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1、发电机定冷水处理的要点与技术的概述孟龙; 李俊菀; 王峻峰; 黄万启; 孙本达【期刊名称】腐蚀与防护【年(卷),期】2023(040)011【总页数】5 页(P821-825)【关键词】发电机定冷水; 腐蚀; 水质指标; pH; 智能配水法【作 者】孟龙; 李俊菀; 王峻峰; 黄万启; 孙本达【作者单位】西安热工争论院 西安 710032; 神华国华宁东发电有限责任公司 灵武 750408【正文语种】中 文【中图分类】TG174随着煤电行业“上大压小”政策的不断推动，大容量机组不断取代小容量机组，单机容量提高，发电机定子绕组的线负荷增加，定子绕组线圈的温度随之提高。由于水具有导热系数大，安全性
2、高等优点，水冷渐渐成为发电机定子绕组冷却的主要方式。我国绝大多数超临界、超超临界机组发电机都承受“水-氢-氢”冷却方式，定子绕组承受水冷，转子及铁芯承受氢冷1。值得留意的是，随着机组容量的提高，发电机通水槽的高度反而渐渐降低，如 300 MW 定子空心铜线圈的通流截面尺寸为 7.10 mm2.09 mm，600 MW 的为 3.15 mm1.85 mm，1 000 MW 的为 3.15 mm1.60 mm。随之带来的问题如下：1水流量减小，温升增加，腐蚀产物沉积加剧；2通流面积削减，腐蚀产物堵塞问题突出；3发电机初始电压上升，磁场增加，腐蚀产物更易于沉积2-3。因此，国家及电力行业相关标准对定
3、冷水指标的要求愈加严格，详见表 1。本工作整理并分析了定冷水水质掌握的要点，介绍了目前定冷水处理的主要方法并提出智能配水的方法，通过理论与实际相结合，分析了各种定冷水处理方法存在的问题，提出较为适宜的方案以期指导现场运行。1 发电机定子铜线圈腐蚀的主要影响因素1.1 p H、溶解氧对铜线圈腐蚀的影响平衡计算中将溶液中铜离子浓度分别取 105.5107 molL，绘制如图 1 所示 Cu-H2 O 体系的电位-p H 平衡图。由图 1 可见：当 p H 为 8.09.0 时，无论溶液中氧含量如何变化，金属铜都处于钝化状态，铜外表的氧化物能够稳定存在， 对铜基体起到保护作用，这与标准的相关规定吻合
4、。当以 107 molL 铜作为腐蚀发生与否的界限作图时，铜稳定存在的 p H 为 7.449.31，p H 超出此区间， 当有极少量的氧导致溶液电位上升时，铜就会进入腐蚀区。因此，标准规定 p H 低于 8.0 的定冷水，必需掌握其氧含量低于 30gL，由于定冷水需掌握其电导率小于 2.0Scm，因此定冷水的 p H 通常不会大于 9.04-5。图 2 为铜的腐蚀速率与 p H 及溶解氧含量的关系图。由图 2 可见：当 p H 为 8.3 时，溶解氧含量的变化对铜腐蚀的作用已不明显，此时可以不考虑溶解氧含量的影响2。表 1 相关标准对定冷水水质的要求 Tab.1 The requiremen
5、ts for stator cooling water quality in relevant standards 标准 溶解氧gL1pH25 铜含量gL1标准值 期望值电导率25Scm1 标准值 期望值 GB T 121452023 8.08.9 8.38.730 7.08.9 2.0 20 10 DL T 80120238.09.0 0.42.0 20图 1 Cu-H2 O 体系的电位-p H 平衡图 Fig.1 Potential-p H equilibriumdiagram of Cu-H2 O system图 2 铜的腐蚀速率与 p H 及溶解氧含量的关系 Fig.2 The rel
6、ationship of copper corrosion rate with p H and dissolved oxygen content相关争论说明，提高定冷水 p H 至 8.59.0，能有效抑制铜的释放，但是，假设p H 掌握不稳定会导致铜外表氧化膜的形态发生变化，使氧化膜迁移，且碱性条件下形成的氧化膜又比中性条件下的厚，随着铜氧化膜的迁移更易发生沉积等问题。在高氧条件下形成的氧化膜主要为 CuO，在较低氧条件形成的 Cu2 O 膜更为致密稳定。但是，无论高氧运行还是低氧运行，肯定要维持氧含量的稳定，氧含量的变化会导致两种氧化物之间晶型的转变，这种变化会使氧化膜变得疏松，铜氧化物的
