发电机定冷水混床运行周期长的原因探讨.doc

发电机定冷水混床运行周期长的原因探讨王涛英1 郭包生2 徐军锋3 郭晓宇4 周艳5 程中华6 赵锋7（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010206）【摘要】：介绍了定冷水的水质要求，讨论了导致定冷水水质不合格的原因，通过对托电定冷水的数据统计和工艺特点分析，认为托电定冷水混床运行周期长主要得益于系统没有水损失和混床树脂的再生度高；还得益于定冷水系统的冷却器材质为耐蚀性好的铜和不锈钢，且定冷水系统有精密过滤器，过滤效果好。【关键词】：定冷水；保护膜；含铜量；混床；钝化；氧化铜1 前言在火力发电厂中，发电机定冷水系统是很小的用水系统，但对水质要求较高，定冷水系统的事故和故障严重威胁电力安全生产。分析定冷水系统事故原因发现：定冷水系统堵塞事故，主要是由于冷却水水质不合格造成的。定冷水水质不合格导致铜导线腐蚀，氧化铜腐蚀产物在磁场作用下易于沉积，沉积物堵塞定子空心铜导线，因沉积使发电机定子严重烧损事故均发生在定子水回路堵塞的机组上，损失很大。2 发电机定冷水的水质要求为满足发电机对地绝缘和铜线棒防腐蚀的要求，国家和电力部门在不同时期提出了一系列火力发电厂水质标准，详见表1。表1 国内不同时期执行的标准中关于定冷水水质的规定标准代号SD163-85DL/T561-95GB/T12145-1999DL/T801-2002pH（25）7.67.06.87.09.0电导率（S/cm，25)51052含铜量（g/L）2002004040溶氧量（g/L）30硬度（mol/L）2.0含氨量（g/L）300备注：DL/T801-2002大型发电机内冷却水质及系统技术要求。“”表示该项目没有规定。3 发电机定冷水水质不合格的原因有资料表明定冷水流速为3m/s时，腐蚀速度仅为45m/a，而且属于均匀腐蚀。空心铜导线壁厚大约为1.5mm，铜的腐蚀量（深度）大约只有几个微米每年。因此由于腐蚀穿孔所造成的直接影响是非常低的，这不是定冷水水质调节防腐的关键问题所在。关键在于腐蚀产物容易被水流冲刷下来，被发电机磁场阻截，在空心导线内部沉积，降低或堵塞过水断面，造成线棒升温，烧毁绕组；引起绝缘性下降；加大电流泄漏损失。单纯防止腐蚀不是解决发电机事故的根本办法，应将防腐蚀、防沉淀及运行经济性结合考虑，所以防腐工作的主要目的是为了防止腐蚀产物的沉积。腐蚀影响因素：发电机定冷水是纯水，影响空心铜导线腐蚀的因素有pH值、水温、溶解氧含量、水流速度和离子态杂质（即构成电导率的物质）。上述因素对腐蚀过程的影响如下：3.1 电导率的影响定冷水电导率高时，水的绝缘性变差，定冷水系统的外管道和设备外壳是接地的，造成电流损失。因此电导率对定冷水系统的影响主要表现为电流泄漏损失。3.2 氧的影响水中溶解氧是腐蚀性介质，溶解氧的存在会加快铜的腐蚀，促使不稳定的氧化物生成，但是溶解氧含量过高和过低对腐蚀又都有延缓作用，据有关资料：溶解氧含量在0.52.0mg/L之间腐蚀速度最高。常温25时，与空气接触的水中溶解氧的含量是1.43.2mg/L，温度高时，溶解氧值下降，定冷水的运行温度通常为2580（空心铜导线部位水温常在40以上，一般运行温度是54），因此定冷水系统溶解氧正处于铜腐蚀区内。为防止腐蚀，国外对发电机定冷水溶解氧的限制是小于20g/L或小于50g/L。 腐蚀发生后，通常在金属表面形成双层结构的氧化膜。在温度比较高的情况下（如定冷水运行时空心导线处水温常为4080），产物的成膜性能不如低温下效果好，此时腐蚀产物只有少量附着在金属表面上，大部分会脱落下来转入水中。3.3 氨的影响在火力发电厂热力系统中凝结水含氨量一般小于1 mg/L，为调整定冷水的pH值,通常在给定冷水系统补水的凝结水或除盐水中加NH3 ，中和水中的二氧化碳，提高定冷水pH值,抑制腐蚀；但是氨含量高时又会产生铜的氨蚀。含氨量不大于100mg/L时，是轻微的氧腐蚀，腐蚀产物是铜的氧化物或氢氧化物，难溶于水；含氨量大于300mg/L时，氨能溶解铜的氧化物或氢氧化物（Cu2+4NH3Cu(NH3)42+），使其变得易溶于水。而且在有氧的状况下，氨腐蚀速度比无氧时高1020倍。由于发电机定子线圈的材料采用纯铜，当电厂把氨加在凝结水或除盐水中时，含氨量偏大，铜管被腐蚀溶脱，严重情况下可能造成铜管穿孔。3.4 pH值的影响pH值是控制腐蚀的关键因素，主要影响铜的电极电位。pH值在710之间是Cu的稳定区，定冷水系统最好控制在89之间。3.5 其它因素的影响定冷水吸收热量后，通常是在用不锈钢材质制成的冷却器中换热冷却，有些系统管路材质采用铁合金，铁合金的耐腐蚀性较铜弱，所以在空心导线中除了铜腐蚀产物沉积外，还可能沉积铁的腐蚀产物。特别是定冷水溶解氧、pH值等水质指标不符合用水要求时，更易造成铁合金材料的腐蚀，铁腐蚀产物在空心导线磁场作用下的沉积更严重。 