汽輪機是火力發電廠三大主機——鍋爐、汽輪機、發電機之一,本體由轉動部分和固定部分組成。轉動部分由葉輪、主軸、聯軸器和葉片組成;固定部分由噴嘴、汽缸、汽封、隔板、緊固件、軸承等組成。
在火力發電過程中,把熱能轉化成機械能的是汽輪機,電廠的效率以及機組的安全直接受汽輪機的影響。在汽輪發電機組運行時,蒸汽進入汽輪機的過程中會攜帶各種雜質,從而形成積垢腐蝕。尤其是末級葉片在極苛刻的條件下運行,承受高溫、高壓、離心力、蒸汽作用力、蒸汽激振力、腐蝕和振動以及濕蒸汽區水滴沖蝕的共同作用,面臨著更為嚴峻的損傷風險。而且隨著負荷的提高,汽輪機葉片的腐蝕、積鹽情況會更為加劇,機組安全運行和工作效率隨之也會受到更為顯著的影響。
當汽輪機啟動時,如果通入的過熱蒸汽質量未達到標準要求,此時如果投入運行,將使鹽分通過蒸汽的溶解和攜帶進入汽輪機,逐漸沉積在各級汽輪機葉片上,使葉片質量增加,對汽輪機出力產生影響;積鹽不平衡還會引起質量不均勻,很有可能引起振動;在積垢下對葉片腐蝕,會嚴重破壞葉片的材質及強度,容易在汽輪機運行時引發惡性事故。
汽輪機葉片的加工過程
1 葉片腐蝕的原因
01 酸腐蝕
汽輪機酸性腐蝕是由于蒸汽中的酸性物質在汽輪機低壓缸初凝區汽-液兩相之間,主要存在于汽相,而酸性物質在初凝水中濃縮,使pH值降低,導致對酸性物質比較敏感的鑄鐵、鋼件產生腐蝕。
經過高壓缸做功后,主蒸汽進入低壓缸,由于氣缸容積的擴大和溫度、壓力的降低,主蒸汽將可能變成飽和蒸汽,甚至是濕蒸汽,最終形成凝結水,從而使蒸汽中的雜質在此區域內進行重新分配,這時凝結水中的酸性將會升高。這些酸性升高的凝結水,隨著葉片的運動打到內壁上,將造成酸性腐蝕。此時若氣缸內空氣較多,如空氣漏入汽輪機、溶解氧含量超標等,則會加劇這種腐蝕。
02 氧腐蝕
氧腐蝕一般與溫度、pH值 、溶解氧、負荷和流速等因素有關。其中最重要的因素是溶解氧和pH值。葉片表面上會形成保護膜,這層保護膜的主要成分為氧化鐵,當這層保護膜因各種因素被破壞,在表面接觸到的水和保護膜的表面之間就會形成局部電池,使鐵從陽極析出,形成腐蝕。
03 水沖蝕
汽輪機在低負荷工況下運行時,隨著單位功率的增大,汽輪機流道擴張角會逐漸增大,當其容積流量相對最優設計工況下的容積流量,出現急劇減少時,會使整個流場的參數發生很大變化。負荷越低,回流區越大。在啟動初始,回流的范圍會擴大,甚至擴大到整個排汽缸。而且對于大功率汽輪機,它的末級葉片的排汽濕度一般情況下都比較大,因此在末級動葉后,液態水滴被汽流大量攜帶沖擊動葉,最終形成水沖蝕。
溫度上升會導致動葉片材料所能承受的許用應力降低,與此同時,動葉片負荷的增大又會導致動葉片彎曲應力增加,這些都將給動葉片帶來很大影響,加上如果工作環境會使動葉片腐蝕,則靜葉柵-噴嘴也很有可能受到腐蝕。噴嘴由于種種原因產生腐蝕,但被腐蝕程度不會恰好很均勻,這樣會使靜葉柵的蒸汽出口角變化,不符合設計工況,動葉片所受蒸汽的大小及方向也會偏離設計工況,因此動葉片會受到一個較大的作用力。
2 積 鹽
當過熱蒸汽變成飽和蒸汽,通過汽包引出,最終進入汽輪機,被過熱蒸汽攜帶的各種雜質就會發生沉積,結垢在汽輪機的一些部位上,這種現象就是汽輪機積鹽。污垢沉積在汽輪機的通流部分,將導致汽輪機的蒸汽通流面積越來越小。
積鹽會導致汽輪機葉片變得更粗糙,嚴重時甚至使葉片的型線發生改變,影響蒸汽的流動和轉子的轉動,進而影響汽輪機的運行,使汽輪機的阻力增大。應及時清除汽輪機內形成的鹽類沉積物,以免日積月累,影響汽輪機的運行。
汽輪機通流部分在經過一段時間的運行后,動靜葉片不可避免地會產生結垢。這樣會導致蒸汽通流流道的光順程度降低,使汽輪機的效率隨之降低。如果結垢現象嚴重,高壓缸的前幾級流道的通流面積將會減小,不但影響汽輪機的經濟性,還可能會影響機組的軸向推力,從而危及機組的運行安全。因此,每隔一段時間,都要對汽輪機的動靜葉片進行除垢清理。
機組在運行中,要防止產生積鹽沉積物;機組在啟動停止時,要防止金屬表面產生水膜,還要防止熱力系統通入氧氣。
對已經產生的積鹽的處理方法如下:
對溶于水的易溶鹽,可用濕蒸汽進行清洗,即向蒸汽中噴加水分,在汽輪機持續運行的情況下,通過蒸汽把水分送進汽輪機進行清洗;
對不易溶于水的沉積物,因其不溶于水,不可用濕蒸汽清洗,可以采用機械的方法,如噴砂等進行清理。
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