Chemiczne usuwanie osadów z wirników i maszyn wirujących

 

Wprowadzenie

 

Obecna sytuacja gospodarcza na świecie i naturalne wyzwania związane z konkurencyjnością we wszystkich branżach, wymuszają na przedsiębiorstwach uważne monitorowanie swoich procesów produkcyjnych. Poszukiwane są nowe pomysły i metody, które umożliwiają utrzymanie tych procesów w maksymalnej wydajności. Generowanie zysków często osiągane jest za pomocą obniżania kosztów zamiast podnoszenia cen za produkty. Poprawa metod utrzymania ruchu jest znakomitą sposobnością osiągania długoterminowych oszczędności, jak również podniesienia niezawodności majątku produkcyjnego. Czyszczenie chemiczne pianą turbin parowych i gazowych jest jedną z praktyk utrzymania ruchu dającą wymierne korzyści w krótkim okresie czasu.

Przed energetyką stają coraz to większe wyzwania. Parametry pracy elektrowni, takie jak wytwarzana moc, sprawność (jednostkowe zużycie ciepła) oraz dyspozycyjność wytwarzania nigdy wcześniej nie były tak ważne. Oczywistym jest, że każde urządzenie w zakładzie wpływa na ogólną efektywność operacyjną, jednakże niektóre kluczowe urządzenia wymagają szczególnej uwagi. Turbiny są na szczycie tej listy. Zanieczyszczone układy przepływowe turbin kosztują ich użytkowników wiele pieniędzy utraconych na skutek powstawania strat w produkcji wynikających z pogorszenia sprawności i dyspozycyjności.

 

Czyszczenie chemiczne pianą jest od 25 lat uznaną i atrakcyjną ekonomicznie metodą usuwania osadów z układów przepływowych turbin, bez konieczności ich demontażu. Cały proces czyszczenia może być zrealizowany w ciągu 24 godzin w ramach kilkudniowego (z reguły 4-5 dni) postoju na czas wystudzenia turbiny do niezbędnego poziomu i na prace przyłączeniowe agregatu do płukania pianą. Po przeprowadzeniu procesu czyszczenia, turbina zostaje szybko przekazana do dalszej eksploatacji.

W artykule zaprezentowano metodykę prowadzenia procesu oczyszczania oraz zdjęcia i przykłady z realizacji.

Konkurencyjny rynek wymaga niskokosztowej produkcji. Operatorzy elektrowni starają się maksymalnie wydłużać okresy pomiędzy remontami kapitalnymi. Turbiny w trakcie pracy powinny generować maksymalnie dużo mocy, gdyż jej spadek o kilka lub kilkadziesiąt MW w dłuższej perspektywie czasu prowadzi do milionowych strat. W związku z tym wydajność musi być przywracana w sposób ekonomiczny, bez oczekiwania na planowany remont kapitalny. Kiedy spadek wydajności jest związany z pogorszonymi parametrami pracy turbiny (i jeżeli monitoring nie wskazuje na uszkodzenia mechaniczne) spadek ten często związany jest z obecnością osadów na elementach przepływowych turbiny. Tradycyjne rozwiązanie wymaga postoju remontowego, podczas którego dokonany zostaje demontaż turbiny, wyjęcie wirnika i poddanie obróbce strumieniowo ściernej zanieczyszczonych osadami elementów. Proces ten mimo że jest efektywny, jest również długotrwały i kosztowny.

 

Znakomitą alternatywą na szybkie i skuteczne przywrócenie nominalnych parametrów pracy turbiny jest metoda chemicznego czyszczenia za pomocą aktywnej piany. Nie wymaga ona demontażu turbiny, przez co gwarantuje znaczne oszczędności w porównaniu z konwencjonalnymi metodami czyszczenia. Chociaż technika ta znalazła uznanie jako optymalne rozwiązanie realizowane przy okazji planowanych remontów, obecnie jej zalety coraz częściej wykorzystywane są do przywracania nominalnych parametrów turbiny w trakcie eksploatacji. Takie podejście pozwala na duże uelastycznienie planowania okresów eksploatacji poprzez wydłużanie okresów międzyremontowych oraz na utrzymanie w miarę stałej wydajności pracy turbiny, bez oczekiwania na remont główny. Zastosowanie prezentowanej metody usuwania osadów za pomocą czyszczenia chemicznego pianą, zapewnia 100% skuteczność i uzyskanie nominalnej mocy w przeciągu zaledwie kilku dni.

