定子冷卻水處理方式的探索與應用

李化霜

摘要：綜合比較了定子冷卻水的多種處理方法，總結了各種處理方法的優缺點，提出了“發電機定冷水弱堿化處理”方法是一種既經濟、安全、又操作簡單的最優的處理方法。發電機定冷水弱堿化處理方式：發電機定冷水部分水經“發電機定冷水弱堿化處理系統”處理后，pH值提高到7.5～8.5、DD降低到0.5us/cm以下后回到內冷水箱，系統內整個水質能同時滿足行業標準DL/T1039—2007（pH=7～9，DD≤2.0us/cm，Cu2+≤40ug/Ｌ）的要求。發電機內冷水弱堿化處理裝置配裝的是經特殊工藝深度再生后按特殊配方填裝的進口樹脂，運行周期長（大于2年）。樹脂失效后無需再生，直接更換新樹脂即可，操作簡單、維護量小。

關鍵詞：定子冷卻水 水質 弱堿化

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0103-02

1 發電機定子冷卻水的品質要求

發電機定子繞組和轉子繞組等部件在運行中所產生的交換熱量必須由冷卻介質帶走，通常是選用二級除鹽水進行冷卻，由于發電機冷卻水是在高壓電場中作冷卻介質，對它的各項控制指標的要求必須保證以發電機安全經濟運行為前提。因此對發電機定子冷卻水的水質須有以下要求。

1.1較好的絕緣性（即較低的電導率）

以防止發電機繞組對地短路而導致泄漏電流和泄漏損耗增加。

1.2不結垢

1.3對發電機銅導線和內冷水系統須無侵蝕性

因為銅導線的腐蝕產物會在空心銅導線內沉積，造成導線內部冷卻水流通截流面積減小，阻力加大，甚至完全堵塞；結果使發電機運行中線棒溫度上升，嚴重的甚至導致發電機線圈燒毀。

2 定冷水處理方法的探討和分析總結

四川廣安發電有限公司自1998年9月第一臺300MW的機組投運以來，到2007年最后一臺600MW的機組建設完工投運，發電機的定子冷卻水處理系統先后采用了小混床處理法、加銅緩蝕劑法、凝結水和除鹽水交替補充的開放式運行法；在使用過程中分別發現上述方法或多或少均存在不同的問題，現將問題分析總結如下。

2.1小混床處理法

經了解，國內大多數300MW及以上機組設計中發電機內冷水的處理方法均為“小混床處理法”（廣安公司的全部六臺機組均設計為“小混床處理法”），小混床內裝有陰陽兩種離子交換樹脂（設計的罐體容積為91L，樹脂的裝填容積70L左右），分別用來除去水中的陰離子和陽離子，達到凈化水質的目的。1999年至2001年廣安公司一期兩臺機組采用小混床處理法運行了近三年時間，分析、運行監測發現小混床運行中存在諸多問題。

2.1.1出水水質不穩定

小混床本身結構設計不合理，存在一些缺陷，如偏流、漏樹脂、運行周期不穩定等問題，導致出水水質不穩定。

2.1.2系統內存在酸性腐蝕

小混床內裝普通型樹脂，樹脂中常泄漏大量低分子聚合物，對系統存在污染并使小混床出水pH偏低，系統pH≤6.5，不符合國標規定pH≥7.0的要求。水質呈酸性，定冷水系統實質上存在銅腐蝕（四川某電廠曾經因為長期采用小混床處理方法運行了近15年，最終導致發電機端部線圈腐蝕穿孔，引發發電機定子短路燒損事故），小混床內的樹脂將系統內腐蝕下來的銅離子的置換了下來，表面上將銅離子含量控制在標準的合格范圍內。此外，若定冷水的溫度控制不好，一超溫（超過定冷水最高的溫度48℃）的就會引發樹脂的分解而產生有機酸，更加的降低系統內的pH值，加劇系統的腐蝕。

2.1.3運行周期短

普通樹脂交換容量小，需每隔1～2個月抽出樹脂一次進行體外再生（相應的須建一套體外再生裝置），不僅費時費力，而且要求的再生技能較高，樹脂的分層困難，混脂的效果不易控制，一次性再生成功的幾率較低，且再生費用不菲。

2.1.4系統設計存在的問題

系統設計中缺少一些必要的在線儀表，無法連續檢測系統水質，樹脂捕捉器的設置和內部結構不合理，樹脂裝入后混脂不均勻，影響出水質量，還存在樹脂漏入發電機現象等問題。

由于小混床系統存在上述的不完善的技術問題，大多數的時候就沒有投運小混床。自2001年4月開始開始廣安公司就在#31、#32機組上放棄了使用小混床處理方法，改為在定冷水內加緩蝕劑的處理方法。