4 托电发电机定冷水数据托电8台600MW机组定冷水品质相似，以1号发电机定冷水数据为例如下图： 在2008年1月上旬将托电11号300MW机组的发电机定冷水在线pH表取样门关闭之后，定冷水系统水损失随之减少，定冷水中的含铜量也随着下降，定冷水数据如下图：5 托电发电机定冷水处理工艺特点5.1 托电一期2600MW机组氢控系统是全套引用日立技术的产品，日立公司的设计方案是定冷水箱采用富氧运行方式。日立公司认为在水中含氧量低于020g/L时为贫氧运行方式，氧气对线圈没有化学反应（不产生腐蚀）；在水中含氧量位于201000g/L之间时将对线圈产生腐蚀破坏；在水中含氧量高于1000g/L时为富氧运行方式，线圈外层将形成一层CuO保护层，可以防止线圈腐蚀。5.2 定冷水系统采取闭式循环，没有排水；在线pH表、电导率等表计的取样水又回到定冷水系统参与循环。日常运行当中，仅补充因为定期取样分析和蒸发所消耗的极少水量。5.3 当电导率有增大趋势并接近0.5S/cm时，即更换混床树脂。每台机组的定冷水系统混床投产时装400升树脂（罗门哈斯公司生产的专用混合树脂，型号为IRN160，出厂资料介绍其阳树脂的氢型离子组分含量99%，阴树脂的氢氧型离子组分含量95%），平均使用时间长达29个月时，定冷水电导率才开始有上升的趋势，但仍小于0.5S/cm。当混床装200升树脂时，平均使用时间为15个月。5.4 托电8台600MW发电机定冷水处理系统相关情况统计机组1号机2号机3号机4号机投产日期2003.06.092003.07.292004.07.142004.09.14定冷水冷却器结构型式板式板式管壳式管壳式定冷水水箱容积2000L2000L2500L2500L定冷水冷却器材质不锈钢板 不锈钢板 铜管铜管混床前过滤器型式滤芯式滤芯式滤芯式滤芯式混床前过滤器滤芯材质棉线棉线棉线棉线通过混床定冷水流量百分比10%15%10%15%20%20%定冷水水泵流量1400 L/min1400 L/min1530 L/min1530 L/min第一次换树脂时间2005.12.032006.07.152007.05.082006.03.18第二次换树脂时间2007.01.172008.07.19/2008.03.09第三次换树脂时间2008.01.12/定冷水溶解氧1874g/L2200 g/L3590 g/L3410 g/L机组5号机6号机7号机8号机投产日期2005.09.282005.11.222006.06.192006.08.22定冷水冷却器结构型式管壳式管壳式管壳式管壳式定冷水水箱容积2500L2500L2500L2500L定冷水冷却器材质铜管铜管铜管铜管混床前过滤器型式滤芯式滤芯式滤芯式滤芯式混床前过滤器滤芯材质棉线棉线棉线棉线通过混床定冷水流量百分比20%20%20%20%定冷水水泵流量1530 L/min1530 L/min1530 L/min1530 L/min第一次换树脂时间/2009.02.202007.08.31定冷水溶解氧4640g/L3000g/L4990 g/L3640 g/L备注：1号、2号除盐水箱母管溶解氧为5880 g/L。5号、7号机组测试溶解氧时，机组正处于停运状态，所以数据比运行机组大。5.5 托电每台机组定冷水混床每次更换下来的树脂外观仍为黄色，有极少量呈淡蓝色的树脂颗粒，除了混床树脂层表面局部有蓝色树脂颗粒外，其余均为黄色。这说明运行过程中系统内被腐蚀产生的铜离子极少，日常化验定冷水铜离子的结果一般为零或只有几微克每升也证明了系统内被腐蚀产生的铜离子极少。 4号机定冷水混床2008年3月失效的树脂 3号机定冷水混床树脂表面局部有蓝色树脂6 结束语托电定冷水处理系统基本没有水损失，常年都不用补水，所以混床树脂受外来的二氧化碳等杂质的影响也就很小，而且混床树脂的再生度高，保证了混床运行周期长，处理效果好，出水水质满足要求，pH值稳定。在这样的系统水质条件下，采用富氧工况运行（定冷水箱连通大气），定冷水接触的铜导线表面形成了耐蚀性强于铜的氧化铜钝化保护膜，在定冷水pH值为6左右的情况下，对铜有腐蚀性，但对铜表面的氧化铜钝化保护膜没影响，所以托电定冷水含铜量很低，出现了托电8台600MW机组pH值“不理想”，但定冷水铜离子含量却很理想的“怪现象”，托电无论是定冷水铜离子含量还是定冷水混床树脂的使用周期还是每次更换下来的失效树脂状态，都是理想的，说明发电机铜导线的腐蚀得到了很好地控制。另外，定冷水处理系统的冷却器材质为耐蚀性好的铜和不锈钢，被腐蚀产生的杂质也就很少，而且定冷水处理系统有滤芯式的精密过滤器，能很好地滤去水中的杂质，后续混床树脂失效时，树脂层表面没有任何杂质或悬浮物沉积，这些因素也有利于延长混床树脂的运行周期。 参 考 文 献1 闻人勤等.发电机定冷水铜导线腐蚀的原因及影响因素分析J.华北电力技术，2003，（3），15-17.2 黄种买,孟令县等人.发电机内冷水水质处理新工艺研究R .火力发电节水技术研讨会，2006（10）.3 火力发电厂水汽质量标准S .SD 163-85.4 火力发电厂水汽化学监督导则S .DL/T 561-95.5 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量S .GB/T 12145-1999.6 大型发电机内冷却水质及系统技