林红萍
广东宝丽华电力有限公司 广东梅州 514000
摘要：定冷水系统是发电机的重要组成部分，为保障发电机运行的安全可靠性。文章结合实际，通过对定冷水水质异常情况进行跟踪分析，阐述了发电机定子冷却水铜含量超标的原因，制定了相应的防范及整改措施，以消除威胁发电机安全运行的隐患。
关键词：定冷水系统；冷却器；溶解氧含量；密封性
发电机定子冷却水系统是保证发电机组正常运行必不可少的组成部分，虽然经过一定时间的发展，但是传统的定冷水系统水质处理中还是存在PH值较低、换水量比较大、铜离子含量比较高等方面的问题，这些都急需解决，以保障发电机的安全稳定运行。
1.发电机定子冷却系统概况
某电厂2×300MW发电机定子绕组由定冷水泵强制循环冷却，定冷水处理方式为小混床离子交换，定冷水运行电导率≤2.0μS/cm，pH在6.8～7.0。由于原有系统运行pH不满足《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》（DL/T801—2010）及《GB12145-2016火力发电机组及蒸汽动力设备》水汽质量标准中pH为8.0～8.9的要求，2016年将小混床处理装置改造为混床处理（超净化装置）并微碱化处理装置。
2.定冷水水质异常处理过程
某电厂#5发电机定冷水系统从2012年10月投运至2016年3月中旬，除连续换水外，添加氢氧化钠溶液，铜离子含量偶尔处于超标。运行过程中，定冷水的铜离子浓度最高达近120μg/L，超过《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》（DL/T801—2010）中≤20μg/L的控制标准。针对该项超标参数，化学专业人员进行内部分析试验、专业联合分析试验、定冷水超净化装置改造厂家试验等形式的原因查找和核实，现将主要处理过程作一介绍[1]。
2.1更换超净化装置树脂和隔离超净化装置
在2016年#5机组B级检修过程中，#5发电机定冷水系统只进行了定冷水处理装置改造，此后定冷水出现铜离子含量超标，初步怀疑超净化装置加装的特种树脂离子交换容量降低。通过与厂家技术人员沟通协商决定更换树脂。树脂更换后，通过一段时间的监测观察，仍未解决定冷水铜含量偏高的问题。至2016年12月20日，#5发电机定冷水铜离子浓度达58μg/L。
更换树脂后，定冷水铜含量仍持续上升，于是将超净化装置及加碱装置隔离系统运行。12月25日自14点到19点的5h内，隔离超净化装置及加碱装置并监测定冷水电导率和铜含量变化情况，定冷水电导率由0.5μS/cm上涨至1.0μS/cm，铜质量浓度高达121μg/L。试验表明并非超净化装置引起的水质恶化，原因存在于定冷水主系统内部[2]。
2.2核实定冷水的冷却器泄漏情况
为了核实定冷水系统是否有可能存在开式水漏入的情况，在不换水的情况下，分别隔离A、B冷却器一周时间，观察定冷水系统水质变化情况。在B冷却器运行，A冷却器隔离期间，铜离子最高达84.43μg/L，溶解氧为2370μg/L，硅酸根为3.1μg/L。在A冷却器运行，B冷却器隔离期间，铜离子最高达56μg/L，溶解氧为2415μg/L，硅酸根为6.1μg/L。同时分析#6发电机定冷水溶解氧也在2000μg/L以上（#5/#6发电机定冷水补水均为除盐水）。通过化学试验在不同阶段的跟踪分析，由分析结果可以得知：（1）定冷水系统硅酸根为3～6μg/L，低于定冷水补水即除盐水的控制标准（20μg/L），由此可以判断冷却器内部不存在开式水渗漏的现象；（2）定冷水系统内溶解氧大于2mg/L，如图1所示。可知，定冷水系统内的氧腐蚀极其微弱[3]。
