CN102762315A - 用于清洁燃气轮机燃料室构件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法，该方法用于将含有作为铁溶解剂的磷酸的化学溶液输送通过燃气轮机的正向燃烧罐中的四元环面腔室，以溶解氧化铁沉积物并由此有利于内部燃料路径的清洁。该方法使用附接到具有引流挡板的四元燃料凸缘上的清洁凸缘，该引流挡板进入四元燃料孔并且沿一个方向将清洁溶液流引导到四元环面腔室内。

Description

用于清洁燃气轮机燃料室构件的方法
技术领域
本发明总体上涉及氧化铁腐蚀产物的去除，且更具体地涉及一种用于输送清洁化学品以去除可在燃气轮机中的燃料路径内形成的腐蚀物积聚的方法。
背景技术
某些燃气轮机，例如GE构架6FA、7FA和9FA燃气轮机，具有由低碳钢构成的构件。氧化铁腐蚀产物可形成并导致铁沉积物在涡轮燃烧套管或“罐”的燃料路径或通道内部的不希望的积聚。例如，图1和2示意性地图示了一种具有四元燃料回路(quaternary fuel circuit)的GE燃气轮机正向燃烧罐(forward combustion can)。四元燃料气体输入孔通向在正向燃烧罐的圆周周围延伸的四元燃料气体分配环面腔室。四元环面腔室中的燃料气体通过多个四元柱(例如，15个柱)分配到正向燃烧室内。集中在四元环面腔室中的任何氧化铁腐蚀产物可引起四元柱中的燃料气体通路的堵塞，这潜在地干扰燃烧室中的火焰模式。该阻塞会引起效率降低并引起氮氧化物排放物增加。另外，当启用四元燃料回路时一些部位经历跳脱(trip)。当对前套管的检查表明铁沉积物积聚时，建议对四元环面进行清洁，以确保可靠的操作。如可理解的那样，四元燃料气体分配环面腔室是狭窄的通路且难以接近。
目前，机械地清洁四元燃料气体分配环面腔室的方法包括切断燃料柱，接着试图通过经由燃料柱孔获得对四元环面通道的接近而用水力冲洗(hydro-blast)铁沉积物。这只能在配置用于切断并重新附接燃料柱的设备处在现场以外进行。部分地由于燃料柱移除和重新焊接，该清洁方法很耗时并且典型地花费数周来处理和恢复燃烧室。
希望提供一种快速方法，以清洁燃气轮机中的关键燃料路径，从而消除铁沉积物堵塞燃料气体通路的可能性。
发明内容
在一方面，本发明针对一种用于传输化学溶液通过四元燃料气体分配环面腔室以溶解氧化铁沉积物并由此有利于内部燃料路径的清洁的方法。在一个实施例中，该方法清洁已聚集在燃气轮机的正向燃烧罐中的四元燃料气体分配环面腔室中的氧化铁腐蚀沉淀物，其中每个正向燃烧罐均具有四元燃料凸缘和通向四元环面腔室的四元燃料孔。该方法包括从燃气轮机移除至少一个正向燃烧罐并将清洁凸缘附接到该罐的四元燃料凸缘上。清洁凸缘具有引流挡板，该引流挡板进入四元燃料孔并延长从四元燃料凸缘通向四元环面腔室的喉部的长度，使得挡板将喉部分为清洁溶液输入部分和清洁溶液输出部分。该方法还包括将燃烧罐连接到化学清洁系统上，该化学清洁系统具有充当用于清洁溶液的槽的化学品供应储器和从该供应储器进行抽吸的循环泵。该化学清洁系统使用具有含有铁溶解剂的合成物的清洁溶液。该方法还包括使用清洁凸缘引导清洁溶液流通过四元燃料凸缘并引导通过喉部的输入部分，使得挡板沿一个方向将清洁溶液引导到燃烧罐的圆周周围的四元环面腔室内，其中在围绕四元环面腔室流动(navigate)后，挡板将清洁溶液引导到喉部的输出部分内并经清洁凸缘引出燃烧罐。最后，该方法包括使清洁溶液返回化学品供应储器。
在阅读下文参考附图的详细说明和所附权利要求后，本发明及其相对于现有技术的优点将变得显而易见。
附图说明
通过参考下文结合附图对本发明的实施例进行的描述，本发明的上述和其它特征将变得更加明显，并且将更好地理解本发明本身，在附图中：
图1图示了GE燃气轮机的正向燃烧罐；
图2图示了图1的正向燃烧罐的放大剖视图，图示了四元燃料气体分配环面腔室；
图3是用于清洁图2的四元燃料气体分配环面腔室的根据本发明的一个实施例的化学清洁系统的示意图；
图4是该化学清洁系统的一部分的放大视图，图示了该系统连接到正向燃烧罐的四元燃料凸缘上的清洁凸缘；以及
