淺析發(fā)電機內冷水系統處理

摘要：隨著(zhù)高參數，大容量發(fā)電機組的增多，發(fā)電機采用水冷方式也越來(lái)越多。為防止內冷水系統的腐蝕與結垢，保證冷卻效果及絕緣性能，其水質(zhì)的控制方法也就顯得尤為重要。
關(guān)鍵詞：發(fā)電機 內冷水 處理
        0 引言
        火電廠(chǎng)發(fā)電機內冷水系統的水質(zhì)與發(fā)電機的對地絕緣性能和銅線(xiàn)棒的腐蝕速率密切相關(guān)，其水質(zhì)控制方法直接影響機組的運行安全。1993-1995年國內300MW機組發(fā)電機本體發(fā)生事故53起，由于內冷水回路堵塞、斷水等原因造成的事故29起，占事故總次數的54.7%。對于容量小于125MW的雙水內冷機組，由于內冷水水質(zhì)比300MW大型機組差，故因內冷水水質(zhì)引起的事故更多。由此可見(jiàn)，內冷水的水質(zhì)問(wèn)題已經(jīng)直接影響發(fā)電機的運行安全。
        某廠(chǎng)發(fā)電機采用北京北重汽輪電機有限責任公司制造330MW水氫氫冷卻汽輪發(fā)電機定子，水冷外部控制系統，發(fā)電機定子線(xiàn)圈和引出線(xiàn)采用水內冷，發(fā)電機轉子線(xiàn)圈、定子鐵芯及其它部件采用氫氣冷卻。內冷水裝置為發(fā)電機廠(chǎng)家自帶的小混床處理裝置。發(fā)電機內冷水通常選用除鹽水作為冷卻水質(zhì)，凝結水作為備用水源。
        1　發(fā)電機內冷水水質(zhì)要求及質(zhì)量標準
        1.1 水質(zhì)要求 由于內冷水在高電壓電場(chǎng)中作冷卻介質(zhì)，因此各項質(zhì)量要求必須以保證發(fā)電機安全經(jīng)濟運行為前提。發(fā)電機內冷水水質(zhì)應符合如下技術(shù)要求：①有足夠的絕緣性能（即較低的電導率），以防止發(fā)電機線(xiàn)圈的短路。②對發(fā)電機銅導線(xiàn)和內冷水系統無(wú)腐蝕性。③不允許發(fā)電機內冷水中的雜質(zhì)在空心導線(xiàn)內結垢，以免降低冷卻效果，使發(fā)電機線(xiàn)圈超溫，導致絕緣老化和失效。
        1.2 質(zhì)量標準　根據《大型發(fā)電機內冷卻水質(zhì)及系統技術(shù)要求》（DLT 801-2002）的規定，我國發(fā)電機內冷水質(zhì)量標準如下：
        內冷水主要水質(zhì)指標包括pH 值、電導率和含銅量。制定pH值標準是為了阻止發(fā)電機銅線(xiàn)棒腐蝕。除鹽水純度高，能夠滿(mǎn)足絕緣要求，但是pH值較低，一般在6.0～6.8之間，使得發(fā)電機定子線(xiàn)棒始終處于熱力學(xué)不穩定區，（根據Cu-H2O體系的電位-pH平衡圖）對系統有一定的侵蝕性，銅、鐵金屬在水中遭受的腐蝕是隨著(zhù)水溶液pH值的降低而增大的。銅、鐵在pH＝8左右為腐蝕的鈍化區。（見(jiàn)圖1）當pH>6.8時(shí)，銅處于鈍化區，腐蝕速度大大降低；但是，在強堿性介質(zhì)中銅離子與羥基離子會(huì )發(fā)生絡(luò )合反應，破壞銅表面的氧化銅或氧化亞銅保護層，加速銅的腐蝕，所以DLT 801-2002標準中，提出pH值高限為9.0。實(shí)際上，受電導率標準的制約，內冷水的pH值大于9.0的工況是難于出現的。電導率對銅腐蝕速率有一定影響，但不敏感，其制定依據主要是滿(mǎn)足發(fā)電機的絕緣要求。而制定銅離子濃度標準的目的是限制銅線(xiàn)棒的腐蝕速率，但由于運行條件不同，這個(gè)指標并不能?chē)栏癖碚縻~的腐蝕狀況。由于內冷水的pH低，使水中含銅量及電導率均在高限，腐蝕產(chǎn)物還可能在線(xiàn)棒的通流部分沉積，引起局部過(guò)熱，甚至造成局部堵死，影響發(fā)電機組的安全運行。運行過(guò)程中水冷器的泄漏以及水冷器投運前未經(jīng)沖洗或沖洗不徹底等都會(huì )使生水中的雜質(zhì)進(jìn)入內冷水系統，造成系統腐蝕和堵塞。

