發(fā)電機(jī)定子冷卻水水質(zhì)控制技術(shù)分析

鐘翠

摘 要：介紹影響內(nèi)冷水腐蝕和堵塞的因素。內(nèi)冷水處理的原理和應(yīng)用，并對每種方法進(jìn)行了評價。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);內(nèi)冷水;腐蝕

發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水作為高壓電場中的冷卻介質(zhì)，其水質(zhì)好壞直接影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全，這一特殊環(huán)境要求其必須具備絕緣性，對銅導(dǎo)線無腐蝕性，同時不能有顆粒物沉積，否則將造成銅導(dǎo)線堵塞燒毀事故。為了達(dá)到這個要求，國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對內(nèi)冷水水質(zhì)做出了嚴(yán)格規(guī)定， 最新電力標(biāo)準(zhǔn) DL/T1039-2016 《發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水處理導(dǎo)則》對內(nèi)冷水各項指標(biāo)的規(guī)定如表 1 所示。

a適用于轉(zhuǎn)子獨(dú)立冷卻水系統(tǒng)和雙水冷卻機(jī)組公用循環(huán)水系統(tǒng)。

1發(fā)電機(jī)銅線棒腐蝕機(jī)理

在中性或弱酸性水溶液中Cu-H2O體系的反應(yīng)如下：

反應(yīng)式⑴可知，影響銅在水中腐蝕的因素是水中的溶解氧濃度和pH值，降低內(nèi)冷水中的溶解氧濃度或提高內(nèi)冷水的pH值都可以抑制反應(yīng)式⑴的平衡向右移動，有效阻止發(fā)電機(jī)銅線棒在內(nèi)冷水中的腐蝕。

如圖1所示，當(dāng)溶解氧濃度小于100μg/L時，銅腐蝕速度與溶解氧濃度幾乎成線形關(guān)系，溶解氧濃度越高，銅腐蝕速度越大。該規(guī)律表明，對于非密閉內(nèi)冷水系統(tǒng)，溶氧量不能降到30μg/L以下，不采取除氧措施，保持較高溶氧量反而可以降低銅的腐蝕速度。

圖2是Cu-H2O體系的電位-pH平衡圖，當(dāng)pH>6.8時，Cu-H2O體系中的銅處于鈍化區(qū)，即在中性及弱堿性水溶液中，銅表面能形成致密的氧化亞銅膜，隔斷銅本體與氧氣、水的接觸，阻止銅的進(jìn)一步腐蝕;但是當(dāng)水溶液的堿性較大時，水溶液中的Cu-H2O體系將發(fā)生如下反應(yīng)：

反應(yīng)⑵的發(fā)生使反應(yīng)⑴的平衡向右移動，促進(jìn)了銅的腐蝕。由此可見，在低pH值的水溶液中，由于銅表面不能生成氧化亞銅保護(hù)膜而使銅快速腐蝕;而在高pH值的水溶液中，由于水溶液中的銅離子的絡(luò)合，同樣加速了銅的腐蝕。因此，DL/T801-2010標(biāo)準(zhǔn)提出了內(nèi)冷水的pH值控制上限，即控制內(nèi)冷pH=7.0～9.0（有除氧工況）和pH=8.0～9.0（無除氧工況）。圖3的試驗曲線證實(shí)了上述結(jié)論。

內(nèi)冷水主要水質(zhì)指標(biāo)包括pH值、電導(dǎo)率和含銅量。制定pH值標(biāo)準(zhǔn)是為了阻止發(fā)電機(jī)銅線棒腐蝕，其理論依據(jù)是Cu-H2O體系的電位-pH平衡圖（圖2）。

當(dāng)凝汽器泄漏時，凝結(jié)水中有硬度，采用凝結(jié)水作補(bǔ)充水就有可能在內(nèi)冷水系統(tǒng)沉積鈣垢，導(dǎo)致內(nèi)冷水過水通道堵塞。對于密閉內(nèi)冷水系統(tǒng)，內(nèi)冷水溶氧量較小，處于圖1中的線性區(qū)域，即銅線棒的腐蝕速率與內(nèi)冷水溶氧量呈線性關(guān)系。為控制銅腐蝕速率，并考慮現(xiàn)有除氧技術(shù)條件，規(guī)定了內(nèi)冷水的溶氧量小于30μg/L。

由于目前的發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)絕大部分沒有除氧系統(tǒng)，內(nèi)冷水的溶氧量指標(biāo)均不能合格，考慮到實(shí)際運(yùn)行要求，《大型發(fā)電機(jī)定冷水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求》（DL/T801-2010）增加了不除氧工況，即在不除氧的工況下，控制pH=8.0～9.0，也認(rèn)為內(nèi)冷水水質(zhì)合格。

2.目前國內(nèi)常用的內(nèi)冷水處理工藝

2.1 小混床旁路處理工藝

原理是取出內(nèi)冷水循環(huán)量的8～10%通過裝有H型和OH型樹脂的小混床旁路處理，除去內(nèi)冷水中的銅離子和其他雜質(zhì)離子，降低內(nèi)冷水的電導(dǎo)率和銅離子濃度。采用此工藝的內(nèi)冷水電導(dǎo)率在0.1μS/cm（25℃）左右，pH值在7.0左右，內(nèi)冷水質(zhì)不能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求，銅線棒腐蝕的因素依然存在。而且小混床中的離子交換樹脂失效后不能再生，需要購買新樹脂更換，運(yùn)行成本較高。

