发电机内冷水碱化处理

发电机内冷水碱化处理发电机内冷水碱化处理 湖北电力 2002 年 6 月 喻亚非 1 孙小中 1 李 军 2 余国林 2 1 湖北省电力试验研究院 湖北武汉 430077 2 青山 热电厂 湖北武汉 430082 摘 要 发电机内冷水运行中 pH 值经常在 6 6 6 8 偏低范围运行 空芯铜导线在铜水体系 中处于不稳定状态 通过实施碱化处理 提高发电机内冷水 pH 值至 7 以上 减缓和防止铜导 线腐蚀 使其符合行业标准和企业生产要求 关键词 发电机 冷却水 碱化处理 中图分类号 TM311 TM621 8 文献标识码 A 文章编号 1006 3986 2002 03 0045 03 收稿日期 2001 07 10 作者简介 喻亚非 1955 男 河南人 1982 年毕业于武汉水利电力大学电厂化学专业 高级工 程师 孙小中 1972 男 湖北人 1998 年毕业于武汉水利电力大学电厂化学专业 硕士研究 生 青山热电厂 12 号发电机内冷水运行中 pH 经常在 6 6 6 8 偏低范围运行 内冷水的运行 方式是 补充水为除盐水 没有加药处理 系统设计为密闭系统 在循环泵出口旁路装有混合离 子交换器 投运后约 2 10 的内冷水流量经过离子交换器被净化和过滤处理 为改善内 冷水水质 减缓和防止铜导线腐蚀 对现运行方式进行调整试验 使其符合行业标准和企业生 产要求 见表 1 表 1 发电机内冷水质量现行国家标准和行业标准 1 摸底试验 试验前发电机内冷水水质列于表 2 内冷水冷却器出口水温 33 35 7 内冷水 pH 值 偏低 换水周期 3 5 天 换水原因是电导率达到或超过 1 5 S cm 的运行控制指标 表 2 碱化处理前发电机内冷水水质状况 2 内冷水碱化处理 2 1 碱化处理原理 发电机空芯导线在不含氧的水中腐蚀速率是很低的 仅 10 4g m2 h 的数量级 而当水中 溶有游离二氧化碳 在有溶解氧的情况下 铜的腐蚀速度大大增高 在中性除盐水中 铜按下述反应发生腐蚀 阳极反应 铜被氧化溶解 Cu Cu e Cu Cu2 2e 2Cu H2O 2e Cu2O H2 Cu H2O e CuO H2 2Cu 1 2O2 2e Cu2O Cu 1 2O2 e Cu2O 阴极反应 溶解氧被还原 O2 2H2O 4e 40H 当溶液 pH 值为 7 温度 25 时 氧的平衡电位 O2 OH 为 0 814V 铜的平衡电位 Cu2 Cu 为 0 34V O2 OH Cu2 Cu 故铜在中性溶液中可能发生耗氧腐蚀 生成的腐蚀产物 是 Cu2O 和 CuO 一般情况下在铜表面形成一层氧化铜覆盖层 铜的腐蚀速率取决于水的含 氧量和 pH 值 铜表面保护膜的形成及其稳定性与水的 pH 值有很大关系 一般铜在水中的 电位在 0 1 0 4V 范围 从 Cu CO2 H2O 体系的电位 pH 图 3 可以看到 若水的 pH 值在 6 9 以下时 则铜的状态是处于腐蚀区 在 pH 值高于 6 9 铜表面的初始氧化亚铜膜能稳定存在 铜 处于被保护或较安全状态 1 空气中二氧化碳 常压下在纯水中的溶解度 25 时 0 436mg L 35 时 0 331mg L 2 由 碳酸水溶液解离常数计算 此时溶液 pH 值约为 6 74 铜的状态处于腐蚀区 铜的腐蚀速度与水中溶氧浓度和水的 pH 值及电导率 水的纯度 之间的关系如图 1 2 2 含氧量在 100 600 g L 时 在 pH 值小于 8 的范围内 氧化亚铜 Cu2O 的溶解度比氧化 铜 CuO 的溶解度低得多 而在 pH 值 8 9 时 铜的溶解率很低 基本保持不变 这在评价碱化 处理时具有实际意义 当 pH 值大于 9 时 溶解度重新增加 图 1 在 40 时中性除盐水中铜的腐蚀速度 k 和水中氧浓度的关系 图 2 含氧水中铜含量与 pH 值和电导率之间的关系 综合分析 在发电机运行温度下 内冷水最佳 pH 值为 8 0 9 0 因此 通过对发电机内 冷水碱化处理 将 pH 值提高到 7 0 以上 使电机铜导线进入稳定区 达到减缓腐蚀目的 2 2 碱化处理试验 1 碱化剂的选择 用于内冷水的碱化剂一般有氢氧化钠 氨 醋酸钠 三乙醇胺等 因水中存在过量的铵 盐会加速铜的腐蚀 醋酸盐存在较大异味 如此相比 氢氧化钠碱化特性好 易于配制和控制使 用 试验选用优级纯的氢氧化钠作为碱化剂 