燃机电厂TCA管道内壁腐蚀原因分析及防治措施

李惠

（广东惠州天然气发电有限公司，广东惠州 516082）

燃机电厂TCA管道内壁腐蚀原因分析及防治措施

李惠

（广东惠州天然气发电有限公司，广东惠州 516082）

简单介绍了电厂燃机风烟系统原理及TCA冷却空气系统管道（简称TCA管道）走向，发现TCA管道内壁腐蚀问题，分析了问题产生原因，并给出了改进建议。

燃气轮机；TCA管道；腐蚀

0 引言

某电厂燃气轮机由进气缸、压气机缸、燃兼压缸（通常称为前三缸）、透平缸、排气缸组成。其中压气机共有17级，透平部分4级。其风烟系统为：空气通过2级过滤系统、进气室、进口导叶（IGV）后进到压气机；在压气机内，空气被强有力地压缩后通过出口导叶（OGV）排至燃兼压缸；在燃兼压缸，很大一部分压缩空气从管道抽出，在通过冷却器及分离器后，最终变成透平转子冷却空气（TCA）。TCA回到燃机后流进透平转子空腔，并逐级流向透平＃1～＃4级每片动叶，自叶根流入，从动叶片的每个独特冷却孔流出，流出的冷却空气在叶片整个外表形成低温保护气流，用以隔绝燃室排出的高温烟气，从而使动叶片一直在可允许温度范围内运行。因此，TCA的温度、流量、清洁度等参数，对电厂燃机的安全运行至关重要［1］。

1 TCA管道内壁生锈情况简介

在某次燃机定期检修期间，对TCA系统管道内壁进行检查，发现内壁大量锈蚀情况，具体检查情况如下。

（1）TCA冷却器进出口联箱检查情况良好，内壁除正常氧化层外，未发现明显铁锈、起皮等现象。

（2）TCA分离器入口管道清洁度较好，只是覆盖有轻微浅红色氧化层，且未有明显起皮、结渣等现象。

（3）TCA分离器主体前管道检查情况良好，未发现破损及脏污堆积现象。

（4）机组TCA分离器后管道明显结有一层灰黑色、约0.20mm厚度的锈垢，锈垢面积约占管道内壁的50%、且均匀覆盖在分离器后整个管道，如图1所示。

图1 TCA分离器母管内部检查情况

（5）TCA旁路阀管道检查，发现疏水口位置内壁覆有大量暗红色、松散状锈皮，如图2所示。

图2 TCA旁路阀疏水口位置锈蚀

经过对TCA系统管道检查，大致情况可以分为：（1）TCA分离器本体运行正常，未出现任何破损及腐蚀、生锈等失效现象；（2）TCA分离器前后管道内壁清洁度相差较大，分离前管道除旁路阀疏水口部位，其余部位均比较正常，符合燃机安全运行要求，分离器后管道锈蚀严重，存在较大隐患；（3）TCA分离器至燃机本体管道锈蚀情况呈逐渐减轻趋势。

2 TCA分离器后管道内壁生锈原因分析

2.1 管材材质

TCA自燃兼压缸出口至冷却器管道材质为P22，冷却器后管道为20 G。20 G管材化学成分为（质量分数）：C，0.17%～0.24%；Mn，0.35%～0.65%；Si，0.17%～0.37%。P22管材化学成分为：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%。由上述化学成分可知，2种管材如置于潮湿空气中，都较易生锈［2］。

2.2 管道布置

根据现场管道布置情况可知：（1）TCA管道是与大气相通的开放系统；（2）TCA分离器布置在整个系统的最底部；（3）TCA管道联箱及沿途管道设计有手动疏水阀，但疏水频率较低。由于两班制运行及定期水洗，TCA管路不可避免会出现积水，因此，TCA系统如疏水不净则会导致管道内空气潮湿，随之引起管路内壁氧化锈蚀，尤其以疏水口为甚。

2.3 空气湿度

在启动升速阶段，当机组为日启机工况（DSS）时，转子冷却空气（RCA）温度介于65～100℃之间，处于对应饱和空气露点边缘，积水较少。但是，当机组为每周启停工况（WSS）时，RCA温度介于35～70℃之间，已经位于对应饱和空气露点温度以下，很容易出现积水现象。在燃机转速为2200r/min左右收集到了大量疏水，因此，TCA管道疏水不畅是该管道生锈的根本原因［3］。

