李惠

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東惠州 516082）

燃機電廠TCA管道內(nèi)壁腐蝕原因分析及防治措施

李惠

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東惠州 516082）

簡單介紹了電廠燃機風(fēng)煙系統(tǒng)原理及TCA冷卻空氣系統(tǒng)管道（簡稱TCA管道）走向，發(fā)現(xiàn)TCA管道內(nèi)壁腐蝕問題，分析了問題產(chǎn)生原因，并給出了改進建議。

燃氣輪機；TCA管道；腐蝕

0 引言

某電廠燃氣輪機由進氣缸、壓氣機缸、燃兼壓缸（通常稱為前三缸）、透平缸、排氣缸組成。其中壓氣機共有17級，透平部分4級。其風(fēng)煙系統(tǒng)為：空氣通過2級過濾系統(tǒng)、進氣室、進口導(dǎo)葉（IGV）后進到壓氣機；在壓氣機內(nèi)，空氣被強有力地壓縮后通過出口導(dǎo)葉（OGV）排至燃兼壓缸；在燃兼壓缸，很大一部分壓縮空氣從管道抽出，在通過冷卻器及分離器后，最終變成透平轉(zhuǎn)子冷卻空氣（TCA）。TCA回到燃機后流進透平轉(zhuǎn)子空腔，并逐級流向透平＃1～＃4級每片動葉，自葉根流入，從動葉片的每個獨特冷卻孔流出，流出的冷卻空氣在葉片整個外表形成低溫保護氣流，用以隔絕燃室排出的高溫?zé)煔?，從而使動葉片一直在可允許溫度范圍內(nèi)運行。因此，TCA的溫度、流量、清潔度等參數(shù)，對電廠燃機的安全運行至關(guān)重要［1］。

1 TCA管道內(nèi)壁生銹情況簡介

在某次燃機定期檢修期間，對TCA系統(tǒng)管道內(nèi)壁進行檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁大量銹蝕情況，具體檢查情況如下。

（1）TCA冷卻器進出口聯(lián)箱檢查情況良好，內(nèi)壁除正常氧化層外，未發(fā)現(xiàn)明顯鐵銹、起皮等現(xiàn)象。

（2）TCA分離器入口管道清潔度較好，只是覆蓋有輕微淺紅色氧化層，且未有明顯起皮、結(jié)渣等現(xiàn)象。

（3）TCA分離器主體前管道檢查情況良好，未發(fā)現(xiàn)破損及臟污堆積現(xiàn)象。

（4）機組TCA分離器后管道明顯結(jié)有一層灰黑色、約0.20mm厚度的銹垢，銹垢面積約占管道內(nèi)壁的50%、且均勻覆蓋在分離器后整個管道，如圖1所示。

圖1 TCA分離器母管內(nèi)部檢查情況

（5）TCA旁路閥管道檢查，發(fā)現(xiàn)疏水口位置內(nèi)壁覆有大量暗紅色、松散狀銹皮，如圖2所示。

圖2 TCA旁路閥疏水口位置銹蝕

經(jīng)過對TCA系統(tǒng)管道檢查，大致情況可以分為：（1）TCA分離器本體運行正常，未出現(xiàn)任何破損及腐蝕、生銹等失效現(xiàn)象；（2）TCA分離器前后管道內(nèi)壁清潔度相差較大，分離前管道除旁路閥疏水口部位，其余部位均比較正常，符合燃機安全運行要求，分離器后管道銹蝕嚴(yán)重，存在較大隱患；（3）TCA分離器至燃機本體管道銹蝕情況呈逐漸減輕趨勢。

2 TCA分離器后管道內(nèi)壁生銹原因分析

2.1 管材材質(zhì)

TCA自燃兼壓缸出口至冷卻器管道材質(zhì)為P22，冷卻器后管道為20 G。20 G管材化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：C，0.17%～0.24%；Mn，0.35%～0.65%；Si，0.17%～0.37%。P22管材化學(xué)成分為：C≤15%；Mn，0.3%～0.6%；P≤0.03%；S≤0.03%；Si≤0.5%；Cr，1.9%～2.6%；Mo，0.87%～1.13%。由上述化學(xué)成分可知，2種管材如置于潮濕空氣中，都較易生銹［2］。

2.2 管道布置

根據(jù)現(xiàn)場管道布置情況可知：（1）TCA管道是與大氣相通的開放系統(tǒng)；（2）TCA分離器布置在整個系統(tǒng)的最底部；（3）TCA管道聯(lián)箱及沿途管道設(shè)計有手動疏水閥，但疏水頻率較低。由于兩班制運行及定期水洗，TCA管路不可避免會出現(xiàn)積水，因此，TCA系統(tǒng)如疏水不凈則會導(dǎo)致管道內(nèi)空氣潮濕，隨之引起管路內(nèi)壁氧化銹蝕，尤其以疏水口為甚。

2.3 空氣濕度

在啟動升速階段，當(dāng)機組為日啟機工況（DSS）時，轉(zhuǎn)子冷卻空氣（RCA）溫度介于65～100℃之間，處于對應(yīng)飽和空氣露點邊緣，積水較少。但是，當(dāng)機組為每周啟停工況（WSS）時，RCA溫度介于35～70℃之間，已經(jīng)位于對應(yīng)飽和空氣露點溫度以下，很容易出現(xiàn)積水現(xiàn)象。在燃機轉(zhuǎn)速為2200r/min左右收集到了大量疏水，因此，TCA管道疏水不暢是該管道生銹的根本原因［3］。