2.2加銅緩蝕劑法

向冷卻水中加入一定量的銅緩蝕劑，如MBT、BTA、TT等，其作用是銅緩蝕劑與水中銅離子絡合生成難溶沉淀，覆蓋在銅表面，形成暫時保護膜，以緩解銅基體的腐蝕。

經過近兩年的運行觀察、監測，發現向水中加入緩蝕劑雖然可以減輕銅腐蝕但也存在較多的問題。

2.2.1緩蝕效果欠佳

銅緩蝕劑在銅表面形成的保護膜層為單分子膜，膜層薄，易破損，防護性差，因此必須連續保持水中有一定量的緩蝕劑，否則水中銅離子含量會很快升高。緩蝕劑加入后定冷水的電導率會升高，易造成電導超標問題，加入MBT后電導率經常超過5μs/cm，如果按標準DD≤2μs/cm控制要求，內冷水DD指標難以合格。因此在2002年1月就放棄使用MBT緩蝕劑。隨后采用在定冷水中加BTA類緩蝕劑，雖然能基本滿足電導率DD≤2μs/cm標準，但緩蝕效果差，未加藥前Cu2+=200～400μg/L，加入BTA后降為100～200μg/L，離現行標準要求的Cu2+≤40μg/L仍有很大差距。此外，BTA加入后水的pH會進一步降低，緩蝕效果難以達到最佳，如再加入堿性物質提高pH，又將使電導率升高，水質難以合格。

2.2.2安全隱患大

無論加何種緩蝕劑均難使電導率、pH和Cu2+幾項指標同時合格，運行控制難度極大，系統中腐蝕依然較嚴重，并易生成銅的腐蝕產物，主要為銅的氧化物顆粒，機組大修期間檢查發現在內冷水水流較緩慢的區域發現了緩蝕劑析出或形成的粘泥，這些粘泥和腐蝕產物易在空心的銅導線中沉積形成污垢，嚴重時阻塞管道，使線棒超溫，最終燒毀線棒。有報道1998年華能某電廠一臺360MW機組因發電機內冷水BTA產生的沉積污垢導致線棒堵塞而導致燒損事故發生，損失巨大。

2.2.3新標準規定對加緩蝕劑的限制

DL/T801-2002《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》（適用于200MW及以上水內冷繞組的汽輪發電機）及DL/T1039-2007《發電機內冷水處理導則》（適用于125MW及以上汽輪發電機和水輪發電機內冷水的處理）都規定：允許運行時在水中加緩蝕劑，但必須控制pH大于7.0。

基于以上多種原因，加緩蝕劑的方法實際應用上存在諸多問題，廣安公司于2004年1月放棄了在定冷水系統添加緩蝕劑的處理方法。

2.3開放式運行方式

開放式運行方式即向發電機冷卻水箱中連續大量補充二級除鹽水，并輔助補充凝結水調節pH值，并保持大量溢流排水的運行方式。廣安電廠二期機組在2003年至2005年期間采用這種運行方式，補水量約為5t/H·臺機。雖然這種方式可以滿足定冷水所有的指標，但也存在一些無法解決的問題。

2.3.1存在引發停機的安全隱患

連續大量補水的運行方式存在較大的安全隱患，二級除鹽水一旦受到污染或者凝汽器發生泄漏，電導率不穩定或者超標而引起保護動作跳機的事故，運行狀況極不安全。

2.3.2操作繁瑣、復雜，工作量大，需要專人值守

由于廣安公司爐內及精處理值班點只設一人值班，在人員的安排上不可行。

2.3.3二級除鹽水浪費大

連續補水，除鹽水浪費極大，每年每臺機消耗除鹽水約4萬噸，經濟性差，雖然排水可回收到凝汽器，但腐蝕下的銅增加了凝結水、給水的雜質。

由于存在上面的缺陷，廣安公司2005年在二期機組定冷水系統上放棄了采用“開放式補水運行方式”的方法。

依據離子的交換理論，廣安公司在實驗室試驗過改變陰陽樹脂的配比（陰陽樹脂比例為2.5～3.5∶1）和RNa+ROH配套RH+ROH的雙套小混床處理法，試驗的效果不甚理想，后由于尋求到了新型的、價格便宜、操作簡單、運行穩定的定冷水弱堿化處理方法，就沒有繼續試驗下去。2005年底開始對公司的全部發電機的定冷水處理系統逐步的實施了改造。