加在内冷水混床出口调整内冷水 pH 值 在控制 电导率不大于 2 0 S cm 的条件下 调 pH 在 7 0 9 0 范围 经过内冷水系统加药感受试验 最后确定碱化剂液浓度按 0 1 配制 加药速度不大于 1L h 在氢氧化钠溶液箱上装一个除二氧化碳的呼吸器 2 挂片试验 在内冷水水箱水侧挂装 2 片面积约 2 10 3m2紫铜监视片 1 号片挂片时间计 3672h 试片表面灰黑色 平滑 呈膜状态 表面可见均匀分布 0 2 0 5mm 的圆点痕迹 但圆点上未见 腐蚀产物堆积和腐蚀坑点 对试片表面用 KRATOSXSAM800 电子能谱仪作 XPS 分析 表 面成分是一价铜和氧 即表面灰黑色膜为 Cu2O 用扫描电镜放大 2000 倍成相 表面形成均 匀的氧化亚铜保护膜 经称重测算 指示片平均腐蚀速率 0 0024mm a 由表面状态看 属于 铜在水体系中正常的氧腐蚀 2 号片挂片时间计 6120h 表面状态与第一片基本一样 试片表 面灰黑色 平滑 呈膜状态 表面可见均匀分布 0 2 0 5mm 的圆点痕迹 颜色加深 圆点上未 见腐蚀产物堆积 氧腐蚀继续存在 经称重测算 指示片平均腐蚀速率 0 0011mm a 小于前 次取出试片的腐蚀速度 3 碱化处理运行 加药点设在内冷水混床出口处 加药采用计量加药泵加药方式 由内冷水 pH 值和电导率 控制加药速度和加药量 加药前 先投运内冷水小混床 用混床出水将碱化剂带入内冷水箱 加药量控制内冷水进口母管 pH 在 8 0 0 2 范围 同时监测内冷水中的含 Na 量和电导率 变化 当内冷水 pH 值上升到 8 0 以上 电导率不超过 1 5 S cm 停止加碱化剂 内冷水加 碱化剂时的水质变动规律性好 图 3 是加碱化剂过程 pH 值和电导率变化曲线 运行几天后 当内冷水 pH 值下降到 7 0 再次加碱化剂进行 pH 值调整 内冷水在连续碱化运行调整过程 pH 值 电导率波动曲线 摘自 2001 年 2 月 12 22 日时段 如图 4 图 3 碱化剂添加过程 pH 值电导率变化曲线 图 4 内冷水碱化处理 pH 值 电导率变动曲线 碱化处理后内冷水 pH 值出现下降的主要原因是空气中二氧化碳影响 因此改善系统 的严密性 防止二氧化碳溶入是保护发电机铜导线腐蚀的重要措施之一 发电机内冷水在调整周期内刚加完碱化剂时钠离子浓度最高达 220 g L 一般在 30 60 g L 范围 铜离子含量监测见图 5 铜离子含量符合行业标准要求 图 5 碱化处理后内冷水铜离子含量 表 3 碱化处理内冷水质量要求 3 试验结果及建议 3 1 经过内冷水碱化处理控制试验 试验期间内冷水 pH 值合格率大幅度提高 达到调整试 验的预期目的 水质可以较好地控制在 pH 值 7 0 8 3 电导率小于 1 5 S cm 铜小于 40 g L 符合现行国标 GB T12145 1999 和电厂运行指标要求 使发电机导线铜系统处于较安全 运行状态 电机内冷水 pH 值与电导率试验曲线见图 6 图 6 发电机内冷水电导率 pH 值曲线 3 2 碱化处理技术要点 碱化剂工作溶液浓度 0 05 0 10 碱化剂加入速率 1L h 加药时 间 10 15min 碱化剂加入点设在内冷水小混床出口管 先投运小混床 使内冷水电导率降 到 0 5 S cm 以下 在内冷水混床运行状态下 投运加碱泵 加药时间由内冷水电导率变化确 定 控制内冷水电导率上升不超过运行水质控制的上限 3 3 内冷水碱化处理后 铜导线腐蚀速率降低 水质好转 换水周期延长 考虑到内冷水运行 时间较长后 水中铜离子和钠离子的积累 每月至少换水一次 3 4 发电机内冷水系统设计为密封系统 但仍受空气中氧和二氧化碳的影响 碱化处理后的 内冷水 pH 值运行中呈缓慢下降趋势 运行中的氧腐蚀依然存在 为了更有利于内冷水 pH 值的稳定 控制运行中的氧腐蚀 建议采用溶解氧含量较低的凝结水混床出水作为内冷水的 补充水 或者在内冷水箱加装充氮气密封措施 使发电机的铜导线处于更合理的运行状态 发电机内冷水微碱性循环处理系统发电机内冷水微碱性循环处理系统 针对当前大型发电机内冷水系统运行中存在的内冷水电导率高 pH 值低 腐 蚀性强 铜含量超标 换水频繁 运行安全稳定性差等问题 江西省电力试验研究院开 发了发电机内冷水微碱性循环处理技术 技术成果获2003 年度江西省电