Chemiczne czyszczenie turbin alkalicznym

Chemiczne czyszczenie turbin alkalicznym środkiem spienionym
29 czerwca 2011
Autorzy
Edward Goj, Adam Napiórkowski
„ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o.
Zakład Chemii i Diagnostyki
Turbina parowa posiada najbardziej restrykcyjne wymagania dotyczące dopuszczalnej
zawartości zanieczyszczeń spośród elementów obiegu wodno-parowego bloku
energetycznego. Wymagania te wynikają ze skłonności do wypadania zanieczyszczeń z pary
wraz ze zmniejszaniem się parametrów ciśnienia i temperatury pary na kolejnych stopniach
turbiny. Najczęściej spotykanymi składnikami osadów na powierzchniach łopatek turbin są:
tlenki miedzi, tlenki żelaza, fosforany, siarczany oraz krzemionka. Przestrzeganie wytycznych
określających dopuszczalną zawartość zanieczyszczeń w parze pozwala zminimalizować
zjawisko narastania osadów na powierzchniach wewnętrznych turbiny, zaś ich usuwanie
odbywa się najczęściej w sposób mechaniczny, poprzez piaskowanie zanieczyszczonych
powierzchni podczas planowych, głównych remontów turbin.
Źródłem miedzi w obiegu wodno-parowym mogą być elementy obiegu wykonane z jej stopów,
tj. kondensator oraz regeneracyjne podgrzewacze wody zasilającej. Na starszych obiektach
stosowanie stopów miedzi do wykonania tych urządzeń było podyktowane ich wysokim
współczynnikiem przewodności cieplnej, akceptowalnymi kosztami materiałowymi oraz dobrym
opanowaniem technologii ich obróbki.
Wzrost parametrów bloków energetycznych oraz nasilanie się problemów związanych z
osadzaniem związków miedzi na powierzchniach wewnętrznych przyczyniają się do
wykonywania wszelkich elementów ze stali stopowych, zwłaszcza w przypadku bloków na
parametry nadkrytyczne. Miedź może przedostawać się do przegrzewaczy i dalej na turbinę w
sposób dwojaki: poprzez przenoszenie rozpuszczonych w parze wodnej tlenków (Cu2O oraz
CuO) lub bezpośrednio wraz z wodą zasilającą poprzez wtryski. Problem przenoszenia miedzi
wraz z powstającą parą dotyczy głównie turbin bloków pracujących przy ciśnieniu 16,5 MPa i
wyższym, ponieważ rozpuszczalność tlenków miedzi w parze rośnie wraz ze wzrostem
ciśnienia.
Zjawisku osadzania się związków miedzi na stopniu wysokoprężnym turbiny można zapobiec
poprzez:
1/4
Chemiczne czyszczenie turbin alkalicznym środkiem spienionym
29 czerwca 2011
- eliminowanie z obiegu wodno-parowego elementów wykonanych ze stopów miedzi
podczas modernizacji bloków;
- stosowanie pełnoprzepływowych instalacji oczyszczania kondensatu;
- chemiczne czyszczenie układów obiegu wodno-parowego (głównie parownika).
Symptomy wypadania osadów na powierzchni turbin to:
- spadek sprawności turbiny w czasie (w porównaniu do wyników uzyskanych podczas
pomiaru sprawności turbiny wykonanego po przeprowadzeniu remontu);
- zwiększony spadek ciśnienia na kilku kolejnych stopniach turbiny(spadek może być
najwyraźniej zaznaczony na kilku kolejnych stopniach, gdyż wraz ze spadkiem parametrów
ciśnienia i temperatury pary osad wypada w sposób niejednorodny).
Wykonanie chemicznego czyszczenia (odmiedziowania) stopnia WP turbiny
Przeprowadzenie chemicznego czyszczenia (odmiedziowania) stopnia wysokoprężnego turbiny
jest operacją wymagającą szczegółowego planowania. Z uwagi na skomplikowaną geometrię
wewnętrzną czyszczonego układu oraz fakt, iż napełnienie wnętrza turbiny jest możliwe tylko do
poziomu wału, chemiczne czyszczenie jest przeprowadzane za pomocą roztworu w formie
spienionej. Zastosowanie tej postaci medium czyszczącego pozwala na wypełnienie całej
objętości korpusu wewnętrznego również powyżej poziomu wału. Na etapie planowania
szczególną uwagę należy poświęcić zagadnieniu odizolowania czyszczonego układu od
przyległych elementów takich jak:
-
rurociąg pary świeżej oraz przegrzewacz pierwotny,
stopień średnioprężny turbiny,
rurociąg pary do wtórnego przegrzewu oraz przegrzewacz wtórny,
odwodnienia turbiny i kondensator,
system próbopobieraków,
upusty pary oraz podgrzewacze regeneracyjne wody zasilającej,
system uszczelnień parowych turbiny.