2.4發電機定冷水弱堿化處理方法

2.4.1發電機定子冷卻水超凈化微堿處理的工作過程

發電機內冷水弱堿化處理系統的工作過程為：發電機定冷水的部分定冷水（一般為5%～10%左右）通過旁路流經“發電機定冷水弱堿化處理系統”中的超凈化裝置處理后，出水的DD控制在0.2us/cm以下，同時微堿化加堿裝置向其出自動加堿，將出水pH值提高到7.5～8.5左右、DD控制在0.5us/cm以下后回到內冷水箱，將整個定冷水系統的水質質量提高到同時滿足行業標準DL/T1039—2007的要求：pH=7～9，DD≤2.0us/cm，Cu2+≤40ug/L。定冷水弱堿化處理系統由超凈化處理裝置、特種樹脂、自動調節加堿裝置、在線監測儀表等部分組成，并配備相應的儀表和儀表柜。其中填裝的樹脂是經特殊工藝處理的進口樹脂，運行周期長（大于兩年），出水水質穩定。實效后不須再生更換即可。

2.4.2超凈化微堿處理系統的主要設備及配置

（3）該系統主要設備配置如下。

超凈化處理裝置。

超凈化裝置為容積為800L的不銹鋼裝置，能盛裝600L的樹脂，具獨特的結構設計，其作用為除去定冷水中的各種離子，確保出水水質的DD在0.2us/cm以下；罐體并布置有正、反洗進水門和排水門、排污門，投入或退出運行操作簡單。

（2）弱堿化裝置。

裝置中加堿微電機通過PID接受超凈化裝置出口管道上的DD表控制，將系統的出水的pH值控制在7～9的范圍內。

工作原過程為：全自動調節加堿裝置的自動啟停由超凈化裝置出水電導率控制，設定裝置啟動電導為0.4μs/cm，停止電導為1.8us/cm；由PID調節器根據超凈化裝置出水電導率大小，自動控制電磁計量泵運行頻率，調整加藥量，將裝置出水電導率控制到設定值0.55μs/cm（此狀態下內冷水系統pH為8.0～8.3），電導率上下浮動不大于±0.03μs/cm，運行穩定。

該裝置具有三重安全保護功能。若交換器電導率超標，即電導大于2.0μs/cm，全自動調節加堿裝置會自動切斷電磁計量泵電源，停止加藥；若內冷水系統電導率超標，即電導大于2.0μs/cm，全自動調節加堿裝置會自動切斷電磁計量泵電源，停止加藥；若裝置出水電導率高于設定值（0.55μs/cm）的20%，PID調節器會將電磁計量泵運行頻率設定為0次，即加堿裝置也會停止加藥。

此控制方法安全、穩定。多年運行證明，能完全滿足定冷水系統的運行技術要求，無任何安全隱患。

（3）在線儀表。

每套超凈化微堿處理裝置配置2套在線pH儀表、2套電導率表。可直接顯示弱堿化裝置進出水的pH值及電導率，方便連續檢測，提高了運行的監控水平。

（4）樹脂捕捉器。

在弱堿化裝置的出入口各安裝1套樹脂捕捉器，確保在各種工況下均不漏樹脂，保證內冷水系統的安全運行。

2.4.3定冷水弱堿化處理方法的優點

自2005年廣安公司第一臺一期300MW的發電機的定冷水處理系統進行“超凈化微堿處理”技改以來，一直運行良好，平時的維護工作就是在線儀表的維護和每隔5個月左右時間添加一次微堿化裝置的堿液，維護工作量小，運行可靠，系統內幾乎無腐蝕（Cu2+的含量一般在5ug/L以下）。

運行的各項指標優于行業標準的控制值（如表1）。

運行穩定、可靠，出水水質能長期保持穩定。

出水pH的提高，能夠徹底解決因水質不合格引起的腐蝕產物在空心導線中沉積、線棒超溫等問題。

系統采用全密閉方式運行，可以節約大量的除鹽水，另外也減輕了煩瑣的補水工作。

內冷水弱堿化處理系統是原系統的旁路處理系統，與原系統的隔離簡便。即使在該系統故障或更換樹脂時，該系統可方便與原系統解列，以便維護。同時解列后，內冷水系統可通過換水或以原運行方式運行，維持水質在合格范圍內。

3 結語

經過較長時間的摸索和實際應用，我們認為定冷水微堿化處理模式是目前比較安全可靠、較經濟的一種定子冷卻水的處理方式，系統出水水質不但能同時滿足行業標準的要求，而且操作簡單，運行、維護的工作量小，可以在行業中推廣應用。

參考文獻

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