Case study Ecol: Ponad 323 kg osadów usuniętych z dwóch turbin parowych Siemens SST-700

stan turbiny przed czyszczeniem

Nawet niewielka ilość osadów w części przepływowej turbiny może z czasem ograniczać jej sprawność i pogarszać parametry pracy. W elektrowni w Turcji zdecydowano się na czyszczenie chemiczne z użyciem piany, aby skutecznie usunąć zanieczyszczenia bez konieczności czasochłonnego demontażu korpusu i elementów urządzenia. Rezultaty procesu pokazały, że odpowiednio przeprowadzone czyszczenie może przełożyć się nie tylko na usunięcie osadów, ale również na wyraźną poprawę efektywności turbiny.

W tym case study pokazujemy, z jakim problemem zmierzyła się elektrownia, jak przebiegało czyszczenie oraz jakie konkretne efekty udało się osiągnąć po jego wykonaniu.

jak czyszczenie pianowe poprawiło parametry pracy turbin w elektrowni Tufanbeyli w Turcji

Firma Ecol przeprowadziła chemiczne czyszczenie pianą sekcji wysokoprężnych (WP) dwóch turbin parowych Siemens SST-700 o mocy znamionowej 150 MW w elektrowni cieplnej. Celem było usunięcie osadów nagromadzonych w układzie przepływowym oraz przywrócenie prawidłowych warunków pracy turbin.
Projekt zrealizowano podczas planowanych postojów remontowych w kwietniu 2026 roku.

najważniejsze wyniki projektu

• Ponad 323 kg osadów usuniętych z obu turbin.
• 35–40°C – o tyle obniżyła się temperatura łożyska oporowego WP po czyszczeniu.
• 20–30% – o tyle zmniejszyło się osiowe przesunięcie wału WP.
• 5 dni – czas realizacji prac na Unit 1. 6 dni – czas realizacji prac na Unit 2.

Obie turbiny były czyszczone przez 11-osobowy zespół pracujący w systemie dwuzmianowym.

problem: osady w sekcji wysokoprężnej

Głównym celem prac było usunięcie niepożądanych osadów z sekcji WP obu turbin Siemens SST-700. Zanieczyszczenia znajdujące się w części przepływowej wpływały nie tylko na sprawność termodynamiczną i wydajność jednostek, ale również na inne parametry pracy turbiny, w tym temperaturę łożyska oporowego, osiowe przemieszczenie wału, stabilność wirnika oraz płynność pracy maszyny.

Osady zmieniają profil aerodynamiczny łopatek i kierownic, zwiększają chropowatość ich powierzchni oraz pogarszają warunki przepływu pary. W konsekwencji mogą prowadzić do strat sprawności i spadku mocy, a także zmieniać siły osiowe działające na wirnik i zwiększać obciążenia cieplne oraz mechaniczne łożyska oporowego.

Dlatego w tym projekcie kluczowe było nie tylko potwierdzenie skuteczności usunięcia osadów, ale przede wszystkim potwierdzenie wpływu czyszczenia na parametry wydajnościowe turbiny.

co znajdowało się na łopatkach?

Analizy osadów pobranych z poszczególnych rzędów łopatek WP wykazały podobny charakter zanieczyszczeń w obu jednostkach. Wskazywało to na wspólne źródła ich powstawania, związane przede wszystkim z chemią obiegu wodno-parowego oraz transportem produktów korozji.
W badanych osadach stwierdzono przede wszystkim związki aluminium, fosforu i sodu, przy stosunkowo niskiej zawartości żelaza. W przypadku aluminium udział wynosił 26–37%, fosforu 24–32%, sodu 19–32%, żelaza 4–9%, a miedzi 6–10% masy.

Analiza mechanizmu powstawania osadów wskazała, że nie były to typowe produkty korozji. Dominowały zanieczyszczenia związane m.in. z przenoszeniem zanieczyszczeń z kotła, niepełnym usuwaniem reagentów stosowanych w uzdatnianiu wody oraz koncentracją rozpuszczonych soli podczas rozprężania pary.

Analiza wykazała również wzrost udziału sodu i fosforu w kolejnych stopniach turbiny wraz ze spadkiem ciśnienia z około 115 do 46 bar i temperatury z około 460 do 345°C. Wskazuje to na kondensację i osadzanie się części tych związków w środkowej i końcowej części sekcji WP.