    《大型發(fā)電機內冷卻水質(zhì)及系統技術(shù)要求》（DLT 801-2002）增加了硬度、含氨量和溶氧量三個(gè)水質(zhì)指標，其中的硬度和含氨量指標主要是針對采用凝結水作補充水的內冷水系統而制定的，而溶氧量指標是針對密閉的內冷水系統制定的。采用凝結水作補充水會(huì )攜帶氨進(jìn)入內冷水系統，而超過(guò)一定濃度的氨有可能與銅離子生成銅氨絡(luò )離子，破壞銅表面的保護膜，導致銅的腐蝕。當凝汽器銅管泄露時(shí)，凝結水中有硬度，采用凝結水作為補充水就有可能在內冷水系統沉積鈣垢，導致內冷水過(guò)水通道堵塞。對于密閉內冷水系統，內冷水溶氧量較小。為控制銅腐蝕速率，并考慮現有除氧技術(shù)條件，規定了內冷水的溶氧量小于30μg/L。
        2 控制方法
        對于內冷水的水質(zhì)控制方法有許多。對于容量小于125MW的小型機組一般采用投加銅緩蝕劑和頻繁更換內冷水的方法來(lái)滿(mǎn)足水質(zhì)控制要求，而對于大型機組則是采用發(fā)電機制造廠(chǎng)提供的小混床旁路處理內冷水的工藝。前者可以減緩銅線(xiàn)棒腐蝕，但有可能因形成銅與緩蝕劑的絡(luò )合物沉淀導致銅線(xiàn)棒內冷水通道堵塞；后者可以降低內冷水電導率，但不能阻止發(fā)電機銅線(xiàn)棒腐蝕。國內已有多臺機組因銅線(xiàn)棒腐蝕發(fā)生發(fā)電機內部線(xiàn)圈漏水甚至燒毀發(fā)電機的事故。
        2.1 目前該廠(chǎng)采用小混床（氫型離子交換器）旁路處理法。該方法讓部分內冷水通過(guò)裝有陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的混合離子交換器，以除去水中各種陰、陽(yáng)離子，達到凈化水質(zhì)的處理方法。
        當內冷水經(jīng)過(guò)氫型離子交換器時(shí)，水中的陽(yáng)離子Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋與樹(shù)脂中的交換基團H＋進(jìn)行交換，反應式如下：
        該處理方法能夠達到凈化內冷水質(zhì)的目的，使內冷水導電率維持在合格范圍內。缺點(diǎn)是：內冷水經(jīng)小混床離子交換后，水中H＋含量增多，使水質(zhì)pH值進(jìn)一步降低，有時(shí)低至5.0左右，更加劇了對銅導線(xiàn)的腐蝕。目前該處理方式應用較為廣泛。但這種“治標不治本”的處理方式是其致命缺陷。鑒于此，公司對該系統進(jìn)行了改造。
        2.2 最近，國內出現了一種發(fā)電機內冷水系統微堿性循環(huán)處理工程。該系統由離子交換器、特種樹(shù)脂、樹(shù)脂捕捉器、水冷箱防污染呼吸裝置、在線(xiàn)儀表監測系統等部分組成。它是在小混床處理的基礎上進(jìn)行了改進(jìn)。采用獨特結構的雙層床離子交換器，內裝有高交換容量的特種樹(shù)脂對內冷水進(jìn)行旁路處理，并對內冷水箱安裝CO2吸收器，防止因水位波動(dòng)呼吸作用引起的空氣中的雜質(zhì)粉塵以及CO2的污染，凈化內冷水水質(zhì)，減緩內冷水對系統的腐蝕。
        由于該裝置采用的是特種均粒樹(shù)脂，使用前進(jìn)行了深度再生和特殊處理，不僅樹(shù)脂的使用周期延長(cháng)到1～2a，且可使內冷水的pH值達到7.0～9.0，從根本上減緩和抑制了對銅導線(xiàn)的腐蝕。該裝置已在該廠(chǎng)發(fā)電機組的內冷水系統中應用，效果理想。從安全可靠和經(jīng)濟性方面綜合考慮，微堿性循環(huán)處理法簡(jiǎn)單、安全、可靠，具有一定的推廣意義。 
參考文獻：
[1]《大型發(fā)電機內冷卻水質(zhì)及系統技術(shù)要求》（DLT 801-2002）．
[2]曹長(cháng)武，宋麗莎，羅竹杰.火力發(fā)電廠(chǎng)化學(xué)監督技術(shù).北京：中國電力出版社.2005.
[3]李培元.火力發(fā)電廠(chǎng)水處理及水質(zhì)控制[M].北京：中國電力出版社.2000．

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