下，其各级前后的压力与蒸汽流量成正比例关系。为此，可以将各级段的压力作为流量变化的监视点，如果在流量不变的情况下，某个监视段的压力突然升高，则表明该级段后已经出现结垢现象，压力增加值的大小与结垢的严重程度有关，即结垢的厚度越大，压力增加值越高，反之压力增加值越小。而结垢的严重程度可按照监视段压力的增长率进行判断，计算公式如下：
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在上式当中，P1代表一定负荷工况下监视段清洁时的压力；P2则表示一定负荷工况下监视段结垢时的压力。根据相关研究结果显示，当3333的值超过5%时，汽轮机通流部分的结垢现象较为严重，此时需要进行清洗。
2.2.2通流部分结垢沉积物分析
a.结垢沉积物的主要来源
由于一些因素的影响，使得锅炉水中或多或少的含油一定量的盐类物质，相关规程规定，锅炉给水以及主蒸汽中的二氧化硅的含量应当小于444444444的含量则应当小于5555555。然而，因为在实际操作的过程中，会引起水质波动变化，尤其是在汛期，会使水处理的难度进一步增大，这些因素均会造成锅炉水质变差，从而导致蒸汽当中的二氧化硅和666666666的含量增高。这样一来，在蒸汽发生的过程中势必会有部分盐类物质被带入到汽轮机当中，在机组长时间运行中便会形成盐类结垢，而且随着运行时间的不断延长，结垢的厚度也会随之不断加大，若是没有及时采取有效的措施对结垢进行处理，便会影响汽轮机的正常运行。
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b.结垢沉积物的化学成分分析
沉积在汽轮机内部的物质大致可分为三类：一类是易溶于水的物质；另一类稍溶于水的物质；还有一类是完全不溶于水的物质[4]。相关研究结果表明，不溶于水的盐类结垢和硅垢，在350℃的低压级段中，当蒸气接近饱和温度时，结垢量最大，而溶于水的钠盐则会在中高压部分积垢。
2.3汽轮机通流部分结垢的预防
蒸汽的品质是影响汽轮机通流部分结垢的主要因素，而蒸汽品质的优劣主要取决于锅炉给水的品质好坏[5]。一般而言，汽轮机叶片上都会存有不溶于水的物质，如氧化铁、氧化铜等。氧化铁主要生成于给水与凝结水的管路系统中，其产生的原因在于凝汽器钢管、低压加热器钢管等处出现钢腐蚀产物，从而造成氧化铁的出现。通过增强除氧器或凝结器的除氧效果，能够有效控制水中溶氧量，减缓氧对钢的腐蚀作用，从而使得热力管道的氧腐蚀效果并不明显，不会造成汽轮机流通部分结垢。同时，为了控制腐蚀现象，还应当保持除氧设备始终处于良好的工作状态，以充分发挥除氧设备在减少水中含氧量方面的重要作用。但是在实际运行中，因除氧设备存在自身缺陷或运行故障，所以使得除氧设备的除氧效果未能达到最佳状态，难以满足除氧要求。如，在水压不足或除氧喷嘴存在缺陷的情况下，会严重影响水的雾化效果；在除氧设备运行调整过程中，如果蒸汽压力不足、进水温度偏低、水位偏高，都会降低除氧效果。
汽轮机的凝结水中往往含有多种杂质，这些杂质主要来源于冷却水漏入、铜管腐蚀、低压加热器疏水等方面。为了提高凝结水的品质，将品质不达标的凝结水排入地沟，应当强化对冷却水的控制，防止冷却水漏入凝结器中。此外，还要严格监督疏水箱、化学补水、生产返回水的质量，确保给水质量达到相关标准。特别要注意的是，必须重视生产返回水的控制，避免因生产返回水漏入浆料中而导致汽轮机在短时间内出现结垢现象，进而造成运行事故。
蒸汽是汽轮机通流部分结垢物的主要来源，而锅炉给水又是蒸汽中有害物质的主要来源[6]。所以必须加强对锅炉给水品质的控制，以确保汽轮机处于正常运行状态，避免汽轮机故障的产生。尤其在汛期或雨季，必须加大对有害物质超标的控制力度，确保汽轮机组免受污染源的影响，从源头处解决汽轮机结垢问题。
3.汽轮机通流部分结垢的清洗研究