Istotnym składnikiem osadów była również krzemionka (SiO₂). W warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury część krzemionki może być transportowana wraz z parą, a podczas jej rozprężania wytrącać się na powierzchniach łopatek, tworząc bardzo twarde osady trudne do usunięcia.

najpierw testy laboratoryjne, potem czyszczenie

Przed rozpoczęciem prac Ecol przeprowadził badania mające potwierdzić wpływ technologii na korozyjność materiału łopatek. Testy wykonano na materiale dostraczonym przez klienta – fragmentach łopatek części WP stosowanych turbinnie Siemens SST-700 – stali martenzytycznej 1.4121 (X20Cr13 / AISI 420). Celem było potwierdzenie, że zastosowana technologia chemiczna nie powoduje przyspieszonej degradacji materiału.

Próbki poddano czterogodzinnym testom w roztworach zawierających kwas, inhibitor korozji oraz – w jednym z wariantów – aktywator. Po zakończeniu testów próbki zostały zneutralizowane wodą amoniakalną o stężeniu poniżej 1% i wysuszone.

Obliczone szybkości korozji wyniosły 0,002016 mm/rok dla pierwszej próbki oraz 0,001558 mm/rok dla drugiej. Oba wyniki zaklasyfikowano do grupy II – materiałów o wysokiej odporności na korozję.

Badania wizualne i mikroskopowe po zakończeniu testów nie wykazały wżerów, korozji międzykrystalicznej ani innych form lokalnej degradacji materiału. Zaobserwowano jedynie bardzo niewielkie, miejscowe zmiany powierzchni.
Wyniki potwierdziły, że obecność zastosowanych środków chemicznych nie powodowała zwiększenia szybkości korozji, a technologia czyszczenia pianowego nie prowadziła do przyspieszonej degradacji stali 1.4121.

czyszczenie bez otwierania korpusu turbiny

Ecol zastosował technologię chemicznego czyszczenia sekcji WP bez otwierania korpusu turbiny. Aktywne środki chemiczne były wprowadzane do piany, która następnie trafiała do ścieżki przepływu turbiny.

Piana pełniła funkcję nośnika reagentów chemicznych, zapewniając wydłużony czas kontaktu ze skażonymi powierzchniami oraz umożliwiając dotarcie do trudno dostępnych miejsc ścieżki przepływu. Pozwalało to rozpuszczać, odspajać i usuwać osady bez konieczności szerokiego demontażu turbiny.

Przygotowanie instalacji obejmowało m.in. odizolowanie czyszczonego odcinka od pozostałej części systemu, demontaż wskazanych elementów układu parowego i drenażowego, montaż tymczasowych zbiorników, pomp, wymienników ciepła, układów cyrkulacyjnych, przewodów, aparatury pomiarowej oraz systemów dozowania chemikaliów.

Na miejscu Ecol wykorzystał, generator piany, układ odbioru piany, tymczasowe zbiorniki chemiczne, instalację odprowadzania zużytej piany oraz mobilne laboratorium.

kontrolowany proces od płukania do pasywacji

Proces dla Unit 1 i Unit 2 obejmował płukanie wstępne, dwa etapy czyszczenia kwaśnego, płukanie międzyoperacyjne, neutralizację i pasywację oraz płukanie końcowe. Przebieg prac był na bieżąco monitorowany na podstawie zmian pH i przewodności.

Po zakończeniu neutralizacji i pasywacji przeprowadzono płukanie końcowe, podczas którego kontrolowano przewodność oraz parametry kondensatu odprowadzanego z drenów turbiny.

Przed uruchomieniem obu jednostek pH i konduktywności zostały doprowadzone do wartości wymaganych zgodnie ze specyfikacją techniczną.

efekt widoczny nie tylko na łopatkach

Porównanie łopatek Unit 1 i Unit 2 przed i po procesie pokazuje usunięcie nagromadzonych osadów z powierzchni elementów sekcji WP.

Przy maksymalnym obciążeniu osiowe przemieszczenie wału WP zmniejszyło się z 0,90 do 0,63 mm w STG1 oraz z 0,846 do 0,670 mm w STG2. Temperatura łożyska WP spadła odpowiednio z 107,1 do 67,4°C oraz z 109,3 do 73,0°C.

Na większości punktów pomiarowych odnotowano również spadek poziomu drgań. W przypadku łożysk generatora po stronie wzbudzenia spadek wyniósł około 19% dla STG1 i 31% dla STG2, a po stronie niewzbudzanej odpowiednio około 23% i 22%. W sekcji IP spadki wyniosły około 25–28% na wlocie oraz około 10–26% na wylocie.

