超臨界600 MW 機組發電機定子繞組的化學清洗

曾祥卓，李春和

1 系統概述

某廠3 號發電機組為上海汽輪發電機有限公司生產，型號QFSN－600 －2。發電機組采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組為水冷卻。于2007 年2月投入發電運營。定子冷卻水系統由二臺100%容量、最大出力130 m3/h 定冷水泵，二臺冷卻器，兩臺過濾器，一個2.7 m3水箱，一臺離子交換器與發電機定子線圈等組成，系統如圖1 所示。

圖1 3 號發電機定子冷卻水系統圖Fig．1 No．3 generator stator water system

2010 年12 月，發電機定子上下層線棒槽層間溫差逐漸升高，超過10 ℃的報警值，10 號槽和15 號槽溫差最高達到11.8 ℃，見圖2，接近保護跳閘值14 ℃，發電機不同出力條件下溫差變化如表1 所示。根據歷史運行數據分析，在定子冷卻水同為額定流量下，定子冷卻水母管壓力由2008 年10 月的0.288 MPa 異常上升到2011 年1月的0.427 MPa，如圖3 所示，此時13 m 平臺發電機定子冷卻水進水壓力已高達355 kPa，與發電機額定氫氣壓力400 kPa 已不足50 kPa，發電機定子線棒進、出水差壓高達340 kPa。

圖2 10 號槽(Ⅰ)和15 號槽(Ⅱ)溫差變化曲線Fig．2 No．10 and No．15 slot temperature curves

表1 定子槽內上下層間溫度Tab．1 Between the upper and lower temperature of stator slot

圖3 線棒堵塞時流量(Ⅰ)與壓力(Ⅱ)曲線Fig．3 Bar flow and pressure curves in case of jam

此前，在2010 年10 月錯峰消缺時，發現發電機定冷水出水錐形濾網發現有黑褐色粉末狀附著物，并造成濾網堵塞［1］，經化驗分析污物主要由氧化銅 (約占80%)、氧化鐵 (占18%)組成。經分析認定發電機線棒空心導線內表面存在普遍的氧化物輕微堵塞現象，影響傳熱效率，嚴重時可能導致線圈燒毀［2］，有必要進行全面徹底的化學清洗，清除其管道、容器、線棒空心導線內表面等處附著的沉積垢，并進行鈍化處理在其內表面形成保護性膜，使發電機定冷水系統暢通，從而保證機組安全穩定的運行。

2 發電機清洗過程

2.1 發電機清洗系統及范圍

如圖1 所示，在現有的定子水系統基礎上，利用輔汽作為定冷水加熱汽源，利用壓縮空氣作為吹掃管道的介質，利用原去離子回路作為取樣回路;新增加凝補水至定子水箱作為定子水高壓補水水源，提高補水速度。發電機清洗范圍為三號機組的定冷水系統，主要包括定冷水水箱、冷卻器、過濾器、線棒及所連接的管道和配件，總清洗水容積約4 m3。熱控表計保留流量變送器、母管壓力變送器和勵磁端進水壓力表，其余表計均隔離。

2.2 發電機清洗工藝

通過對黑色污物進行化驗分析，主要成分為氧化銅和氧化鐵，化學清洗工藝采用堿洗+酸洗+漂洗鈍化的復合清洗工藝，利用堿洗去除系統中油性雜質和有機物。利用酸洗去除系統中銅的腐蝕沉積物。通過漂洗鈍化清除系統中的酸殘存液，并在表面形成鈍化膜。3 個過程均以正向回路和逆向回路重復進行。正沖洗回路為:定冷水箱→定冷水泵→冷卻器→濾網→定子系統線棒入口→定冷水箱;反沖洗回路為:定冷水箱→定冷水泵→冷卻器→濾網→定子系統線棒出口→定冷水箱。清洗過程中的化學監督項目如表2 所示。

表2 清洗過程中的化學監督項目Tab．2 Chemical cleaning process monitoring project

2.3 堿洗過程

定冷水系統注水并排氣后啟動運行，逐步提升其供水壓力維持流量105 t/h 額定值，投入輔汽將水溫加熱至42 ℃，在水箱入孔處加入復配溶解好的堿洗藥劑，控制堿洗復合藥劑濃度位于0.8% ～1.0%，堿洗液pH 位于11.0 ～12.0，溫度55 ℃左右，開大輔汽將水溫加熱至55 ℃，系統正向清洗1 h (即將圖1 中A，D 閥開啟，B，C 閥關閉)，之后進行1 h 反向清洗 (即將圖1中B，C 閥開啟，A，D 閥關閉)。整個清洗過程中每隔20 min 取樣測試發電機定冷水進、回水堿洗液的濃度、pH、濁度和溫度，當分析數據趨于穩定后即可判斷堿洗過程結束。堿洗過程如圖4 所示，曲線I 為定子水流量，曲線II 為定子水壓力，曲線Ⅲ為定子水溫度。

堿洗過程結束后，將堿洗液排凈，用壓縮空氣將系統管道內的積液吹掃干凈，再向定冷水箱中注水，啟動定冷水系統，提高至額定流量進行水沖洗，期間控制定冷水溫度≯55 ℃，開啟所有的放水點進行排放，如此往復進行排、補水操作，直至定冷水pH ＜9.0，可認為堿洗液已排盡。

