660 MW水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)定子線棒堵塞的化學(xué)清洗

周洋，伏文，劉建軍，劉松松

(1.華電電力科學(xué)研究院有限公司山東分院，山東 濟(jì)南 250002；2.魯信天地人環(huán)境科技（安徽）集團(tuán)有限公司北京分公司，北京 102600；3.華電國際電力股份有限公司十里泉發(fā)電廠，山東 棗莊 277103；4.華電淄博熱電有限公司，山東 淄博 255054)

0 引言

隨著超超臨界高參數(shù)發(fā)電機(jī)組大量投入運(yùn)行，近年來連續(xù)發(fā)生的水冷發(fā)電機(jī)定子線棒腐蝕問題越來越普遍[1-4]。定子線棒空心導(dǎo)線運(yùn)行中發(fā)生腐蝕，同時腐蝕產(chǎn)物的沉積會進(jìn)一步使發(fā)電機(jī)線圈局部過熱，甚至造成線圈燒損，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重危害。目前，發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)基本經(jīng)凈化、堿化或加藥處理，其降低了定子線棒的腐蝕速率，但腐蝕問題依然存在，腐蝕產(chǎn)物會不斷累計沉積。因此，定期清除發(fā)電機(jī)定子線棒的腐蝕沉積物顯得尤為關(guān)鍵[5-9]。

目前，有物理法和化學(xué)法[10-12]去除定子線棒腐蝕沉積物。物理法主要通過正反向沖洗，其一般只能清除一些異物顆粒或疏松沉積物，對致密的腐蝕沉積物無明顯效果；化學(xué)法主要通過化學(xué)試劑與腐蝕沉積物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)去除。此外，空心導(dǎo)線壁厚只有1～2 mm，若化學(xué)清洗的腐蝕速率較高，很容易形成銅導(dǎo)線的明顯腐蝕坑，嚴(yán)重時還會造成穿孔。因此，化學(xué)清洗工藝的選擇是化學(xué)清洗的關(guān)鍵。

1 機(jī)組概況

某機(jī)組的發(fā)電機(jī)為東方發(fā)電機(jī)廠生產(chǎn)，發(fā)電機(jī)型號為QFSN-660-2-22，冷卻方式為“水氫氫”(定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、定子鐵芯氫冷)。運(yùn)行人員調(diào)取運(yùn)行曲線，2021年11月至2022年3月期間，在保持定子冷卻水進(jìn)水壓力0.22 MPa不變情況下，進(jìn)水流量從95 t/h逐步下降至92 t/h，且各定子線棒的最大出水溫差呈升高趨勢。查閱機(jī)組投產(chǎn)調(diào)試報告，該機(jī)組投產(chǎn)初期定子冷卻水壓力為0.22 MPa時，其對應(yīng)的進(jìn)水流量約104 t/h，現(xiàn)今比投產(chǎn)初期流量減少了約12 t/h。運(yùn)行人員采取定冷水反沖洗操作后，流量未見明顯回升。

綜合分析該機(jī)組發(fā)電機(jī)定子線棒內(nèi)表面存在沉積堵塞問題，按《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點(diǎn)要求》中第10部分“防止發(fā)電機(jī)損壞事故”的要求，擬對機(jī)組發(fā)電機(jī)定子線棒進(jìn)行化學(xué)清洗。現(xiàn)以該機(jī)組發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)為研究對象，提出了水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)定子線棒化學(xué)清洗工藝技術(shù)特點(diǎn)，可供行業(yè)內(nèi)同類型發(fā)電機(jī)定子線棒的化學(xué)清洗參考借鑒。

2 清洗工藝的選擇

(1)酸洗工藝條件

NLF-010固體酸：1%～2%；紫銅酸洗緩蝕劑：200～600 mg/L；溫度：35～50 ℃；時間：4～6 h；清洗后進(jìn)行除鹽水沖洗，沖洗至pH值大于5.0。