 

Problem osadów w turbinie

W przypadku turbin parowych część zanieczyszczeń, które przejdą przez kocioł wraz z parą osadza się na elementach układu przepływowego. Łopatki turbin posiadają odpowiednio zaprojektowany kształt zapewniający najbardziej sprawną konwersję energii. Wydajność turbiny charakteryzowana jest m.in. wielkością jednostkowego zużycia ciepła oraz generowaną mocą. Wraz z przyrastaniem osadów na łopatkach ich kształt ulega zmianie, co ujemnie wpływa na parametry przepływu pary przez kanały łopatkowe. Prowadzi to do zmniejszenia generowanej mocy oraz w przypadku zatykania kanałów dyszowych, ogranicza przepływ pary. W sytuacji kiedy pogorszona jest przelotność turbiny ubytek jej mocy może być do pewnego stopnia skompensowany podwyższeniem ciśnienia na wlocie do turbiny. Niesie to za sobą jednak ryzyko dla części ciśnieniowej kotła i negatywnie wpływa na sprawność bloku.

 

Rozpuszczone tlenki miedzi i innych metali powstające w wyniku korozji elementów układu parowo-wodnego bloku (np. z rurek kondensatorów, podgrzewaczy regeneracyjnych, rur kotła etc.) oraz zanieczyszczenia wprowadzane razem z wodą kotłową, transportowane w parze osadzają się w różnych elementach obiegu. W wielu przypadkach osady te narastają w układzie przepływowym turbiny zmieniając jego aerodynamikę, co skutkuje pogorszeniem sprawności i obniżeniem osiąganej mocy.

 

Rozwiązanie problemu

Najlepszą metodą unikania problemu osadów w turbinach jest zapobieganie ich powstawania w eksploatacji układu wodno-parowego. W praktyce jest to bardzo trudne do osiągnięcia. Poprawnie prowadzona eksploatacja pozwala na znaczne zredukowanie transportu zanieczyszczeń, jednakże doświadczenie wskazuje, że nie eliminuje go całkowicie. Dlatego też okresowe czyszczenie układów przepływowych jest niezbędne w celu utrzymania odpowiednich parametrów eksploatacyjnych turbiny.

 

Osady w turbinach z reguły pojawiają się na blokach energetycznych, w których w układy wodno-parowe wykonane są ze stopów miedzi (w wymiennikach regeneracyjnych oraz kondensatorach). Osady te powstają w trakcie eksploatacji, gdy tlenki miedzi rozpuszczają się w wodzie kotłowej i są rozprowadzane po obiegu. Wypłukana miedź może się akumulować zarówno w postaci metalicznej jak również odkładać się w postaci fosforanów i innych soli. Takie zanieczyszczenie pogarsza przepływ pary przez turbinę, skutkując zmniejszoną mocą i wpływając na jednostkowe zużycie ciepła. Miedź, która w postaci metalicznej osadza się na elementach stalowych może przyspieszać korozję elektrochemiczną (miedź działa jak katoda, podczas gdy anoda- stop żelaza-stal ulega korozji). Substancje stosowane do eliminacji związków miedzi zazwyczaj oparte są na HCl, chelatach i utleniaczach alkalicznych. Technologia  wykorzystuje rozpuszczalnik zawierając dodatek pianotwórczy. Poprzez utlenianie spienionego roztworu za pomocą czystego tlenu lub nadtlenku wodoru, miedź metaliczna jest utleniana do postaci tlenku miedzi, by móc być rozpuszczona. W zależności od natury osadów technologia przewiduje dodawanie lub pomijanie dodawania innych utleniaczy dla podniesienia skuteczności procesu.

 

Osady miedzi mogą się pojawiać na dyszach wlotowych, łopatkach i w innych miejscach w turbinie. Ponieważ charakterystyka rozkładu osadów może się różnić, niezbędne jest zapewnienie dokładnego kontaktu aktywnej piany z zanieczyszczonymi powierzchniami. Poprzez wtłaczanie spienionych chemikaliów do turbiny cały układ przepływowy aż do wylotu z czyszczonej części turbiny jest omywany aktywną pianą.

 

Po ostudzeniu turbiny do pożądanej temperatury wynoszącej 65÷75⁰C cały proces czyszczenia chemicznego zajmuje 24-36 godzin, włączając w to podłączenie agregatu pianowego do turbiny, płukanie pianą aktywną, płukanie pianą neutralizującą i płukanie parą. Podczas gdy turbina pozostaje na obracarce a jej temperatura pozostaje w zakresie 65-75⁰C piana jest wprowadzana bezpośrednio do skrzyni dyszowej przez zdemontowane zawory regulacyjne turbiny WP. Po usunięciu związków miedzi z turbiny, do jej wnętrza wprowadzona zostaje piana wodna (woda + dodatek pieniący) w celu wypłukania pozostałości aktywnych chemikaliów. Po tym etapie turbina jest przepłukiwana za pomocą nasyconej pary o niskiej temperaturze tak długo, aż przewodność kondensatu za turbiną jest równa przewodności pary wprowadzanej do turbiny. Parametry czystości są określane przez wydział chemiczny elektrowni nadzorujący projekt. Typowy czas uzyskania właściwych parametrów wynosi nie więcej niż 24 godz.

 

Zobacz także: Hydrodynamiczne czyszczenie i płukanie układów olejowych

Czyszczenie hydrodynamiczne – hydroblasting