淺析發電機內冷水系統處理

淺析發電機內冷水系統處理

摘要：隨著高參數，大容量發電機組的增多，發電機采用水冷方式也越來越多。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，其水質的控制方法也就顯得尤為重要。
關鍵詞：發電機 內冷水 處理
        0 引言
        火電廠發電機內冷水系統的水質與發電機的對地絕緣性能和銅線棒的腐蝕速率密切相關，其水質控制方法直接影響機組的運行安全。1993-1995年國內300MW機組發電機本體發生事故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，由于內冷水水質比300MW大型機組差，故因內冷水水質引起的事故更多。由此可見，內冷水的水質問題已經直接影響發電機的運行安全。
        某廠發電機采用北京北重汽輪電機有限責任公司制造330MW水氫氫冷卻汽輪發電機定子，水冷外部控制系統，發電機定子線圈和引出線采用水內冷，發電機轉子線圈、定子鐵芯及其它部件采用氫氣冷卻。內冷水裝置為發電機廠家自帶的小混床處理裝置。發電機內冷水通常選用除鹽水作為冷卻水質，凝結水作為備用水源。
        1　發電機內冷水水質要求及質量標準
        1.1 水質要求 由于內冷水在高電壓電場中作冷卻介質，因此各項質量要求必須以保證發電機安全經濟運行為前提。發電機內冷水水質應符合如下技術要求：①有足夠的絕緣性能（即較低的電導率），以防止發電機線圈的短路。②對發電機銅導線和內冷水系統無腐蝕性。③不允許發電機內冷水中的雜質在空心導線內結垢，以免降低冷卻效果，使發電機線圈超溫，導致絕緣老化和失效。
        1.2 質量標準　根據《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》（DLT 801-2002）的規定，我國發電機內冷水質量標準如下：
        內冷水主要水質指標包括pH 值、電導率和含銅量。制定pH值標準是為了阻止發電機銅線棒腐蝕。除鹽水純度高，能夠滿足絕緣要求，但是pH值較低，一般在6.0～6.8之間，使得發電機定子線棒始終處于熱力學不穩定區，（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。（見圖1）當pH>6.8時，銅處于鈍化區，腐蝕速度大大降低；但是，在強堿性介質中銅離子與羥基離子會發生絡合反應，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足發電機的絕緣要求。而制定銅離子濃度標準的目的是限制銅線棒的腐蝕速率，但由于運行條件不同，這個指標并不能嚴格表征銅的腐蝕狀況。由于內冷水的pH低，使水中含銅量及電導率均在高限，腐蝕產物還可能在線棒的通流部分沉積，引起局部過熱，甚至造成局部堵死，影響發電機組的安全運行。運行過程中水冷器的泄漏以及水冷器投運前未經沖洗或沖洗不徹底等都會使生水中的雜質進入內冷水系統，造成系統腐蝕和堵塞。

    《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》（DLT 801-2002）增加了硬度、含氨量和溶氧量三個水質指標，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攜帶氨進入內冷水系統，而超過一定濃度的氨有可能與銅離子生成銅氨絡離子，破壞銅表面的保護膜，導致銅的腐蝕。當凝汽器銅管泄露時，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滿足水質控制要求，而對于大型機組則是采用發電機制造廠提供的小混床旁路處理內冷水的工藝。前者可以減緩銅線棒腐蝕，但有可能因形成銅與緩蝕劑的絡合物沉淀導致銅線棒內冷水通道堵塞；后者可以降低內冷水電導率，但不能阻止發電機銅線棒腐蝕。國內已有多臺機組因銅線棒腐蝕發生發電機內部線圈漏水甚至燒毀發電機的事故。
        2.1 目前該廠采用小混床（氫型離子交換器）旁路處理法。該方法讓部分內冷水通過裝有陰、陽離子交換樹脂的混合離子交換器，以除去水中各種陰、陽離子，達到凈化水質的處理方法。
        當內冷水經過氫型離子交換器時，水中的陽離子Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋與樹脂中的交換基團H＋進行交換，反應式如下：
        該處理方法能夠達到凈化內冷水質的目的，使內冷水導電率維持在合格范圍內。缺點是：內冷水經小混床離子交換后，水中H＋含量增多，使水質pH值進一步降低，有時低至5.0左右，更加劇了對銅導線的腐蝕。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，公司對該系統進行了改造。
        2.2 最近，國內出現了一種發電機內冷水系統微堿性循環處理工程。該系統由離子交換器、特種樹脂、樹脂捕捉器、水冷箱防污染呼吸裝置、在線儀表監測系統等部分組成。它是在小混床處理的基礎上進行了改進。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脂對內冷水進行旁路處理，并對內冷水箱安裝CO2吸收器，防止因水位波動呼吸作用引起的空氣中的雜質粉塵以及CO2的污染，凈化內冷水水質，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脂，使用前進行了深度再生和特殊處理，不僅樹脂的使用周期延長到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的腐蝕。該裝置已在該廠發電機組的內冷水系統中應用，效果理想。從安全可靠和經濟性方面綜合考慮，微堿性循環處理法簡單、安全、可靠，具有一定的推廣意義。 
參考文獻：
[1]《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》（DLT 801-2002）．
[2]曹長武，宋麗莎，羅竹杰.火力發電廠化學監督技術.北京：中國電力出版社.2005.
[3]李培元.火力發電廠水處理及水質控制[M].北京：中國電力出版社.2000．

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