Энергетические установки ежедневно перерабатывают огромные объемы горючих материалов. Физико-химические свойства сжигаемого сырья напрямую определяют скорость старения и разрушения узлов этих агрегатов. Использование низкосортных углеводородов запускает цепь негативных физических и химических реакций, приводящих к истончению поверхностей нагрева, поломке форсунок и выходу из строя подвижных элементов турбин.
Специфика воздействия твердых углеводородов
Уголь, торф и различные виды биомассы традиционно содержат большое количество минеральных негорючих включений. При их термическом разложении образуется зола – главный враг металлических поверхностей котельного оборудования. Частицы золы, подхватываемые потоком дымовых газов, движутся со скоростью в несколько десятков метров в секунду. Сталкиваясь с трубами пароперегревателей и экономайзеров, они вызывают сильный абразивный износ, буквально стирая верхние слои стали. Интенсивность золового износа пропорциональна кубу скорости газового потока и напрямую зависит от концентрации твердых частиц.
Помимо механического истирания, минеральные компоненты склонны к оплавлению. При высоких температурах они переходят в жидкотекучее состояние и оседают на экранах топки в виде плотного шлака.
Регулярное использование высокозольного угля приводит к следующим последствиям:
- уменьшение толщины стенок конвективных труб, что рано или поздно заканчивается образованием свищей и разрывами под давлением;
- нарушение аэродинамики газового тракта из-за сильного шлакования проходов между трубами, что заставляет повышать мощность дымососов;
- снижение общего коэффициента полезного действия станции из-за ухудшения теплопередачи через слой накипи и шлака.
Проблемы сжигания жидких нефтепродуктов
Мазут и дизельное горючее по-своему влияют на механизмы. В тяжелых нефтяных остатках часто содержится большое количество серы и ванадия. В момент сжигания мазута сера окисляется до сернистого ангидрида, который при контакте с водяными парами в хвостовых поверхностях котла образует серную кислоту. Начинается интенсивная низкотемпературная коррозия. Металл воздухоподогревателей разъедается с колоссальной скоростью, превращаясь в хрупкую ржавую массу.
Ванадий, в свою очередь, выступает катализатором высокотемпературной коррозии. Образующиеся соединения ванадия плавятся при температуре около 600 градусов Цельсия, разрушая защитную оксидную пленку на легированных сталях. Динамика истончения металла возрастает в несколько раз.
Если же рассматривать легкие фракции, такие как дизель, то здесь основную угрозу несут вода и механические взвеси. Они скапливаются в резервуарах и попадают в топливопроводы. Присутствие влаги и пыли в солярке вызывает такие дефекты:
- задиры и заклинивание прецизионных пар топливных насосов высокого давления из-за нарушения смазывающей пленки;
- активный кавитационный износ игл распылителей форсунок, нарушающий правильный факел распыла;
- прогорание поршней в двигателях внутреннего сгорания вследствие попадания крупных капель воды и резких скачков давления в цилиндрах.
Влияние компонентного состава газа на турбины
Природный и попутный нефтяной газ считаются наиболее чистыми видами горючего, однако и они способны навредить сложным агрегатам. Основной причиной поломок газоперекачивающих аппаратов и энергетических турбин становятся скопления жидкого конденсата и присутствие сероводорода. Если система подготовки сырья дает сбой, вместе с потоком метана в камеру сгорания прорываются капли тяжелых углеводородов или вода.
Попадание жидкости на рабочие лопатки турбины, вращающиеся на огромной скорости, вызывает эффект гидроабразивной обработки. Металл получает микроповреждения, которые быстро перерастают в глубокие трещины из-за постоянных вибрационных нагрузок. Сероводород провоцирует сульфидное растрескивание под напряжением. Молекулы водорода проникают в кристаллическую решетку сплавов, снижая их пластичность и провоцируя внезапное разрушение дисков и лопаток при достижении предельных оборотов.
Недостаточная очистка газа от механических примесей влечет за собой:
- закупорку охлаждающих каналов внутри лопаток турбины, что вызывает их мгновенный локальный перегрев и оплавление кромок;
- преждевременный выход из строя запорно-регулирующей арматуры из-за повреждения уплотнительных седел;
- износ подшипниковых узлов газовых компрессоров, куда твердые частицы проникают вместе с уплотнительным газом.
Способы предотвратить ускоренный износ узлов
Техническое состояние электростанций и двигателей во многом зависит от показателей поступающего сырья. Производителям энергии приходятся постоянно балансировать между желанием сэкономить на закупках углеводородов и расходами на последующий ремонт оборудования. Физические свойства сжигаемого материала нельзя игнорировать при планировании регламентных работ.
Для уменьшения износа на предприятиях внедряются многоступенчатые системы фильтрации, подогрева и сепарации. Сепараторы центробежного типа отделяют воду от мазута, магнитно-сетчатые фильтры улавливают металлическую стружку из дизеля, а газовые скрубберы осушают метан перед подачей в горелки. Дополнительно применяются специальные химические присадки, связывающие серу и подавляющие нагарообразование. Все эти технические решения помогают сохранить расчетный ресурс металла и предотвратить аварийные остановки энергоблоков.