(2)活化工藝條件

氫氧化鈉：pH值為12.5，活化1～2 h；活化后進(jìn)行除鹽水沖洗，沖洗至pH值小于10.0。

(3)預(yù)膜工藝條件

MBT：pH值為10.0，預(yù)膜20～24 h；預(yù)膜后進(jìn)行除鹽水沖洗，沖洗至pH值小于8.0、銅含量小于20 μg/L、電導(dǎo)率小于1.0 μS/cm。

3 清洗前準(zhǔn)備

(1)檢查管道、閥門、水箱、冷卻器等部位，確認(rèn)無漏點(diǎn)；檢查定子冷卻水系統(tǒng)所有濾網(wǎng)，確認(rèn)無破損；落實(shí)反沖洗濾網(wǎng)材質(zhì)均為不銹鋼。

(2)離子交換器的進(jìn)出口加裝堵板，隔離內(nèi)冷水管路上的pH表、電導(dǎo)率表和壓力開關(guān)。

(3)系統(tǒng)壓力表和流量表正常投運(yùn)，清洗完畢后對流量表和壓力表管路進(jìn)行水沖洗。

4 清洗過程及步驟

清洗工作按照水沖洗、酸洗、酸洗后水沖洗、活化、活化后水沖洗、預(yù)膜、預(yù)膜后水沖洗的步驟進(jìn)行，清洗過程如表1所示。

表1 發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)清洗過程記錄

4.1 除鹽水沖洗及配酸

除鹽水沖洗配藥箱至水清無雜質(zhì)；4月17日21:00系統(tǒng)水溫度35℃左右，在配藥箱內(nèi)配制含緩蝕劑的清洗液500 L。

4.2 酸洗

當(dāng)系統(tǒng)檢查正常后，定子冷卻水箱控制1/2水位，22:00用加藥泵將濃的清洗液加入內(nèi)冷水系統(tǒng)，循環(huán)均勻后化驗(yàn)酸濃度為1.24%，20 min后檢查流量發(fā)現(xiàn)已出現(xiàn)明顯上升，如圖1所示；清洗過程中進(jìn)行正反向切換，每30 min測量一次酸濃度，每60 min化驗(yàn)一次銅含量。

圖1 加藥后系統(tǒng)流量、壓力和調(diào)閥開度變化

從圖1可明顯看出，在進(jìn)水壓力調(diào)閥開度不變的情況下，定冷水壓力明顯下降、流量明顯上升。

4.3 排放清洗液

4月18日4:00，測得酸濃度和銅離子含量均穩(wěn)定，殘留酸濃度為1.09%，銅離子濃度為4629 μg/L，且流量和壓力恢復(fù)到正常運(yùn)行時參數(shù)，如圖2所示。

圖2 清洗結(jié)束時流量和壓力情況

從圖2可知，清洗結(jié)束時發(fā)電機(jī)進(jìn)水側(cè)壓力0.22 MPa(對應(yīng)DCS畫面上0.38 MPa)時，定冷水流量為107.1 t/h，判定達(dá)到酸洗終點(diǎn)，將酸洗液迅速排空。

4.4 酸洗后水沖洗

當(dāng)酸液排完后，向水箱內(nèi)上水至2/3處，開啟內(nèi)冷水泵沖洗系統(tǒng)；20 min后，關(guān)閉內(nèi)冷水泵，打開所有對外排水門，將水排盡。按上述沖洗方式反復(fù)沖洗7次，其中5次正向循環(huán)沖洗、2次反向循環(huán)沖洗，第8次上水后測得水質(zhì)pH值為5.6，水質(zhì)合格，結(jié)束沖洗。

4.5 活化

4月19日17:30，配活化液500 L，用加藥泵注入系統(tǒng)，測系統(tǒng)水pH值為12.6，正反向各活化1.5 h。

4.6 水沖洗

21:20停內(nèi)冷水泵，排放活化液，排放完畢后向水箱內(nèi)上水至2/3處，開啟內(nèi)冷水泵，沖洗系統(tǒng)。20 min后，關(guān)閉內(nèi)冷水泵，打開所有對外排水門，將水排盡。按上述沖洗方式共反復(fù)沖洗5次，其中3次正向循環(huán)沖洗、2次反向循環(huán)沖洗，第6次上水后測得水質(zhì)pH值為9.9，水質(zhì)合格，結(jié)束沖洗。