2.2 微堿性處理工藝和加堿處理工藝

該工藝也是采用小混床旁路處理內(nèi)冷水循環(huán)量的8～10%，只是改變了小混床的離子交換樹脂種類及其數(shù)量比例， 將Na型、H型和OH型三種樹脂以一定數(shù)量混合裝入混床中，出水水質(zhì)決定于小混床中的離子交換樹脂層態(tài)分布及其數(shù)量比例，不能人為調(diào)控內(nèi)冷水水質(zhì)，因此內(nèi)冷水質(zhì)波動較大，內(nèi)冷水pH值在6.5～7.5（標(biāo)準(zhǔn)值為pH值8.0～9.0），水質(zhì)不能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求調(diào)整，難于保證內(nèi)冷水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。而且小混床中的離子交換樹脂失效后不能再生，每次更換樹脂需要10多萬元，運(yùn)行成本較高。

加堿處理工藝是在上述小混床旁路處理的基礎(chǔ)上增加一臺劑量泵和一個NaOH溶液箱，在滿足電導(dǎo)率要求的前提下，通過在線化學(xué)儀表自動控制向內(nèi)冷水中加入少量的氫氧化鈉以提高內(nèi)冷水pH值，需要7-10天配一次氫氧化鈉溶液。該工藝對控制系統(tǒng)要求嚴(yán)格，在線化學(xué)儀表、檢測傳感器、信號放大電路、信號傳輸過程以及加藥泵驅(qū)動控制系統(tǒng)等環(huán)節(jié)中的任何故障均可能導(dǎo)致內(nèi)冷水水質(zhì)波動，甚至過度加藥導(dǎo)致內(nèi)冷水電導(dǎo)率嚴(yán)重超標(biāo)致使發(fā)電機(jī)絕緣不合格，影響發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全。所以只可作為臨時處理措施，不宜作為長期運(yùn)行方式。

2.3 分床處理工藝（陰陽床處理工藝）

分床處理工藝是將Na型、H型和OH型三種樹脂分別裝在三個離子交換器內(nèi)，內(nèi)冷水并聯(lián)進(jìn)入Na床和H床，然后進(jìn)入OH床，調(diào)節(jié)Na床的進(jìn)水量可以調(diào)節(jié)內(nèi)冷水的pH值，調(diào)節(jié)H床的進(jìn)水量可以調(diào)節(jié)內(nèi)冷水的電導(dǎo)率，從而人為調(diào)控內(nèi)冷水水質(zhì)使其滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（見圖5），可以控制pH值8.0～8.3，電導(dǎo)率0.4～1.0μS/cm（25℃），銅離子濃度小于10μg/L。整個運(yùn)行周期內(nèi)水質(zhì)指標(biāo)能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，旁路處理水量僅為內(nèi)冷水循環(huán)量的1～2%

2.4 使用“凝結(jié)水+除鹽水”調(diào)節(jié)內(nèi)冷水水質(zhì)的工藝

“凝結(jié)水+除鹽水”：該工藝將凝結(jié)水和除鹽水引入中間水箱，通過在線化學(xué)儀表和PLC自動控制調(diào)節(jié)中間水箱水質(zhì)，當(dāng)水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后補(bǔ)入內(nèi)冷水箱，并將內(nèi)冷水箱中不合格的內(nèi)冷水排入凝汽器熱水井。

當(dāng)凝結(jié)水系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，將直接影響到發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的水質(zhì)。例如一旦凝汽器泄漏，循環(huán)冷卻水進(jìn)入凝結(jié)水，將鈣鎂等雜質(zhì)帶入內(nèi)冷水，在發(fā)電機(jī)銅線棒內(nèi)結(jié)垢積鹽，堵塞發(fā)電機(jī)銅線棒，也會使發(fā)電機(jī)局部過熱燒毀。

在線化學(xué)儀表和控制系統(tǒng)故障很難人為掌控，所以自動控制本身就存在一定的不安全因素。

2.內(nèi)冷水處理系統(tǒng)技術(shù)改造工藝的選擇

目前可供選擇的內(nèi)冷水處理工藝有加堿處理工藝、補(bǔ)充水使用凝結(jié)水工藝、分床旁路處理工藝（陰陽床處理工藝）等。在可選擇的內(nèi)冷水處理工藝中，加堿處理工藝和補(bǔ)充水使用凝結(jié)水工藝均存在不安全因素，內(nèi)冷水質(zhì)波動大，pH值和電導(dǎo)率易超標(biāo)，運(yùn)行控制的可靠性要求高，而且采用凝結(jié)水作補(bǔ)充水會攜帶氨進(jìn)入內(nèi)冷水系統(tǒng)，超過一定濃度的氨有可能與銅離子生成銅氨絡(luò)離子，破壞銅表面的保護(hù)膜，導(dǎo)致銅的腐蝕。當(dāng)凝汽器泄漏時，凝結(jié)水中有硬度，采用凝結(jié)水作補(bǔ)充水就有可能在內(nèi)冷水系統(tǒng)沉積鈣垢，導(dǎo)致內(nèi)冷水過水通道堵塞，采用這兩種工藝運(yùn)行上具有風(fēng)險，發(fā)電機(jī)存在安全隱患。根據(jù)調(diào)查，目前能使內(nèi)冷水水質(zhì)安全穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的內(nèi)冷水處理工藝是分床處理工藝。