Dokument wskazuje jednak, że parametry uznawane przez operatora za krytyczne dla niezawodności – temperatura łożyska oporowego oraz osiowa pozycja wału – poprawiły się jednocześnie.

ponad 323 kg usuniętych osadów

Czyszczenie pianowe sekcji WP doprowadziło do usunięcia około 156,13 kg osadów z Unit 1 oraz około 167,19 kg z Unit 2. Łącznie z obu turbin usunięto ponad 323 kg osadów.
Największą część usuniętego materiału stanowiła krzemionka (SiO₂): 115,40 kg z Unit 1 oraz 89,33 kg z Unit 2. Znaczącą część stanowiły również jony sodu – odpowiednio 15,08 i 51,96 kg – oraz żelazo – 23,73 i 24,25 kg.

efekty potwierdzone na dwóch niezależnych jednostkach

Porównanie pracy przed i po czyszczeniu obu turbin potwierdziło powtarzalność rezultatów uzyskanych dzięki technologii aktywnego czyszczenia pianowego. Niezależnie od różnic w stanie początkowym jednostek osiągnięto obniżeie temperatury łożyska oporowego o 35–40°C, zmniejszenie osiowego przemieszczenia wału WP o 20–30%, redukcję poziomu drgań w większości punktów pomiarowych oraz utrzymanie parametrów pracy przy pełnym obciążeniu.

Wyniki wskazują, że usunięcie osadów z sekcji wysokoprężnej wpłynęło nie tylko na warunki przepływu pary, ale również na mechaniczne warunki pracy wirnika. Dokument wskazuje na jednoczesne zmniejszenie temperatury łożyska oporowego i sił osiowych jako potwierdzenie poprawy warunków eksploatacyjnych obu jednostek.

ocena klienta

Po zakończeniu czyszczenia Unit 1 i 2 klient potwierdził wysoką skuteczność procesu
W informacji zwrotnej klient podkreślił znaczenie zmniejszenia temperatury łożyska oporowego i osiowego położenia wału dla stabilności, bezpieczeństwa i niezawodności pracy turbiny. Wskazał również na profesjonalne podejście zespołu Ecol, sprawną organizację prac oraz wsparcie techniczne na kolejnych etapach projektu.

Klient zadeklarował także zamiar kontynuowania współpracy z Ecol przy kolejnych projektach tego typu

– Efekty procesu były widoczne nie tylko w ilości usuniętych zanieczyszczeń, ale przede wszystkim w poprawie parametrów pracy maszyny, co potwierdził monitoring eksploatacyjny prowadzony po uruchomieniu bloków.

Michał Iwanecki – Główny Technolog

– Największą wartością projektu była powtarzalność uzyskanych rezultatów na dwóch niezależnych jednostkach oraz potwierdzenie, że czyszczenie aktywną pianą może znacząco poprawić nie tylko efektywność energetyczną, ale również niezawodność mechaniczną turbiny.

Robert Prenzel – Kierownik Projektu

– W trakcie całego procesu nie możemy pozwolić sobie nawet na najmniejszy błąd. Największym problemem klienta było aksjalne przesunięcie wału, które wpływało na temperaturę pracy łożysk, a w konsekwencji prowadziło do pracy przy obniżonych parametrach lub zwiększonego ryzyka awarii. Skutki obecności osadów w układzie wodno-parowym zostały wyeliminowane.

Marcin Wojtasik – Główny Inżynier

podsumowanie

Projekt w elektrowni w Turcji pokazał, że aktywne czyszczenie pianowe może być wykorzystane do usuwania osadów z sekcji wysokoprężnych turbin Siemens SST-700 bez otwierania korpusu turbiny. W przypadku dwóch jednostek usunięto łącznie ponad 323 kg osadów, a po ponownym uruchomieniu zaobserwowano poprawę kluczowych parametrów mechanicznych.

Najbardziej wyraźne efekty dotyczyły temperatury łożyska oporowego WP oraz osiowego przemieszczenia wału. Temperatura łożyska spadła o 35–40°C, a osiowe przemieszczenie wału WP zmniejszyło się o 20–30%. Jednocześnie na większości punktów pomiarowych odnotowano spadek poziomu drgań.

Projekt został przeprowadzony na dwóch niezależnych jednostkach, a podobne rezultaty uzyskane w obu przypadkach potwierdziły powtarzalność zastosowanej technologii czyszczenia pianowego.

projekt w liczbach:

• 2 – turbiny Siemens SST-700 poddane czyszczeniu.
• 150 MW – moc znamionowa każdej turbiny.
• >323 kg – łączna masa usuniętych osadów.
• 35–40°C – spadek temperatury łożyska oporowego WP.
• 20–30% – redukcja osiowego przemieszczenia wału WP.
• 11 osób – liczebność zespołu pracującego przy każdej jednostce.
• 18 h – czas czyszczenia i pasywacji każdej jednostki.
• 24 h – czas przedmuchu parowego każdej jednostki.