SVANTA—4型發電機內冷水調節裝置原理及應用

洪現海

摘 要：SVANTA-4型發電機內冷水調節裝置是發電機定冷水系統的專用水質處理裝置，該裝置采用特殊的離子交換樹脂，通過特殊的離子交換工藝處理，使發電機內冷水經過處理含有氫氧化鈉，水質因此得到調節，提高定冷水的PH 值，降低定冷水的電導率和銅離子濃度，使發電機定冷水各項水質指標優于國家標準。減緩了發電機銅線棒的腐蝕。給發電機安全運行提供保障。

關鍵詞：銅腐蝕原理；離子交換；Cu- H2O體系電位-pH 銅腐蝕與pH值關系

一、應用背景

SVANTA-4型發電機內冷水調節裝置在我廠二三期應前，我廠的發電機內冷水處理方式采用傳統的處理工藝是隨發電機配套過來的小混床處理裝置。其原理是取出內冷水循環水量的8%通過小混床旁路處理，除去內冷水中的銅離子和其他雜質離子，降低內冷水的電導率和銅離子濃度，維持發電機內冷水的電導率和銅離子濃度達到標準要求，內冷水水質基本能滿足《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求（DL/T801-2002）》中內冷水pH值大于7.0，銅離子小于40μg/L，但2011年5月實施的《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求（DL/T801-2010）》要求，內冷水pH值在不除氧的情況下由原來的7.0～9.0提高到8.0～9.0，銅離子由原來的不大于40μg/L提高到不大于20μg/L。

為提高內冷水水質，達到標準要求，減緩發電機銅線棒腐蝕，決定采用新的處理工藝，因此SVANTA-4型發電機內冷水調節裝置在我廠得到應，而且運行良好。

二、銅導線腐蝕的影響及提高內冷水pH的原因

1、影響銅在冷卻水（內冷水）中均勻溶解腐蝕的因素主要有水的pH值、溶解氧以及溶解二氧化碳的含量，此外在腐蝕過程中生成的二價銅離子對銅的腐蝕有加速作用。這一腐蝕過程的反應如下：

⑴.電化學腐蝕反應：

Cu+ 1/2 O2= CuO

2Cu+ 1/2 O2= Cu2O

Cu+ Cu2+ = 2Cu+

⑵.二氧化碳的溶解和銅氧化物的溶解：

CO2+ H2O= H2CO3

H2CO3= H++HCO3-

CuO+ 2H+= Cu2++H2O

Cu2O+ 2H+= 2Cu++H2O

⑶.一價銅離子進一步氧化：

2Cu+ +1/2 O2 +H2O= 2Cu2+ +OH-

2Cu+ +1/2 O2 = CuO+ Cu2+

⑷.二次腐蝕產物的生成： Cu2+ +2OH-= CuO+ H2O

上述反應交替進行，從而導致銅的腐蝕和腐蝕產物的沉積。

2、Cu- H2O體系Cu腐蝕-鈍化-免蝕的理論條件與防腐機理

（1）在Cu- H2O體系電位-pH平衡圖上，溶液中的含Cu物質以金屬銅離子（Cu+、Cu2+ 、Cu3+ ）含Cu水合物（Cu2O3·nH2O）和銅的酸根（HCuO2-、CuO22-、CuO2-）形態穩定存在的區域，是Cu的理論上的腐蝕電位-pH條件區域；金屬Cu以單質Cu形勢穩定存在的區域，則是Cu的理論上的免蝕條件區域。根據理論分析計算和判斷，Cu- H2O體系Cu腐蝕-鈍化-免蝕的理論條件區域如圖中幾條曲線劃分的區域所示。

Cu- H2O體系電位-pH平衡圖

由圖可知，金屬銅的熱力學免蝕區與H2O的熱力學穩定區部分重疊，這一現象表明，在pH≥7.80和有氧化劑（溶解氧）存在時，金屬銅表面形成的氧化物具有穩定性，能對金屬銅基體起到保護作用。

（2）水的pH值對銅腐蝕的影響

有的資料介紹，當內冷水的電導率≤1.0μS/cm；pH值從6～6.5提高到8.0～8.5，對銅的腐蝕速度能降低100倍。這也是我們內冷水水質控制在8 ～9的理論所在。從水的純度、pH值對銅溶解圖也可以看出。

水的純度、pH值對銅溶解圖

三、SVANTA-4型發電機內冷水調節裝置工作原理

SVANTA-4型發電機內冷水調節裝置采用當今先進的離子交換技術和國內首創pH、電導可調節技術，裝置利用樹脂吸附水中的陰陽離子，同時在電場的作用下水和樹脂反應生成微量的堿性物質，化學反應原理如下：

除離子：

Cu2+ + 2H-R = Cu2+-2R + 2H+

HCO3-+ OH-R = HCO3-R +OH-

H+ +OH- =H2O

微堿化：

H2O+Na-R=（電場作用下）H-R+NaOH

這樣，控制發電機內冷水的pH在8.00～9.00電導率在<1.0μS/cm.。同時達到凈化水質并抑制腐蝕作用，但pH值不宜高于9， 如果大于9 水對銅的腐蝕速度同樣會加快。

四、SVANTA-4型發電機內冷水調節裝置運行注意事項

1、裝置的初次投運或更換樹脂后，均需要對裝置進行沖洗，才能運行。投運前，首先確保SVANTA-4型發電機內冷水調節裝置內部所有閥門為關閉狀態，包括裝置進水一次閥SV1以及裝置出水一次閥SV2。

2、正常運行 閥門狀態為V03、V05、V06、V07全開，調節V01開度使FI3流量為1000L/H，V04微開（使流量計FI2的流量為50L/H）。

3、當設備正常運行時控制在pH值 微高于8 電導率略<1.0μS/cm，最好減少水換水。

4、定期檢查是否有樹脂泄漏現象發生，儀表工作是否正常，為了確保工作的可靠性，該設備應由專人負責定期檢查和維護。

總之，發電機微堿性處理技術（調節裝置）選用特殊的離子交換樹脂，并采用獨特的樹脂床層結構，使內冷水經過處理后含有微弱的氫氧化鈉，水質因此得以調節，內冷水銅含量一般低于10μg/L；該技術應用減緩了發電機銅線棒的腐蝕。目前該技術已在我廠2臺300MW和2臺330MW發電機內冷水系統得到成功應用。

參考文獻：

[1]周本省 主編 《工業水處理技術》

[2]肖作善 王蒙聚編著《熱力發電場水處理 》

[3]李本高 主編《現代工業水處理技術》

[4]《熱力設備系統的腐蝕與控制技術》