2.3对定冷水系统的严密性进行检查
2017年2月在某电厂#5机组停机检修期间对定冷水系统滤网进行检查发现，主过滤器滤芯呈蓝绿色，通过此颜色判断滤芯上附着有碱式碳酸铜。根据这一现象，决定对定冷水系统严密性进行检查。在系统严密性检查过程中发现，#5机组6.9m（标高）定冷水系统电加热器出口排空门门座螺栓松动。此缺陷处理后定冷水系统pH开始上升，铜含量也逐步降低[1]。具体数据如图2所示。
图1 铜的腐蚀速率与水的pH及水中溶解氧含量的关系
图2 缺陷处理前后#5定冷水的分析数据
如图2所示，对排空门门座缺陷处理后系统铜离子含量逐步降低，在未加碱时系统铜离子质量浓度稳定在40μg/L左右，加碱后铜离子质量浓度降低至20μg/L以下，初步判断排空门门座泄漏为引起定冷水系统铜离子超标的直接原因。为进一步确认CO2对定冷水的影响，对该因素又进行试验确认，在超净化装置出口加碱不变的情况下，试验通过打开#5机组6.9m（标高）定冷水系统电加热器出口排空门模拟系统泄漏，监测定冷水水质变化情况。相关监测数据如图3所示。两次打开此排空门期间，定冷水系统铜离子质量浓度涨至50～100μg/L，pH降至7.0～7.5之间；关闭此排空门后，系统的铜含量、pH能恢复正常控制范围内。
图3 排空门打开前后的相关监测数据
3.原因分析
3.1发电机定子线棒腐蚀的主要影响因素
Cu-H2O体系电位-pH平衡图（25℃）见图4、图5。Cu2O、CuO、Cu2O3膜产生钝化作用。由图4、图5可知，金属铜的热力学免腐蚀区与H2O的热力学稳定区部分重叠，那么金属铜在H2O中具有足够的稳定性，在无氧化剂或能与铜离子生成可溶性络合物的水溶液中，金属铜一般不发生腐蚀，金属铜处于免蚀区；但在有氧化剂的酸性溶液或强碱性条件下，金属铜处于腐蚀区；在中性或弱碱性条件下和有氧化剂存在时，金属铜表面形成的氧化物具有稳定性，能对金属铜基体起到保护作用，从而使金属钝化。
图4 Cu-H2O体系电位-pH平衡图
图5 简化的Cu-H2O体系的电位-pH平衡图
3.1.1溶解氧的影响
铜在纯水中的腐蚀，并非随着水中氧的浓度成比例升高，而是先升高后下降，如图1所示。这主要是因为Cu2+、Cu+的氧化物有不同的溶解度，而含氧量会改变Cu2+和Cu+的比例。因此，水中含氧量改变，也会改变铜的溶解和析出。水中溶解氧对铜腐蚀的影响，国内外都有一致的结论，即在含氧量很低（贫氧）和很高（富氧）时，铜腐蚀速度都较低，水中含氧量介于两者之间时腐蚀速度最高。水与大气接触时，水一般都是处于富氧状态下的。定冷水氧质量浓度在贫氧条件下大于50μg/L或富氧条件下小于1mg/L时都应及时处理。
3.1.2pH的影响
水的pH对铜的腐蚀速度有明显的影响，在中性及弱碱性范围时，铜表面的初始氧化亚铜保护膜能稳定存在，不会被溶解；在弱酸性范围时，铜表面就很难有稳定的保护膜存在；在酸性范围时，将会直接溶解铜表面的保护膜，并对铜造成很大程度的腐蚀。
3.1.3溶解二氧化碳的影响
溶解二氧化碳对纯水的pH和电导率有明显影响，对定冷水系统的防腐极为不利。它主要有两方面的危害：其一，二氧化碳溶于水后使水的pH降低，铜氧化物的溶解度增大；其二，它可以参与化学反应，使铜的氧化膜由CuO或Cu2O转化为碱式碳酸铜，该物质在水流的冲刷下极易脱落。总之，二氧化碳破坏了初始氧化层的保护作用，使腐蚀继续进行下去，并且其腐蚀速度随溶解在水中的二氧化碳质量浓度的增大而增大[4]。
3.2对#5发电机定冷水系统铜含量超标的原因分析