图5是图4的清洁凸缘的透视图。
附图的全部视图中对应的附图标记表示对应的零件。
具体实施方式
现将在下文参考附图的详细描述中描述本发明，其中详细描述优选实施例以使本发明能够实施。尽管参考这些特定优选实施例来描述本发明，但应理解的是，本发明并不限于这些优选实施例。相反，本发明包括许多备选方案、改型和等效方案，如通过考虑下文的详细描述将变得显而易见的那样。
单数形式“一”、“一个”和“该”包括多个指代对象，除非在上下文中清楚地另有所指。叙述相同特征的所有范围的端点可独立地结合并且包括述及的端点。所有参考文献在此以引用的方式结合。
结合数量使用的修饰语“约”包括提及的值并具有上下文所指的含义(例如，包括与特定数量的测量值相关的公差范围)。
“可选的”或“可选地”意味着随后描述的事件或情形可能发生也可能不发生，或者随后指出的材料可能存在也可能不存在，并且该描述包括其中该事件或情形发生或者其中该材料存在的例子，以及其中该事件或情形不发生或者该材料不存在的例子。
图1和2图示了用于燃气轮机例如GE构架6FA、7FA和9FA燃气轮机中的类型的正向燃烧罐10。典型的燃气轮机具有若干例如14个正向燃烧罐10。正向燃烧罐10具有带四元燃料气体输入孔14的四元燃料回路12，该孔14通向在正向燃烧罐10的圆周周围延伸的四元燃料气体分配环面腔室16。四元环面腔室16中的燃料气体由多个四元柱18分配到正向燃烧罐10的燃烧室内。正向燃烧罐10和四元环面腔室16的结构将为本领域的技术人员所理解并且无需在文中更详细地论述。
公知铁氧化物腐蚀产物集中在四元环面腔室16中并可引起四元柱18中的燃料气体通路的堵塞。这潜在地干扰正向燃烧罐10的燃烧室中的火焰结构。本发明针对一种从正向燃烧罐10的四元环面腔室16去除这些腐蚀产物的方法。根据本发明，正向燃烧罐10使用常规流程从燃气轮机被移除，并使用新型流程通过活动清洁单元在修理厂或现场进行清洁，使得罐10能够被清洁并在大约数天内而不是常规方法所需的数周内放回到燃气轮机上。尽管所述的本发明的实施例构想从涡轮移除正向燃烧罐10，但应理解的是，罐可在涡轮上的适当位置进行清洁而不偏离本发明的范围。
一旦正向燃烧罐10已从燃气轮机被移除，就使用高压空气来吹扫单独的罐10的四元环面腔室16，以去除脱落的碎屑。通过在四元燃料输入孔14处将高压空气供应源(未示出)附接到四元燃料凸缘20上来向四元环形腔室16提供高压空气。然后如图3中所示将罐10与化学清洁系统22连接。首先可与化学清洁系统22一起使用清洁水冲洗。化学清洁系统22包含充当用于在清洁过程中使用的清洁溶液的槽的化学品供应储器24。供应储器24理想地具有至少约100加仑的容量并且还能够用于混合清洁化学品。化学溶液供应管线28中的泵26从供应储器24进行抽吸并使化学溶液循环通过化学清洁系统22。在一个实施例中，泵26可以是在头部的2英尺处具有140GPM的容量的来自Lake Forrest，IL的W.W.Grainger公司的型号为2WY27的11/2HP离心泵26。通过化学清洁系统22的流速理想地介于约20GPM与约60GPM之间。
化学品供应管线28利用连接到四元燃料凸缘20上的清洁凸缘30附接到第一燃烧罐10上。清洁凸缘30具有凸缘进口32，该凸缘进口32具有接纳化学溶液供应管线28的适配器。清洁凸缘30还具有凸缘出口34，该凸缘出口34具有连接到清洁溶液输送管线36上的适配器。如图4的示意图中所示，清洁凸缘30具有引流挡板40，该引流挡板40进入四元燃料输入孔14并延长从四元燃料凸缘20引向四元环面腔室16的喉部42的长度。引流挡板40将喉部42分为清洁溶液输入部分44和清洁溶液输出部分46。清洁溶液从泵26流入凸缘进口32和四元燃料输入孔14并流经喉部42的输入部分44，如通过流动指示箭头I所示。在所图示的实施例中，一旦清洁溶液进入四元环面腔室16，挡板40便沿顺时针方向将流引导到正向燃烧罐10的圆周周围的四元环面腔室16内，如通过流动指示箭头A所示。在围绕四元环面腔室16流动后，清洁溶液流被挡板40引导到喉部42的输出部分46内并经凸缘出口34引出燃烧罐10，如通过流动指示箭头O所示。如图5的透视图中最佳所示，清洁凸缘30的挡板40具有挡板延长装置50，该挡板延长装置50用于改变挡板40的长度，使得当清洁凸缘30被安装在四元燃料凸缘20上时它与四元环面腔室16的内壁表面52相接触。在一个实施例中，挡板延长装置50包括可滑动的挡板54，该挡板54包含构造成接纳用于提供与不可滑动的挡板60的摩擦连接的螺母58的一个或更多狭槽56。然而，本领域的技术人员应理解，可使用利用合理的工程判断的其它挡板延长装置50。