Uszczelnienie można uzyskać poprzez zastosowanie: bufora wodnego, zamknięcie zaworów
oraz stosowanie zaślepek.
Do układu uszczelnień labiryntowych wału turbiny podawane jest sprężone powietrze, aby
zapobiec wydostawaniu się medium czyszczącego. Chemizm procesu oparty jest o znaną
2/4
Chemiczne czyszczenie turbin alkalicznym środkiem spienionym
29 czerwca 2011
reakcję kompleksowania miedzi amoniakiem:
Cu 2+ + 4NH 3 → [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+
W reakcji powstaje trwały kompleks tetraaminomiedzi (II) w rozworze wodnym charakteryzujący
się intensywnie granatowym zabarwieniem. W praktyce stosuje się wodny roztwór amoniaku z
dodatkiem nieorganicznej soli amonowej. Przy uruchomionej obracarce turbiny spieniony środek czyszczący jest z reguły podawany
poprzez pomocnicze przyłącze zainstalowane w miejscu zaworu regulacyjnego na wlocie pary.
Odbiór medium wraz z rozpuszczonym osadem odbywa się poprzez odwodnienie rurociągu
pary do wtórnego przegrzewu. Dawkowanie odbywa się w sposób ciągły, z jednoczesnym
odbiorem roztworu nasyconego usuwaną z układu miedzią.
Chemiczne czyszczenie turbiny przeprowadzane jest w trzech etapach:
1. Próba szczelności, podczas której do wnętrza czyszczonego układu podawany jest
spieniony roztwór wody zdemineralizowanej. Układ jest sprawdzany pod kątem występowania
przecieków, zwłaszcza uszczelnień wału turbiny.
2. Po stwierdzeniu szczelności układu rozpoczyna się właściwy proces czyszczenia, w
którym do układu podawany jest spieniony wodny roztwór środka czyszczącego. Kontrola
analityczna procesu prowadzona jest poprzez analityczne oznaczanie zawartości miedzi w
roztworze opuszczającym turbinę. W miarę postępu procesu i usuwania osadu stężenie miedzi,
przy założeniu stałego stężenia i przepływu medium, maleje. Dawkowanie zostaje zakończone,
gdy w roztworze opuszczającym czyszczony układ nie stwierdza się już obecności miedzi. W
przypadku, gdy osad zawiera również miedź w formie metalicznej, w końcowej fazie
czyszczenia roztwór jest uzupełniany o dodatek łagodnego środka utleniającego.
3. Płukanie odbywa się przy użyciu spienionego roztworu wody zdemineralizowanej.
Badana jest przewodność elektryczna opuszczającego układ roztworu. Płukanie trwa do
momentu, gdy popłuczyny charakteryzują się przewodnością równą przewodności wody
zdemineralizowanej.
Ewentualne pozostałości środka czyszczącego nie stanowią zagrożenia dla układu, gdyż ze
względu na lotny charakter zostaną usunięte wraz ze strumieniem pary podanym na turbinę.
Piana opuszczająca oczyszczany układ jest gaszona środkiem odpieniającym, a zużyty roztwór
w postaci cieczy jest odpompowywany poza maszynownię. Operację chemicznego czyszczenia
turbiny pianą można przeprowadzić w czasie 36-48 godzin, z uwzględnieniem czasu montażu i
demontażu instalacji pomocniczej. W czasie planowania prac należy przewidzieć 4-6 dni na
3/4
Chemiczne czyszczenie turbin alkalicznym środkiem spienionym
29 czerwca 2011
schłodzenie turbiny, ponieważ proces chemiczny można przeprowadzić w temperaturze około
80ºC.
Technologia chemicznego czyszczenia turbin pianą została opracowana przez specjalistów
Zakładów Pomiarowo-Badawczych Energetyki „ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o. w 2010 r. na
podstawie licznych badań laboratoryjnych oraz na bazie wiedzy zgromadzonej podczas
wieloletniej praktyki specjalistów Działu Trawienia i Oczyszczania. Po opracowaniu technologii i
przeprowadzeniu prób w warunkach laboratoryjnych zostało zakupione specjalistyczne
oprzyrządowanie umożliwiające przeprowadzenie procesu na terenie elektrowni.
Literatura
[1] Guidelines for Chemical Cleaning of Conventional Fossil Plant Equipment. EPRI 1003994,
2001.
[2] Guidelines for Copper in Fossil Plants. EPRI 1000457, 2000.
[3] Chemically Foam Cleaning High Pressure Steam Turbines. Engineers Society of Western
Pennsylvania, Pittsburgh, Pennsylvania. Proceedings of the 59th International Water
Conference, 1998.
[4] Napiórkowski A.: Chemiczne czyszczenie turbin alkalicznym środkiem spienionym, VIII
Forum Dyskusyjne „Diagnostyka i chemia dla energetyki”, Szczyrk 25–27.05.2011.
4/4