7、溶出增大，不利于系统的稳定。因此，运行中应留意：保持定冷水 p H 的长期合格稳定，尽量削减 p H 发生较大的波动；无论低溶解氧运行还是高溶解氧运行， 不要随便转变运行方式，维持氧含量的稳定6-8。1.2 二氧化碳对电导率及铜线圈腐蚀的影响当定冷水系统在碱性条件下运行时，掌握定冷水的 p H 为 8.09.0 能有效抑制铜的腐蚀，保证铜含量符合标准规定。在该工况下，仅需要留意掌握定冷水的电导率在标准规定范围内。在维持定冷水 p H 不变的条件下，二氧化碳的漏入会明显增加溶液的电导率。除盐水加 NH3 调整 p H 时不同总碳浓度下电导率与 p H 的关系如图 3 所示，由图 3 可见：以 2
8、.0Scm 作为定冷水电导率的上限，当溶液中的总碳浓度到达 1.5105 molL，p H 为 8 时，定冷水电导率为 2.01Scm； 当总碳浓度大于 1.5105 molL，且无法保证 p H 大于 8.0 时，电导率小于2.0Scm。因此，维持定冷水中低二氧化碳含量对保证定冷水水质的合格有很重要的意义6。图 3 不同总碳浓度条件下除盐水氨溶液电导率-p H 对应关系 Fig.3 The conductivity-p H correspondence of demineralized waterammoniasolution under the condition of different
9、 total carbon concentrations不同二氧化碳浓度条件下，除盐水加氨调整 p H，电导率与 p H 的对应关系可按如下方式推导。式中：w C 为水中总碳含量。设 25时 H2 CO3 的一级、二级电离平衡常数为 K 1、K 2，是只与温度相关的常数，由式1及式2可得，不同二氧化碳浓度条件下，除盐水加氨调整 p H 时溶液中铵离子浓度如下将式4式6代入其中可得由于溶液中的离子只有 H、NH4、OH、HCO3 及 CO23，因此由此可得，25时 H2 CO3 的一级、二级电离平衡常数为 K 14.45107、K 2 4.691011，水的离子积 K W11014，极限摩尔电导
10、率 m H72.0 Scm2mol。将式4、5、6、8、9代入11即可得不同二氧化碳浓度条件下，除盐水加氨调整 p H 时，电导率与 p H 的对应关系，选取不同总碳含量绘图如图 3 所示9。2 当前电厂定冷水的几种主要处理方法2.1 加碱化剂处理法向定冷水中参加肯定量的碱性药剂，维持定冷水的 p H 为 89，该种工况下铜的腐蚀速率较小，并且可以无视氧含量的影响。但是，碱化剂的参加量通常较难准确掌握，加量过小无法维持定冷水的 p H 合格，加量过大又会导致定冷水电导率严峻超标，有时甚至到达几十 Scm，严峻影响发电机的绝缘，威逼机组的安全运行。这种方法通常还会保存 HOH 型树脂小混床连续投
11、运，旁路处理量也很难掌握适宜，p H 波动较大且需要常常更换树脂，增加运行、检修人员的工作量10- 12。2.2 HOH 型树脂小混床旁路处理法小混床中装有 H 型阳树脂和 OH 型阴树脂，处理的流量一般为内冷水流量的5%10%，混床出水的 p H 一般低于 7.0，铜腐蚀极为严峻。这种方法能够去除水中的杂质，但是，混床出水偏酸性，且通常没有维持定冷水系统的密闭性，空气中的氧和二氧化碳进入定冷水中，定冷水水质明显不合格10-13。2.3 钠型小混床旁路处理法这种方法是将 HOH 型小混床中的氢型树脂改为钠型树脂，钠型树脂与定冷水中的铜离子等交换后，释放出钠离子，氢氧型树脂与定冷水中其他的阴离子
12、交换，释放出氢氧根离子，相当于向水中投入了氢氧化钠。这种方法对 p H 的提升作用与定冷水中阳离子含量亲热相关，出水电导率一般不稳定且通常对定冷水 p H 的提升作用不明显，一般 p H 不超过 7.8，树脂运行周期短，假设定冷水系统密封性不好则运行周期更短，通常运行较短的时间 p H 就会降至 7.0 左右，运行中需频繁更换树脂，运行、检修人员工作量大，影响机组安全稳定运行10-13。2.4 加缓蚀剂法向定冷水中加缓蚀剂以降低铜的腐蚀，铜缓蚀剂可在铜线圈内形成保护膜，防止定冷水中的介质对铜线圈造成腐蚀，常用的铜缓蚀剂有 MBT 和 BTA 等，这些物质的水溶性很差，药剂会堵塞尺寸不大的铜线槽
13、，导致超温，因此，的标准不推举向定冷水加缓蚀剂调整水质10-12，14。3 定冷水智能配水法3.1 智能配水法的说明由于以上各种定冷水处理方法均有较为明显的缺乏，西安热工院提出了智能配水的处理方式，定冷水智能配水法是通过设备自动调整分散水精处理出口加氨点前、后两路来水的配比，保证经过装置混合后的补水电导率及 p H 在标准规定的最正确防腐蚀范围为防止热力系统管道的腐蚀，分散水经过精处理加氨后的 p H 通常在9.0 以上，因此调整加氨前、后水的配比，可稳定掌握定冷水p H 在 8.5 左右。来水均为经过精处理后的分散水，水质优良，保证不引入定冷水系统内其他杂质离子。同时对定冷水系统进展改造，在