在一个实施例中，一个或更多燃气轮机的多个燃烧罐10可在化学清洁系统22中连接。在一个实施例中，多个燃烧罐10串联连接，使得流出第一罐10的清洁溶液被引导到第二罐然后通过其余燃烧罐10，如图3中所描绘的那样。本领域的技术人员还应理解，燃烧罐10中的一个或更多也可平行对齐。在清洁溶液经过燃烧罐10之后，清洁溶液返回化学品供应储器24。
清洁溶液合成物包含铁溶解剂。在一个实施例中，该合成物包含磷酸盐或磷酸作为主去垢剂和铁溶解剂。另外，该合成物理想地含有还原剂和抗腐蚀剂。可选地，该合成物还可包含表面活性剂或润湿剂和/或分散剂。共同拥有的美国专利No.4,810,405中教导了合适的合成物，该专利的全部内容在此以引用的方式结合。在一个实施例中，磷酸合适地是羟基乙叉二磷酸(HEDP)；还原剂合适地是异抗坏血酸、亚硫酸钠或其混合物；且抗腐蚀剂合适地是苯并三唑；表面活性剂或润湿剂合适地是两性羧酸(amphocarboxylate)；并且分散剂合适地是聚丙烯酸酯。
在一个理想实施例中，清洁溶液合成物包括可从Trevose，PA的GE Water & Process Technologies获得的CleanBladeTM GTC 1002。CleanBladeTM GTC 1002包含也可从GE Water & Process Technologies获得的
Figure BPA00001545123700061
FQ7101和
Figure BPA00001545123700062
FQ7102。FQ7101含有在7至13w/w％的范围内的磷酸(HEDP)。FQ7102包含在10至20w/w％的范围内的HEPD、在7至13w/w％的范围内的甲酸和在1至5w/w％范围内的乙醇酸。FQ7101是主清洁产品且FQ7102是中和材料。希望的是清洁溶液合成物使除锈率最大化，同时使对基底金属的腐蚀最小化。遗憾的是，这两个目标在实践中是互相排斥的，因为在一般的情况下通过固有地引起一些腐蚀的处理来除锈。因此，在现实中，最佳的去垢剂旨在提供有效的清洁，同时将腐蚀保持在可以接受的极限内。对于FQ7101/FQ7102，已确定将pH值维持在区间5.0-5.5的范围内已提供比如果将pH值维持在6.3-7.2的较高范围内提供更快速的清洁结果。已确定将pH值维持在5.0至5.5的范围内典型地在约3至5天内提供四元环面腔室16的充分清洁。已确定化学品供应储器24中的碳素钢样胚(coupon)的腐蚀率在平均5.3的pH值下处于每年5至10密尔(MPY)的范围内。作为对比，抑制的酸清洁溶液平均将在约500MPY。另外，CleanBladeTM清洁溶液合成物在被清洁的表面上提供基于被动磷酸盐的保护膜。
首先用水填充化学品供应储器24。在一个实施例中，用80加仑水填充化学品供应储器24，允许水在化学清洁系统22中循环，以冲洗通过系统22清洁的四元环面腔室16。然后向化学品供应储器24添加20加仑CleanBladeTM GTC 1002，以获得20％溶液。然而，本领域的技术人员应理解，可使用不同量的水和CleanBladeTM而不偏离本发明的范围。然后向溶液添加
Figure BPA00001545123700071
FQ7102，直到pH值介于5.0与7.0之间，且更理想地介于5.0与5.5之间。定期监视pH值，例如每3小时。在一个实施例中，如果pH值高于5.5，则向化学品供应储器24中的清洁溶液添加FQ7102，直到pH值介于5.0与5.5之间。定期监视清洁溶液的温度并且理想地将其维持在约80°F与约140°F之间的范围内，且更理想地维持在约100°F与约120°F之间的范围内，且目标温度为120°F。可通过化学品供应储器24中的加热器70和缠绕在燃烧罐10周围的绝热罩(未示出)来维持温度。
