淺析發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)處理

　　0 引言

　　火電廠發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)的水質(zhì)與發(fā)電機(jī)的對地絕緣性能和銅線棒的腐蝕速率密切相關(guān)，其水質(zhì)控制方法直接影響機(jī)組的運行安全。1993-1995年國內(nèi)300MW機(jī)組發(fā)電機(jī)本體發(fā)生事故53起，由于內(nèi)冷水回路堵塞、斷水等原因造成的事故29起，占事故總次數(shù)的54.7%。對于容量小于125MW的雙水內(nèi)冷機(jī)組，由于內(nèi)冷水水質(zhì)比300MW大型機(jī)組差，故因內(nèi)冷水水質(zhì)引起的事故更多。由此可見，內(nèi)冷水的水質(zhì)問題已經(jīng)直接影響發(fā)電機(jī)的運行安全。

　　某廠發(fā)電機(jī)采用北京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司制造330MW水氫氫冷卻汽輪發(fā)電機(jī)定子，水冷外部控制系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)定子線圈和引出線采用水內(nèi)冷，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈、定子鐵芯及其它部件采用氫氣冷卻。內(nèi)冷水裝置為發(fā)電機(jī)廠家自帶的小混床處理裝置。發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水通常選用除鹽水作為冷卻水質(zhì)，凝結(jié)水作為備用水源。

　　1　發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水水質(zhì)要求及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

　　1.1 水質(zhì)要求 由于內(nèi)冷水在高電壓電場中作冷卻介質(zhì)，因此各項質(zhì)量要求必須以保證發(fā)電機(jī)安全 經(jīng)濟(jì) 運行為前提。發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水水質(zhì)應(yīng)符合如下技術(shù)要求：①有足夠的絕緣性能（即較低的電導(dǎo)率），以防止發(fā)電機(jī)線圈的短路。②對發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線和內(nèi)冷水系統(tǒng)無腐蝕性。③不允許發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水中的雜質(zhì)在空心導(dǎo)線內(nèi)結(jié)垢，以免降低冷卻效果，使發(fā)電機(jī)線圈超溫，導(dǎo)致絕緣老化和失效。

　　1.2 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)　根據(jù)《大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求》（DLT 801-2002）的規(guī)定，我國發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：

　　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。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(fā)電機(jī)定子線棒始終處于熱力學(xué)不穩(wěn)定區(qū)，（根據(jù)Cu-H2O體系的電位-pH平衡圖）對系統(tǒng)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(qū)。（見圖1）當(dāng)pH>6.8時，銅處于鈍化區(qū)，腐蝕速度大大降低；但是，在強(qiáng)堿性介質(zhì)中銅離子與羥基離子會發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，破壞銅表面的氧化銅或氧化亞銅保護(hù)層，加速銅的腐蝕，所以DLT 801-2002標(biāo)準(zhǔn)中，提出pH值高限為9.0。實際上，受電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)的制約，內(nèi)冷水的pH值大于9.0的工況是難于出現(xiàn)的。電導(dǎo)率對銅腐蝕速率有一定影響，但不敏感，其制定依據(jù)主要是滿足發(fā)電機(jī)的絕緣要求。而制定銅離子濃度標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)并不能嚴(yán)格表征銅的腐蝕狀況。由于內(nèi)冷水的pH低，使水中含銅量及電導(dǎo)率均在高限，腐蝕產(chǎn)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(fā)電機(jī)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(jīng)沖洗或沖洗不徹底等都會使生水中的雜質(zhì)進(jìn)入內(nèi)冷水系統(tǒng)，造成系統(tǒng)腐蝕和堵塞。 

　　《大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求》（DLT 801-2002）增加了硬度、含氨量和溶氧量三個水質(zhì)指標(biāo)，其中的硬度和含氨量指標(biāo)主要是針對采用凝結(jié)水作補充水的內(nèi)冷水系統(tǒng)而制定的，而溶氧量指標(biāo)是針對密閉的內(nèi)冷水系統(tǒng)制定的。采用凝結(jié)水作補充水會攜帶氨進(jìn)入內(nèi)冷水系統(tǒng)，而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)凝汽器銅管泄露時，凝結(jié)水中有硬度，采用凝結(jié)水作為補充水就有可能在內(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。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。 

[$page]　　2 控制方法

　　對于內(nèi)冷水的水質(zhì)控制方法有許多。對于容量小于125MW的小型機(jī)組一般采用投加銅緩蝕劑和頻繁更換內(nèi)冷水的方法來滿足水質(zhì)控制要求，而對于大型機(jī)組則是采用發(fā)電機(jī)制造廠提供的小混床旁路處理內(nèi)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(luò)合物沉淀導(dǎo)致銅線棒內(nèi)冷水通道堵塞；后者可以降低內(nèi)冷水電導(dǎo)率，但不能阻止發(fā)電機(jī)銅線棒腐蝕。國內(nèi)已有多臺機(jī)組因銅線棒腐蝕發(fā)生發(fā)電機(jī)內(nèi)部線圈漏水甚至燒毀發(fā)電機(jī)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(nèi)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(dá)到凈化水質(zhì)的處理方法。

　　當(dāng)內(nèi)冷水經(jīng)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(tuán)H＋進(jìn)行交換，反應(yīng)式如下：

　　該處理方法能夠達(dá)到凈化內(nèi)冷水質(zhì)的目的，使內(nèi)冷水導(dǎo)電率維持在合格范圍內(nèi)。缺點是：內(nèi)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，有時低至5.0左右，更加劇了對銅導(dǎo)線的腐蝕。目前該處理方式應(yīng)用較為廣泛。但這種“治標(biāo)不治本”的處理方式是其致命缺陷。鑒于此，公司對該系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

　　2.2 最近，國內(nèi)出現(xiàn)了一種發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)微堿性循環(huán)處理工程。該系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)等部分組成。它是在小混床處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。采用獨特結(jié)構(gòu)的雙層床離子交換器，內(nèi)裝有高交換容量的特種樹脂對內(nèi)冷水進(jìn)行旁路處理，并對內(nèi)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(zhì)粉塵以及CO2的污染，凈化內(nèi)冷水水質(zhì)，減緩內(nèi)冷水對系統(tǒng)的腐蝕。

　　由于該裝置采用的是特種均粒樹脂，使用前進(jìn)行了深度再