14、定冷水箱与凝汽器间建立循环凝汽器热井- 分散水精处理设备-定冷水箱-凝汽器热井，通过连续补充少量混合好的 p H 为8.5 的水及将多出的水回收至凝汽器，可以在不考虑定冷水系统密闭的状况下，保证定冷水水质稳定在标准规定的合格范围，同时对补水进展循环回用可以不铺张水。该方法不使用小混床，不进展加药处理，不需要进展排污处理，节约了运行及检修 本钱14-15。3.2 智能配水法在电厂的应用效果基于智能配水法，西安热工争论院争论了专利产品定冷水智能净扮装置，装置需对定冷水系统进展改造，在分散水精处理后和加氨前后引两路水通过人工智能设备自动配比两路水的流量，使得补水电导率维持在 1.0Scm 左右，p
15、H 维持在8.5 左右，定冷水系统的排水通过定冷水箱高位溢流至水封筒进展回收。华润某电厂 1 号机组于 2023 年 9 月 14 日 11：00 投运定冷水智能净化设备，电厂之前承受 HOH 型树脂小混床旁路处理法，补水方式为单一的除盐水补水，定冷水 p H 约为 6.0，系统腐蚀严峻，定冷水中铜含量较高。智能净化设备投运后， 定冷水的电导率渐渐稳定在 1.0Scm 左右，p H 稳定在最正确防腐蚀范围p H约为 8.5，p H 和电导率间的关系根本符合 25下，高纯水加氨调整 p H 时的对应关系式，p H8.566lgSC。定冷水中的铜含量由最初的 461.8gL 降低至 3gL 以下。
16、设备投运 3 d 内对定冷水水质进展连续监测，结果见表 2。表 2 智能净化设备投运后的定冷水水质1 号机组Tab.2 The quality of cooling water after the intelligent purification equipment put into operationUnit 1日期 时间 定冷水电导率Scm1定冷水中铜含量gL12023-9-14 1200 0.52 461.8 1700 0.89 289.2 2023-9-15900 1.01 107.7 1700 1.01 59.1 2023-9-16 900 0.97 5.2 1200 0.962.7
17、华能某电厂 2 号机组于 2023 年 12 月投运定冷水智能净化设备，电厂之前承受加碱化剂NaOH并通过小混床旁路处理的方法，由于碱化剂的参加量及旁路处理流量很难准确掌握并维持平衡，电厂运行人员反映定冷水 p H 不稳定且常常消灭加药过量、电导率超标等状况，电导率曾到达 20Scm，严峻威逼机组安全运行，此外，检修人员还反映树脂失效较快，树脂更换频繁，工作量较大。定冷水智能净化设备投运后，电厂停顿向定冷水中加碱化剂，停顿小混床的运行，投运后定冷水的电导率及 p H 长期合格稳定，电导率稳定在 1.0Scm 左右，p H 稳定在最正确防腐蚀范围，定冷水中铜含量始终小于 3gL，大大削减了运行及
18、检修人员的工作量。设备投运 1 a 后对定冷水水质进展跟踪统计，结果见表 3。表 3 智能净化设备投运后的定冷水水质2 号机组Tab.3 The quality of cooling water after the intelligent purification equipment put into operationUnit 2日期 时间 定冷水电导率Scm1 定冷水p H 4 完毕语（1） 随着机组容量的不断提高，发电机铜线圈腐蚀所带来的问题越来越显著，电厂运行应严格遵守相关标准规定的定冷水指标，把危急降到最低。（2） 机组运行期间应维持定冷水 p H 的长期合格及氧含量的长期稳定，削减
19、因数据波动给运行带来的危害。（3） 应维持定冷水中的二氧化碳处于低浓度状态，二氧化碳浓度应小于 1.5105 molL，保证定冷水的 p H 及电导率同时符合标准要求。（4） 选择定冷水的处理方法时应充分了解各种方法的优、缺点，避开给机组运行带来风险。（5） 定冷水智能配水法具有自动补水，自动循环，定冷水水质好，铜腐蚀量小等优点。设备投运后效果明显，长期运行指标稳定牢靠，满足 GBT 121452023火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量及 DLT 8012023大型发电机内冷却水质及系统技术要求标准中关于定冷水水质的要求。参考文献：【相关文献】1 王溯.发电机内冷水系统防腐蚀争论D.长沙：长沙
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