定期监视清洁溶液中的铁含量。合适的监视间隔包括每12至24小时。CleanBladeTM GTC 1002能够将溶液中10,000ppm的铁作为Fe2O3保持。如果铁含量超过9000ppm，则应该例如通过排出25加仑溶液然后添加20加仑水和5加仑CleanBlade GTC 1002来冲洗系统。
理想的是，在清洁溶液已在化学清洁系统22中循环一段时间例如24小时之后，应该重新连接每个燃烧罐10使得通过每个罐10的四元环面腔室16的流动方向逆转。
清洁溶液理想地在化学清洁系统22中循环48小时与120小时之间。然而，本领域的技术人员应理解，可基于腐蚀水平和四元环面腔室16中存在的初始铁沉积物而使用更长或更短的时间。一般而言，在更高的温度和更低的pH值下以更快的速度进行清洁。
在指定的时间段之后，使用清洁水和高压空气冲洗四元环面腔室16，以清洁出其余残留物。理想地使用内孔窥视仪来检查每个单元。如果燃烧罐10中保持了不满意的铁沉积物水平，则在化学清洁系统22中重新启动清洁溶液的循环，理想地至少再清洁12小时。
因此，本发明通过形成具有泵回路的化学清洁系统22而工作，该泵回路允许使用将流引导到内部腔室16周围的清洁凸缘30使清洁溶液循环通过正向燃烧罐四元环面腔室16。作为该清洁构型的附加益处，多个燃烧罐10可被结合在一起并同时进行清洁。这样，一台GE燃气轮机的一组14个正向燃烧罐10可被结合在一起并且在数天内在单次停机期间进行清洁。本发明的技术和商业优势在缩短停机时间方面对于燃气轮机经营者来说是明显的。另一优势是清洁溶液的接近中性的pH值允许通过标准方法来排放溶液。
虽然已在典型实施例中图示和描述了公开内容，但其并非旨在局限于所示的细节，因为可做出各种改型和替代而不以任何方式偏离本公开内容的精神。因此，利用不超过常规的实验，本领域的技术人员可想到本文公开的公开内容的更多改型和等效方案，并且认为所有此类改型和等效方案在如下文的权利要求所限定的公开内容的范围内。

Claims (19)

1.一种清洁已聚集在燃气轮机的正向燃烧罐中的四元燃料气体分配环面腔室中的氧化铁腐蚀沉淀物的方法，其中每个正向燃烧罐均具有四元燃料凸缘和通向所述四元环面腔室的四元燃料输入孔，所述方法包括：
将清洁凸缘附接到至少一个正向燃烧罐的所述四元燃料凸缘上，其中所述清洁凸缘具有引流挡板，所述引流挡板进入所述四元燃料输入孔并延长从所述四元燃料凸缘通向所述四元环面腔室的喉部的长度，使得所述挡板将所述喉部分为清洁溶液输入部分和清洁溶液输出部分；
将罐连接到化学清洁系统上，所述化学清洁系统包括充当用于所述清洁溶液的槽的化学品供应储器和从所述供应储器进行抽吸的循环泵；
用具有含有铁溶解剂的合成物的清洁溶液填充所述化学清洁系统；
利用所述清洁凸缘经由所述四元燃料凸缘将清洁溶液的流引导到四元环面腔室内并引导通过所述喉部的输入部分，使得所述挡板沿一个方向将所述流引导到所述罐的圆周周围的所述四元环面腔室内，其中在围绕所述四元环面腔室流动后，所述挡板将所述清洁溶液引导到所述喉部的所述输出部分内并经所述清洁凸缘引出所述燃烧罐；以及
使所述清洁溶液返回所述化学品供应储器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在将所述清洁溶液流引导到所述四元环面腔室内之前从所述燃气轮机移除所述正向燃烧罐。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用高压空气吹扫所述四元环面腔室，以去除脱落的碎屑，并在使所述清洁溶液循环前用清洁水冲洗所述四元环面腔室。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洁凸缘具有将清洁溶液接收到所述燃烧罐内的凸缘进口和将清洁溶液引出所述燃烧罐的凸缘出口。