3.1机组停机时的结垢清洗方法
3.1.1人工打磨法
该方法具体是指在通流部分出现较大的结垢层时，先使用专业铲刀，将结垢铲除，然后再以砂布对去除结垢后的部位进行打磨处理。这种方法的优点是简单方便，但总体工作量相对较大，需要花费大量的工时，会对检修工期造成影响。
3.1.2喷砂清洗
该方法具体是指采用压缩空气喷射石英砂或是河砂，以此来对结垢进行清洗。与人工打磨法相比，喷砂清洗消耗的工时较少，工人的劳动强度也相对较低，但会造成一定的环境污染，不利于环保。
3.1.3高压水射流清洗
该方法属于高科技清洗技术的一种，其最为显著的优点是成本低、速度快、清洗效率高、不会对通流部分的部件造成损坏、不污染环境等等[7]。该技术的基本原理如下：借助高压泵打出高压水，经管路抵达喷嘴，再将高压力、低流速的水转换成为高压力、高流速的射流，由于射流本身具有较高的冲击动能，也对结垢面进行连续不断地作用，这样便可以结垢脱落，从而达到清洗的目的。该技术唯一的不足之处为遇到较粘的附着物时，会导致清洗速度下降。
3.2机组运行中的结垢清洗技术
上述几种方法既有优点也有不足，并且都需要在汽轮机停机的情况下方可对结垢进行清洗，这样会对机组正常运行造成影响，经济性相对较差。针对这一问题，本文提出一种机组运行过程中的结垢清洗方法，即低负荷湿蒸汽清洗技术。
3.2.1清洗参数
采用该技术对通流部分结垢进行清洗时，参数的选择至关重要，具体可以按照通流部分结垢级的判断对清洗参数进行确定。根据经验蒸汽流量可控制在额定蒸汽流量的20-25%左右[8]。
3.2.2清洗控制
在带负荷清洗的过程中，为确保蒸汽流量不超限，可在清洗前，先将负荷降至额定出力的20-25%左右，并使其稳定运行10-15min，在接近清洗参数时，可以每间隔5min左右对凝结水进行一次化验，直至结垢清洗完毕为止。
结论
综上所述，为了进一步减小汽轮机通流部分结垢的危害，可通过提高凝结水和锅炉给水的品质来预防结垢的形成。同时，可在汽轮机组正常运行的过程中，采取低负荷湿蒸汽的方法对结垢进行清洗。实践表明，该方法不仅能够有效改善机组的热经济性，而且还能提高机组的运行安全性和可靠性。在未来一段时期，应当重点加大对结垢清洗方法的研究力度，并对现有的方法进行不断改进和完善。
参考文献
[1]李强.龚云贵.恭元昆.50MW汽轮机调节级喷嘴损坏的分析和处理[J].汽轮机技术,2008,50(4):309-310.
[2]李家峰.汽轮机叶片围带损伤及脱落的原因分析及修复[J].华中电力,2009,4(22):68-69.
[3]郝志莉.叶春.电站汽轮机组通流部分故障分析诊断[J].动力工程,2009,15(l):22-26.
[4]曹华.忻建华.金兴.汽轮机通流部分在线故障诊断系统汁发[J].电力系统自动化,2012,26(21):67-70.
[5]吴茜.史进渊.大功率汽轮机通流部分故障诊断特征规律的研究[J].中国电机工程学报,2010,20(7):44-47.
[6]张毅.汽轮机通流部分结垢变化特征参数提取[J].东北电力大学学报,2008,28(2):48-52.
[7]李勇.黄萍力.凝汽式汽轮机通流部分结垢诊断方法研究[J].汽轮机技术,2008,50(5):371-373
[8]刘观伟.王顺森.毛靖儒.汽轮机叶片材料抗固粒冲蚀磨损能力的试验研究[J].工程热物理学报,2007,28(4):622-624.
作者简介
杨增光，神华包头煤化工有限责任公司，1987年出生，男，汉族，内蒙古包头市人，高级项目管理师，在职研究生在读，中级工程师。
论文作者:杨增光
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/12
标签：汽轮机论文; 通流论文; 机组论文; 蒸汽论文; 汽轮论文; 汽缸论文; 转子论文; 《电力设备》2019年第14期论文;