Dano e tratamento das pás finais da turbina de baixa pressão

1. Características do ambiente de trabalho das pás de turbina

O ambiente de trabalho das pás da turbina a vapor é muito complexo e rigoroso. Especificamente, elas podem ser divididas em três partes: alta, média e baixa pressão. Em comparação com as pás nas seções de alta e média pressão, as condições de trabalho das últimas pás na seção de baixa pressão da turbina a vapor têm as seguintes características: a pressão do vapor na última etapa da seção de baixa pressão é inferior à pressão atmosférica, a taxa de fluxo volumétrico do vapor aumenta significativamente e o fluxo é complexo; o vapor na última etapa da seção de baixa pressão tem um alto teor de umidade, e as gotas de água no vapor têm um impacto significativo nas pás; quando a turbina a vapor opera em condições variáveis, o estado de trabalho da última pá da seção de baixa pressão muda mais, o que afeta gravemente sua resistência e vibração; a última pá da seção de baixa pressão é mais longa do que outras pás, e as condições de resistência são mais rigorosas.

Essas características exigem que o design das pás da última etapa da seção de baixa pressão deve ser considerado de forma mais abrangente e cuidadosamente durante o processo de design e fabricação de turbinas a vapor de baixa pressão. Em geral, o design das pás da última etapa da seção de baixa pressão requer programas de análise mais avançados, mais cálculos e designs estruturais mais complexos do que o design de outras pás. A fabricação é mais difícil, como: reforço por descarga elétrica e resfriamento a chama e revenimento de alta frequência das lâminas, termo spray, revestimento a laser, revenimento superficial a laser localizado, incrustação periférica, etc. Apesar disso, danos às pás da última etapa ainda ocorrem de vez em quando.

2 Formas de dano e causas das pás da última etapa na seção de baixa pressão

Existem muitas formas e causas de danos às pás da última etapa na seção de baixa pressão, sendo as principais: formas e causas de danos mecânicos; formas e causas de danos não mecânicos.

Danos mecânicos e suas causas: Por exemplo, partículas duras estranhas entram na turbina e danificam as pás, partes fixas dentro da turbina se desprendem e danificam as pás, o rotor e o cilindro não estão bem alinhados ou o cilindro está deformado, causando o atrito das pás contra o selo a vapor, e sulcos são desgastados no invólucro da pá, etc. No entanto, a maioria dos danos é causada por razões que não estão relacionadas aos fatores de design das pás finais, sendo esses danos mecânicos. Esse tipo de dano pode ser tratado por diferentes medidas dependendo de sua gravidade e do impacto na operação.

Dano não mecânico e causas: dano causado pela corrosão das pás devido à má qualidade do vapor; dano causado pela erosão por água devido ao impacto de água líquida no vapor úmido. Este artigo discute principalmente as duas causas de dano não mecânico e métodos de tratamento das pás da seção de baixa pressão: análise das causas do dano causado pela corrosão das pás devido à má qualidade do vapor e métodos de tratamento.

Análise de causa: Normalmente, as pás da turbina de baixa pressão são feitas de aço inoxidável resistente ao calor. Este material tem boa resistência à corrosão porque uma camada protetora de óxido denso e estável se forma em sua superfície. No entanto, se o vapor contiver CO2, SO2, especialmente íons clorídricos, a camada protetora na superfície da pá será corroída e rapidamente se desenvolverá em profundidade, causando corrosão na pá, e a resistência da pá será drasticamente reduzida. Tomando como exemplo o aço inoxidável 2Cr13, a resistência à fadiga flexionante à temperatura ambiente no ar é de 390 N/mm2 (espécime sem notch, número de ciclos de estresse n=5x107, o mesmo abaixo), e a resistência à fadiga flexionante em água de condensado limpa ainda é de 275~315 N/mm2. No entanto, em uma solução de óxido com teor de NaCl >1%, a resistência à fadiga flexionante cai drasticamente para 115~135 N/mm2. A resistência à fadiga reduzida significa uma vida útil encurtada. Por meio de inspeção instrumental das pás finais, foi constatado que a corrosão das pás finais de baixa pressão ocorreu principalmente em cada estágio na zona de vapor úmido, e a corrosão local frequentemente ocorreu na superfície da pá sob a camada de escória, expandindo-se então para formar trincas. Continuar operando causará a quebra da pá devido à fadiga por corrosão. A inspeção e análise dos fragmentos quebrados por instrumentos mostraram que a camada de sedimento na fratura continha cloridratos.