Занос солями и контроль состояния турбины

Последствия солевых отложений

В процессе эксплуатации, состояние и экономичность проточной части паровых турбин могут существенно изменяться за счет разработки уплотнений, эрозии лопаточного аппарата и т. п. Значительное снижение экономичности и надежности вызывается отложениями в турбине солей. При отложении солей в каналах сопловых и рабочих решеток происходят перераспределение тепловых перепадов по ступеням и снижение их к. п. д. за счет отклонения режима работы от расчетного. Одновременно отложение солей увеличивает шероховатость поверхности и вызывает заметное увеличение профильных потерь, особенно в ступенях высокого давления. Выпадение солей в каналах сопловых решеток увеличивает перепад давления на диафрагмах, приводит к повышению напряжений в них и увеличению утечек через диафрагменные уплотнения. Солевой занос каналов рабочих лопаток вызывает рост степени реактивности ступени, увеличивает утечки через разгрузочные отверстия дисков и радиальные уплотнения, а также может привести к значительному увеличению осевого усилия и перегрузке подшипника турбины.

Занос солями лабиринтовых уплотнений снижает эффективность их работы и приводит к увеличению протечек пара как через концевые, так и через диафрагменные уплотнения турбины. Выпадение солей в элементах парораспределения нарушает их нормальную работу и снижает надежность турбин. Например, при заносе штоков клапанов может произойти их зависание и как следствие разнос турбины при сбросах нагрузки.

В целом даже небольшая величина солевого заноса может привести к значительному снижению экономичности и надежности турбины (отложение 1 кг солей в проточной части ЦВД турбины К-100-90 приводит к снижению к. п. д. этого отсека на 1% абсолютный). Кроме того, отложения солей увеличивают сопротивление проточной части и приводят к уменьшению пропускной способности и мощности турбины.

Состав солевых отложений

Соли, выпадающие в турбинах, разделяются на водорастворимые (соединения натрия и частично кальция) и нерастворимые или плохо растворимые в воде (соединения кремния, железа, меди, магния, алюминия и частично кальция). Водорастворимые соединения попадают в проточную часть в основном за счет капельного уноса жидкости и более характерны для турбин среднего давления. Водонерастворимые соединения выносятся в турбину за счет молекулярного уноса, возникающего вследствие растворимости солей и окислов в паре высокого давления, поэтому, их доля увеличивается с ростом давления пара перед турбиной. Если отложения в турбинах среднего давления в основном состоят из водорастворимых солей натрия, то в установках на 8,8 и 12,75 МПа существенная доля в твердых осадках принадлежит соединениям кремния и железа, а в турбинах сверхкритических параметров в значительных количествах откладываются соединения меди. Соединения меди появляются в паре в результате коррозии латунных трубок конденсаторов и подогревателей низкого давления. Они выпадают в ЦВД турбин и оказывают существенное влияние на экономичность вследствие малых сечений сопел и рабочих лопаток.

В целом переход к блокам сверхкритического давления усложнил проблему солевых отложений в связи с увеличением растворимости различных соединений в паре и применением исключительно прямоточных котлоагрегатов, из тракта которых эффективный вывод солей невозможен. Несмотря на жесткие требования к качеству питательной воды и пару, избежать солевого заноса турбин сверхкритического давления не удается.

Водонерастворимые соли отличаются способностью плотно соединяться с металлом турбины, что затрудняет их удаление. Водорастворимые соли образуют более рыхлые соединения, кроме того, турбины частично очищаются от водорастворимых солей при частых пусках и остановах их в результате «самопромывания».

Методы удаления солей

Наиболее распространенными методами удаления солей из проточной части турбин являются:

• Механическое удаление солевых отложений путем обдувки межлопаточных каналов воздухом с тонким сухим песком или золой, а также с помощью металлических щеток, наждачного полотна и др. Практикуется также помещение деталей турбин с плотными отложениями в ванны со слабым раствором кислот и щелочей. Такой способ чистки эффективен, однако требует вскрытия турбин, поэтому его периодичность согласуется со сроками проведения капитальных ремонтов.


• Промывка турбин влажным паром под нагрузкой, когда турбина не отключаемся от сети, а только производится снижение ее мощности до 25—30% номинальной. Это позволяет сохранить высокую готовность турбины и надежность электроснабжения. Увлажнение пара осуществляется путем впрыска питательной воды в главный паропровод с помощью специального увлажнительного устройства, а в случае блочных установок — за счет снижения тепловыделения в топке и использования эксплуатационных и аварийных впрысков. Промывка турбин влажным паром позволяет достаточно полно удалить только водорастворимые соли. Нерастворимые соединения удаляются лишь частично, главным образом за счет разрушения твердых отложений под воздействием термических напряжений, возникающих при расхолаживании турбины, и механического воздействия струи пара.


• Промывка турбины влажным паром с добавкой к нему химических реагентов. Такая промывка производится с отключением генератора при малых расходах пара, т. е. при пониженной скорости вращения турбины. Это позволяет уменьшить расход реагентов с сохранением их достаточной концентрации в паре. Под воздействием химических, реагентов, например пиперидина, плотные соединения металлов становятся рыхлыми и удаляются потоком влажного пара. В последнее время химическая промывка турбин находит все большее распространение и позволяет в значительной мере решить проблему удаления водонерастворимых солей из проточной части турбин без их вскрытия.

Контроль солевых отложений

Контроль солевых отложений в турбинах обычно осуществляется путем измерения давления в контрольных ступенях. Повышение давления пара в данной контрольной точке турбины при неизменном расходе пара (неизменном положении регулирующих клапанов) свидетельствует о повышении сопротивления последующих ступеней, а значит, о возможном заносе их солями. В качестве контрольных используют давления в камере регулирующей ступени и в некоторых регенеративных отборах. Относительное повышение давления в контрольной точке согласно ПТЭ, не должно превышать 10—15%. Такой метод контроля не отличается высокой точностью и чувствительностью вследствие зависимости давления в контрольных ступенях от начальных параметров пара, расхода воды через систему регенерации и не позволяет непосредственно оценить изменение к. п. д. проточной части как основного показателя ее состояния. Поэтому в последнее время для контроля состояния проточной части с точки зрения заноса ее солями и других возможных изменений все более широкое применение находит метод упрощенных тепловых испытаний (так называемых экспресс-испытаний) турбин, позволяющий с достаточной точностью оценить относительное изменение к. п. д. турбин в процессе эксплуатации.

Сущность этого метода состоит в получении зависимости приведенного давления пара в контрольных ступенях от приведенной мощности турбины. Приведенные величины давления и мощности получают путем приведения опытных величин к сопоставимым (номинальным) условиям. Для облегчения приведения измеренных величин к номинальным условиям и повышения точности конечного результата опыты по оценке изменения состояния проточной части выполняются при отключенной системе регенерации и неизменном положении органов парораспределения с достаточно узким допустимым диапазоном изменения параметров пара (температура должна изменяться в пределах не более + 8°С, а давление ±5%).

В целом экспресс-испытания дают возможность оперативно и с малыми затратами сил и времени оценить изменения состояния и экономичности проточной части турбины в процессе эксплуатации. Они позволяют также более объективно оценить качество ремонтов турбоагрегатов и обоснованно установить необходимую периодичность их проведения.