圖4 堿洗過程曲線Fig．4 Caustic process curves

2.4 酸洗過程

定冷水系統注水并排氣后啟動運行，逐步提升其供水壓力維持流量105 t/h 額定值，在水箱入孔處加入緩蝕劑，待緩蝕劑溶解均勻后，再加入配制好的酸洗溶液，酸洗藥劑為3%檸檬酸+1%緩蝕劑，控制酸洗液濃度位于2.0% ～3.0%，同時添加氨水調節pH 位于3.0 ～3.5 之間，投入輔汽將水溫加熱至60 ℃，酸洗過程中銅線棒監測腐蝕速率不大于2 g/h·m2，確保線棒不受沖刷腐蝕，控制線棒內清洗液流速不大于1 m/s，故酸洗配藥完成后系統流量應調整為額定流量的50%，實際控制在45 t/h 左右，對應線棒內清洗液流速為0.6 m/s 左右，系統正向清洗1.5 h 后進行反向清洗1.5 h。酸洗過程中每隔10 min 取樣測試發電機定冷水進回水酸洗液濃度、pH 和溫度，每隔30 min 測試Cu 含量，當酸洗液濃度和pH 趨于穩定后即可判斷酸洗抵達終點。酸洗過程如圖5 所示，曲線Ⅰ為定子水流量，曲線Ⅱ為定子水壓力，曲線Ⅲ為定子水溫度。

圖5 酸洗過程曲線Fig．5 Pickling process curves

由于流量僅45 t/h 較小，13 m 平臺發電機定子冷卻水進水壓力為0 kPa，發電機線棒頂部排氣閥無連續清洗液排出，有較多氣體，此時清洗液可能只從發電機下部線棒流過，發電機上部線棒可能無清洗液流過，清洗存在死點。因此，將正洗回路出水閥(圖1 中的D 閥)關小至3 圈，進水壓力升至80 kPa，發電機線棒頂部排氣閥連續清洗液排出，可以判斷發電機全部線棒均已充滿清洗液，可以保證全部線棒酸洗到位。

酸洗過程結束后，將酸洗液排凈，用壓縮空氣將系統管道內的積液吹掃干凈，再向定冷水箱中注水，啟動定冷水系統，提高至額定流量進行水沖洗，期間控制定冷水溫度≯55 ℃，開啟所有的放水點進行排放，如此往復進行排、補水操作，直至定冷水pH ＞4.5，可認為酸洗液已排盡。

2.5 漂洗鈍化過程

定冷水系統注水并排氣后啟動運行，逐步提升其供水壓力維持流量105 t/h 額定值，投入輔汽將水溫加熱至45 ℃后，在水箱入孔處加入漂洗鈍化劑，漂洗鈍化藥劑為0.3% 磷酸三鈉+ 氨水，控制其濃度位于0.2% ～0.3%之間，漂洗鈍化液pH 位于10.0 ～11.0 之間，系統正向清洗1 h 后進行反向清洗1 h。漂洗鈍化過程如圖6 所示，曲線Ⅰ為定子水流量，曲線Ⅱ為定子水壓力，曲線Ⅲ為定子水溫度。

漂洗鈍化結束后，將漂洗鈍化液排凈，用壓縮空氣將系統管道內的積液吹掃干凈，再向定冷水箱中注水，啟動定冷水系統進行正循環沖洗，開啟所有的放水點進行排放，直至 Cu ≤200 ppb［3］。

圖6 漂洗鈍化過程曲線Fig．6 Rinse passivation process curves

3 清洗效果評價及總結

清洗質量按《火力發電廠鍋爐化學清洗導則》質量要求執行，清洗效果的評價目標值:13 m平臺發電機定冷水進水壓力小于300 kPa。3號發電機清洗前后主要參數對比見表3。3 號發電機化學清洗后進水壓力為288 kPa，達到了預期效果。同時，在額定流量105 t/h 條件下，定冷水系統母管壓力由清洗前的0.417 MPa 降至0.337 MPa，見圖7 所示，定子線棒進出水差壓由清洗前的340 kPa 降至260 kPa，在各負荷段運行時，3號發電機定子線棒層間溫度明顯改善，基本趨于一致，見圖8 所示，表明定子線棒內的堵塞物已清除，化學清洗工作取得了成功。

表3 清洗前后主要參數對比Tab．3 Comparison of main parameters before and after cleaning

［1］陳謹．發電機冷卻水系統故障分析與處理［J］．電力科學與工程，2003，(2):77-78．Chen Jin．Analysis and countermeasures of water supply failures in water cooled generators ［J］．Electric Power Science and Engineering，2003，(2):77-78．

［2］李珠．水冷發電機定子繞組的化學清洗［J］．廣東電力，2007，(2):48-50，54．Li Zhu．Chemical cleaning for stator winding of water-cooled generator ［J］．Guangdong Electric Power，2007，(2):48-50，54．

［3］陳進生．廈門嵩嶼電廠發電機定冷水處理技術的改進［J］．工業水處理，2001，(11):33-55．Chen Jinsheng．Technical improvement of the generator stator cooling water treatment in Songyu Power Plant，Xiamen［J］．Industrial Water Treatment，2001，(11):33-55．