通过对#5发电机定冷水系统水质的监督，由2.2中的内容可知系统内的溶解氧高达2mg/L以上，此系统属于富氧系统，因此，溶解氧对系统铜线棒腐蚀作用极其微弱；#5发电机定冷水系统改造后，正常运行过程中系统pH一般均在8～9（如图4、图5所示），可知在此pH区间内，若没有其他干扰因素存在的情况下，铜基本不会出现较强的腐蚀，此区间是铜的稳定区（因为提高介质的pH进入中性或弱碱性范围，铜氧化物的溶解度会降低，铜表面的初始氧化铜和氧化亚铜膜可稳定存在，不会被溶解），但系统的铜离子含量仍然偏高，说明有其他因素干扰使得铜线棒表面的氧化膜被破坏。通过监测观察2月27日处理“6.9m（标高）定冷水系统电加热器出口排空门座螺栓松动”这个缺陷前后的#5发电机定冷水水质，可知定冷水pH逐渐有所上升，铜质量浓度也有较大的下降，由85μg/L左右降至40μg/L左右，并且在投运加碱装置维持pH在8.0左右时，系统的铜离子质量浓度由40μg/L左右下降至20μg/L以下，以及通过监测观察5月份#5机组定冷水系统电加热器出口排空门打开前后的#5发电机定冷水水质，可知铜质量浓度由0上涨至近90μg/L，同时pH也有较明显的变化，因此由图2和图3长期的分析数据可以判断所谓的其他因素即为CO2的影响。电加热器出口排空门位于回水管道上，当13.7m（标高）发电机内回水回流0m（标高）经过此处时，由于重力作用，此处呈负压状态，当打开电加热器出口排空门时，水流会带大量空气进入系统，久而久之，系统内的CO2达到了一定的浓度，正如原因3.1.3分析的一样，CO2不但使得系统pH下降，而且还破坏了铜线棒的氧化膜，与铜的氧化膜CuO或Cu2O反应生成了碱式碳酸铜，该物质在水流的冲刷下极易脱落，铜线棒表面保护膜脱落后，使腐蚀继续进行下去，是定冷水铜含量一直超标的主要原因，也便是主过滤器滤芯变为蓝绿色的主要原因所在。
4.#5发电机定冷水系统仍有待解决的问题
该电厂两台同型号的发电机定冷水系统做了同样的技术改造，#5发电机定冷水系统的加碱量远小于#6机组的情况下，不仅系统的电导率远小于#6机组，系统的pH也高于#6机组，总的来说系统的水质情况要优于#6机组，对此，提出一点建议：待#6机组停运检修时，组织电气、机务相关专业对系统的严密性进行彻底检查，尤其对系统的管道法兰和所有接合面的防渗漏垫片进行彻底检查（系统运行时管道振动大，防止出现运行中无法处理的漏点），同时防渗漏垫片不得使用石棉纸板及抗老化性能差（如普通耐油橡胶等）、易被水流冲蚀或影响水质的密封垫材料，应采用加工成型的成品密封垫。
5.结束语
总之，发电机定子冷却系统是发电机的重要组成部分，它对发电机的安全稳定运行至关重要。随着发电机的不断发展对发电机冷却水水质势必提出更高的要求。对此，我们务必通过生产实践，结合水质异常处理经验，不断提高冷却系统出水水质，以满足发电机安全运行的技术要求。
参考文献：
[1] 刘政修. 通过系统改造改善发电机定子冷却水质量[J]. 全面腐蚀控制，2006，20（3）：45-47.
[2] 景月菊. 发电机定冷水水质异常机理研究及预防措施[J]. 现代制造，2016（30）：30-31.
[3] 刘英，胡志平，王玉平. 发电机定子冷却水铜含量超标的分析治理[J]. 硅谷，2010（22）：149-150.
[4] 马庆柱，崔涛，黄菊艳，等. 发电机定子冷却水水质控制技术分析[J]. 大电机技术，2018（1）：53-58.
论文作者:林红萍
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/6
标签：冷水论文; 系统论文; 发电机论文; 水质论文; 溶解氧论文; 含量论文; 离子论文; 《防护工程》2018年第24期论文;