Daño y tratamiento de las palas finales de la turbina de vapor de baja presión

1. Características del entorno de trabajo de las palas de la turbina

El entorno de trabajo de las palas de la turbina de vapor es muy complejo y severo. Específicamente, se pueden dividir en tres partes: alta, media y baja presión. En comparación con las palas en las secciones de alta y media presión, las condiciones de trabajo de las últimas palas en la sección de baja presión de la turbina de vapor tienen las siguientes características: la presión de vapor en la última etapa de la sección de baja presión es inferior a la presión atmosférica, el caudal volumétrico de vapor aumenta significativamente y el flujo es complejo; el vapor en la última etapa de la sección de baja presión tiene un alto contenido de humedad, y las gotas de agua en el vapor tienen un impacto significativo en las palas; cuando la turbina de vapor opera en condiciones variables, el estado de trabajo de la última pala de la sección de baja presión cambia más, lo que afecta gravemente su resistencia y vibración; la última pala de la sección de baja presión es más larga que otras palas, y las condiciones de resistencia son más estrictas.

Estas características requieren que el diseño de las palas de la última etapa de la sección de baja presión debe ser considerado de manera más integral y cuidadosa durante el proceso de diseño y fabricación de las turbinas de vapor de baja presión. En general, el diseño de las palas de la última etapa de la sección de baja presión requiere programas de análisis más avanzados, más cálculos y diseños estructurales más complejos en comparación con el diseño de otras palas. La fabricación es más difícil, como por ejemplo: refuerzo mediante chisporroteo eléctrico y templado por llama, templado de alta frecuencia de las palas, termoendurecimiento, recubrimiento láser, templado superficial láser local, incrustación periférica, etc. A pesar de esto, los daños en las palas de la última etapa aún ocurren ocasionalmente.

2 Formas y causas de daño de las palas de la última etapa en la sección de baja presión

Existen muchas formas y causas de daño en las palas de la última etapa en la sección de baja presión, siendo las principales: formas y causas de daño mecánico; formas y causas de daño no mecánico.

Daño mecánico y sus causas: Por ejemplo, partículas duras extrañas entran en la turbina y dañan las palas, partes fijas dentro de la turbina se desprenden y dañan las palas, el rotor y el cilindro no están bien alineados o el cilindro está deformado, lo que provoca que las palas rocen contra el sello de vapor, y surcos se desgastan en el contorno de la pala, etc. Sin embargo, la mayoría de los daños son causados por razones distintas a los factores de diseño de las palas finales, siendo estos daños mecánicos. Este tipo de daño puede ser tratado con diferentes medidas dependiendo de su gravedad y el impacto en la operación.

Daño no mecánico y causas: daño causado por la corrosión de las palas debido a una mala calidad del vapor; daño causado por la erosión por agua provocada por el impacto de agua líquida en el vapor húmedo. Este artículo discute principalmente las dos causas de daño no mecánico y los métodos de tratamiento de las palas de la sección de baja presión: análisis de las causas del daño causado por la corrosión de las palas debido a una mala calidad del vapor y métodos de tratamiento.

Análisis de la causa: Por lo general, las palas de la turbina de baja presión están hechas de acero inoxidable resistente al calor. Este material tiene una buena resistencia a la corrosión porque se forma un film protector de óxido denso y estable en su superficie. Sin embargo, si el vapor contiene CO2, SO2, especialmente iones cloruros, el film protector en la superficie de la pala se corroerá y desarrollará rápidamente en profundidad, causando corrosión en la pala y reduciendo considerablemente la resistencia de la misma. Tomando como ejemplo el acero inoxidable 2Cr13, la resistencia a la fatiga por flexión a temperatura ambiente en aire es de 390 N/mm2 (especimen sin muesca, número de ciclos de estrés n=5x107, lo mismo a continuación), y la resistencia a la fatiga por flexión en agua de condensado limpia sigue siendo de 275~315 N/mm2. Sin embargo, en una solución de óxidos con contenido de NaCl >1%, la resistencia a la fatiga por flexión disminuye drásticamente hasta 115~135 N/mm2. La reducción de la resistencia a la fatiga implica una vida útil más corta. A través de inspecciones instrumentales de las palas finales, se encontró que la corrosión de las palas finales de baja presión ocurre principalmente en cada etapa de la zona de vapor húmedo, y a menudo hay corrosión local en la superficie de la pala debajo de la capa de escoria, que luego se expande para formar grietas. Continuar operando provocará roturas de las palas debido a la fatiga por corrosión. Las inspecciones e investigaciones instrumentales de las palas rotas mostraron que la capa de sedimento en la fractura contenía cloruros.