4.7 預(yù)膜

4月20日9:30，配預(yù)膜原液500 L，9:40加入配置好的預(yù)膜原液，使系統(tǒng)溶液(預(yù)膜液，以下同)的pH值為10.0，預(yù)膜24 h后排放。

4.8 預(yù)膜后水沖洗

4月21日9:45停內(nèi)冷水泵，排放預(yù)膜液，排放完畢后上水至水箱2/3處，開啟內(nèi)冷水泵，沖洗系統(tǒng)。20 min后，關(guān)閉內(nèi)冷水泵，打開所有對外排水門，將水排盡。按上述沖洗方式共反復(fù)沖洗3次，其中1次正向循環(huán)沖洗、2次反向循環(huán)沖洗，17:55投入在線pH表和電導(dǎo)率表，開始進(jìn)行邊補(bǔ)邊排的沖洗方式，19:55時測得系統(tǒng)水銅離子含量為19.24 μg/L、pH值為7.9、SC值為0.685 μS/cm(除鹽水補(bǔ)水SC在0.4 μS/cm左右)，水質(zhì)合格，整個清洗預(yù)膜工作結(jié)束。

5 清洗效果檢查

清洗工作于2021年4月17日22:00開始，于4月21日20:00順利結(jié)束，酸洗結(jié)束時銅離子濃度為4629 μg/L，折算成氧化銅腐蝕沉積物大約為14.1 g。清洗工作結(jié)束后，技術(shù)人員對清洗前后定子冷卻水的壓力、流量參數(shù)進(jìn)行了比較，如圖3所示。在同一壓力0.38 MPa時，清洗前流量為72.3 t/h，清洗后流量為107.1 t/h，比較發(fā)現(xiàn)定子冷卻水壓力設(shè)定不變的情況下，其流量已恢復(fù)至正常水平，清洗效果達(dá)到了預(yù)期要求。

圖3 清洗前后同壓力下流量比較

6 線棒堵塞原因分析

發(fā)電機(jī)定子線棒堵塞的原因主要包括：

(1)銅線棒腐蝕并產(chǎn)生過飽和析出。分析內(nèi)冷水系統(tǒng)運(yùn)行中存在長期pH值過低的情況，從而發(fā)生了銅線棒的腐蝕，進(jìn)而溶解的銅離子會在較高的定子線棒溫度區(qū)域發(fā)生飽和析出。建議加強(qiáng)內(nèi)冷水pH值監(jiān)督，如調(diào)節(jié)小混床混合樹脂比例、增加內(nèi)冷水堿化處理裝置等，確保內(nèi)冷水pH值維持在8.0以上。

(2)停機(jī)時維護(hù)保養(yǎng)不到位發(fā)生腐蝕。建議長期停備的機(jī)組，在停機(jī)保養(yǎng)時做好空心導(dǎo)線的充氮保護(hù)措施，同時盡量吹出導(dǎo)線內(nèi)存留的除鹽水；短期停備的機(jī)組，停機(jī)后繼續(xù)保持定子冷卻水系統(tǒng)正常充水運(yùn)行。

7 結(jié)語

本次化學(xué)清洗工藝效果明顯，內(nèi)冷水系統(tǒng)流量和壓力等參數(shù)均恢復(fù)至發(fā)電機(jī)投產(chǎn)時水平；化學(xué)清洗解決了發(fā)電機(jī)定子線棒溫差大、流量分布不均的問題。此外，通過本次化學(xué)清洗發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)汽端出水管頂部的防虹吸管閥門開度能對內(nèi)冷水流量產(chǎn)生較大的影響，建議通過試驗(yàn)調(diào)整找到合適的閥門開度，在保證能破除虹吸的前提下，盡量減小閥門開度使發(fā)電機(jī)汽端出水側(cè)保持負(fù)壓狀態(tài)，降低內(nèi)冷水管路的阻力，從而最大限度地降低發(fā)電機(jī)勵磁端進(jìn)水的壓力。