由于TCA分离器筒体布置在整个管路系统中的最低点，因此，当分离器筒体中存有积水，则TCA冷却空气流过分离器时，会将积水附带在流过的冷却空气中，引起分离器后管道在启、停机过程中以及在长时间停机后，都处于潮湿的空气当中，进而引起TCA分离器后管道，转子轮盘内出现氧化生锈现象［4］。

3 防治措施与建议

3.1 保证燃机进气清洁

定期检查进气粗、精滤芯及进气室，避免进气滤芯破损或进气室局部漏气等影响压气机进气品质。

3.2 加强TCA管道疏水

在机组升速阶段及停机后增加现有人工疏水频率。改造疏水管路形式，尤其是分离器筒体疏水系统，将现有手动疏水改为电动或气动疏水。在升转速阶段及停机后可设计疏水阀开关逻辑，建议机组达到额定转速后该阀门保持常闭状态［5］。

3.3 升级TCA管道材质

将分离器后TCA所有管道由现有材质替换为304或316不锈钢，但由于2种材质膨胀系数略微不同，为安全起见，现场管道的走向及支座设计等是否需要变更应得到具有相关资质的单位确认。由于燃机间内管道纵横交错，大规模更换管道工作量较大，该更换工作需有充足检修时间保证，可在燃机T检、M检检修中考虑实施。

3.4 保证管道内部干燥及保养

充氮气可以将TCA内部管道与大气隔离，避免氧化。但由于TCA系统与大气相通，氮气使用量会非常大，成本非常高。

充压缩空气是为了使管道内部空气一直流动，保证管道干燥，避免积水。气源可以选择厂内仪用压缩空气或者单独设计一套鼓风装置，但同样由于系统无法做到保压，因此需一直供压缩空气，同时，还必须考虑到：（1）充入的仪用压缩空气或氮气必须保证干燥、洁净；（2）充入的气体会进入转子轮盘空腔，并且最终会从透平动叶冷却孔中流出。因此，为避免充入的气体与热通道部件温差过大，温度、压力、流量及何时充入应得到原厂家制造商认可；（3）建议选择积水最严重、位置最低的分离器筒体疏水管作为干燥气体充入口。

当机组停运48 h以后，TCA管道内部空气温度降为35℃左右，已接近甚至低于管道内饱和空气露点，管道底部逐渐出现积水。在TCA管道内充压缩空气可以有效降低管道内大气湿度，保证管道干燥。

当足够流量的干燥、洁净压缩空气充入后，管道内空气相对湿度明显下降，大大降低了管道内壁在35℃左右的铁锈生成率。

TCA管道充洁净空气方案所需主要设备包括：外置空压机；管路系统（建议采用304不锈钢）；阀门（3个气动控制阀，2个手动阀，1个逆止阀）。

建议在洁净、干燥的压缩空气从空压机出口后的管路上加装1个手动隔离阀，1个气动关断阀及1个气动控制阀，再加1个逆止阀和1个手动隔离阀，最后接入TCA分离器回收管道三通接口。其中，在气动关断阀及控制阀之间设计疏水管路，疏水阀为气动控制阀。

4 结束语

TCA管道系统犹如电厂燃机透平的“大动脉”，内壁的洁净至关重要。由于原厂家在管道选材及疏水运行方式上出现设计缺陷，致使该系统分离器后管道出现了明显锈蚀、起皮现象，对转子轮盘及动叶片安全运行产生了重大隐患，因此，建议从增加疏水、改善材质、充压缩空气防潮等3方面对其进行优化，以彻底消除隐患，确保机组安全稳定运行。

［1］清华大学热能工程系动力机械与工程研究所.燃气轮机与燃气－蒸汽联合循环装置［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［2］殷丽秋，吴明，修连强，等.油气管道的腐蚀行为与防护技术［J］.当代化工，2013（6）：832－835.

［3］包月霞.金属腐蚀的分类和防护方法［J］.广东化工，2010，37（7）：199，216.

［4］黄力森，陈红英.M701F型燃气轮机冷却空气系统［J］.热力发电，2006，35（10）：54－56，59.

［5］龚文强，王庆韧.燃气轮机热端部件寿命的等效运行时间分析［J］.中国电力，2010（8）：28－30.

（本文责编：齐琳）

TE 98

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1674－1951（2016）10－0049－02

李惠（1988—），女，广东茂名人，工程师，从事电站设备检修管理方面的工作（E-mail：0752lh＠163.com）。

2016－07－05；

2016－08－30