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用挡板延长装置调节所述清洁凸缘的所述挡板的长度，使得所述挡板与所述四元环面腔室的内壁表面相接触。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将一台或更多燃气轮机的多个燃烧罐同时连接到所述化学清洁系统上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述燃烧罐中的至少两个被串联连接。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁溶解剂是磷酸。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述铁溶解剂是羟基乙叉二磷酸。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述清洁溶液的pH值维持在5.0和5.5的pH值之间。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述清洁溶液的温度维持在约100°F与约120°F之间的范围内。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过定期排出所述溶液的一部分然后添加水和清洁溶液而维持所述清洁溶液中的铁含量低于9000ppm。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括定期逆转通过所述四元环面腔室的流动方向。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述清洁溶液在所述化学清洁系统中循环48小时与120小时之间。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述清洁溶液已循环之后使用清洁水和高压空气冲洗所述四元环面腔室，以去除其余残留物。
16.一种清洁已聚集在燃气轮机的正向燃烧罐中的四元燃料气体分配环面腔室中的氧化铁腐蚀沉淀物的方法，其中每个正向燃烧罐均具有四元燃料凸缘和通向所述四元环面腔室的四元燃料输入孔，所述方法包括：
从所述燃气轮机移除多个正向燃烧罐；
将清洁凸缘附接到罐的所述四元燃料凸缘上，其中所述清洁凸缘具有引流挡板，所述引流挡板进入所述四元燃料输入孔并延长从所述四元燃料凸缘通向所述四元环面腔室的喉部的长度，使得所述挡板将所述喉部分为清洁溶液输入部分和清洁溶液输出部分；
将所述罐连接到化学清洁系统上，所述化学清洁系统包括充当用于所述清洁溶液的槽的化学品供应储器和从所述供应储器进行抽吸的循环泵；
用具有含有铁溶解剂的合成物的清洁溶液填充所述化学清洁系统，其中所述清洁溶液包含磷酸；
利用所述清洁凸缘经由所述四元燃料凸缘将所述清洁溶液流引导到所述多个正向燃烧罐的四元环面腔室内并引导通过所述喉部的所述输入部分，使得所述挡板沿一个方向将所述流引导到所述罐的圆周周围的所述四元环面腔室内，其中在围绕所述四元环面腔室流动后，所述挡板将所述清洁溶液引导到所述喉部的所述输出部分内并经所述清洁凸缘引出所述燃烧罐；以及
使所述清洁溶液返回所述化学品供应储器。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述清洁溶液的pH值维持在5.0与5.5的pH值之间。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述清洁溶液的温度维持在约100°F与约120°F之间的范围内。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过定期排出所述溶液的一部分然后添加水和清洁溶液而维持所述清洁溶液中的铁含量低于9000ppm。
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