由于TCA分離器筒體布置在整個管路系統(tǒng)中的最低點，因此，當(dāng)分離器筒體中存有積水，則TCA冷卻空氣流過分離器時，會將積水附帶在流過的冷卻空氣中，引起分離器后管道在啟、停機過程中以及在長時間停機后，都處于潮濕的空氣當(dāng)中，進而引起TCA分離器后管道，轉(zhuǎn)子輪盤內(nèi)出現(xiàn)氧化生銹現(xiàn)象［4］。

3 防治措施與建議

3.1 保證燃機進氣清潔

定期檢查進氣粗、精濾芯及進氣室，避免進氣濾芯破損或進氣室局部漏氣等影響壓氣機進氣品質(zhì)。

3.2 加強TCA管道疏水

在機組升速階段及停機后增加現(xiàn)有人工疏水頻率。改造疏水管路形式，尤其是分離器筒體疏水系統(tǒng)，將現(xiàn)有手動疏水改為電動或氣動疏水。在升轉(zhuǎn)速階段及停機后可設(shè)計疏水閥開關(guān)邏輯，建議機組達到額定轉(zhuǎn)速后該閥門保持常閉狀態(tài)［5］。

3.3 升級TCA管道材質(zhì)

將分離器后TCA所有管道由現(xiàn)有材質(zhì)替換為304或316不銹鋼，但由于2種材質(zhì)膨脹系數(shù)略微不同，為安全起見，現(xiàn)場管道的走向及支座設(shè)計等是否需要變更應(yīng)得到具有相關(guān)資質(zhì)的單位確認(rèn)。由于燃機間內(nèi)管道縱橫交錯，大規(guī)模更換管道工作量較大，該更換工作需有充足檢修時間保證，可在燃機T檢、M檢檢修中考慮實施。

3.4 保證管道內(nèi)部干燥及保養(yǎng)

充氮氣可以將TCA內(nèi)部管道與大氣隔離，避免氧化。但由于TCA系統(tǒng)與大氣相通，氮氣使用量會非常大，成本非常高。

充壓縮空氣是為了使管道內(nèi)部空氣一直流動，保證管道干燥，避免積水。氣源可以選擇廠內(nèi)儀用壓縮空氣或者單獨設(shè)計一套鼓風(fēng)裝置，但同樣由于系統(tǒng)無法做到保壓，因此需一直供壓縮空氣，同時，還必須考慮到：（1）充入的儀用壓縮空氣或氮氣必須保證干燥、潔凈；（2）充入的氣體會進入轉(zhuǎn)子輪盤空腔，并且最終會從透平動葉冷卻孔中流出。因此，為避免充入的氣體與熱通道部件溫差過大，溫度、壓力、流量及何時充入應(yīng)得到原廠家制造商認(rèn)可；（3）建議選擇積水最嚴(yán)重、位置最低的分離器筒體疏水管作為干燥氣體充入口。

當(dāng)機組停運48 h以后，TCA管道內(nèi)部空氣溫度降為35℃左右，已接近甚至低于管道內(nèi)飽和空氣露點，管道底部逐漸出現(xiàn)積水。在TCA管道內(nèi)充壓縮空氣可以有效降低管道內(nèi)大氣濕度，保證管道干燥。

當(dāng)足夠流量的干燥、潔凈壓縮空氣充入后，管道內(nèi)空氣相對濕度明顯下降，大大降低了管道內(nèi)壁在35℃左右的鐵銹生成率。

TCA管道充潔凈空氣方案所需主要設(shè)備包括：外置空壓機；管路系統(tǒng)（建議采用304不銹鋼）；閥門（3個氣動控制閥，2個手動閥，1個逆止閥）。

建議在潔凈、干燥的壓縮空氣從空壓機出口后的管路上加裝1個手動隔離閥，1個氣動關(guān)斷閥及1個氣動控制閥，再加1個逆止閥和1個手動隔離閥，最后接入TCA分離器回收管道三通接口。其中，在氣動關(guān)斷閥及控制閥之間設(shè)計疏水管路，疏水閥為氣動控制閥。

4 結(jié)束語

TCA管道系統(tǒng)猶如電廠燃機透平的“大動脈”，內(nèi)壁的潔凈至關(guān)重要。由于原廠家在管道選材及疏水運行方式上出現(xiàn)設(shè)計缺陷，致使該系統(tǒng)分離器后管道出現(xiàn)了明顯銹蝕、起皮現(xiàn)象，對轉(zhuǎn)子輪盤及動葉片安全運行產(chǎn)生了重大隱患，因此，建議從增加疏水、改善材質(zhì)、充壓縮空氣防潮等3方面對其進行優(yōu)化，以徹底消除隱患，確保機組安全穩(wěn)定運行。

［1］清華大學(xué)熱能工程系動力機械與工程研究所.燃氣輪機與燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］殷麗秋，吳明，修連強，等.油氣管道的腐蝕行為與防護技術(shù)［J］.當(dāng)代化工，2013（6）：832－835.

［3］包月霞.金屬腐蝕的分類和防護方法［J］.廣東化工，2010，37（7）：199，216.

［4］黃力森，陳紅英.M701F型燃氣輪機冷卻空氣系統(tǒng)［J］.熱力發(fā)電，2006，35（10）：54－56，59.

［5］龔文強，王慶韌.燃氣輪機熱端部件壽命的等效運行時間分析［J］.中國電力，2010（8）：28－30.

（本文責(zé)編：齊琳）

TE 98

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1674－1951（2016）10－0049－02

李惠（1988—），女，廣東茂名人，工程師，從事電站設(shè)備檢修管理方面的工作（E-mail：0752lh＠163.com）。

2016－07－05；

2016－08－30