定冷水不合格常见问题及原因探讨

定冷水不合格常见问题及原因探讨

吴文英陈凤生

国家电投江西电力有限公司分宜发电厂   江西省新余市  338000  

摘要：随着高参数，大容量发电机组的增多，发电机采用水冷方式也越来越多。为防止内冷水系统的腐蚀与结垢，保证冷却效果及绝缘性能，其水质的控制方法也就显得尤为重要。

关键词：发电机；内冷水处理；定冷水水质；铜离子  

一、概述

我国大型火力发电机组普遍采用采用水氢氢冷却方式，发电机内冷水是高压电场中的冷却介质，对水质有严格的要求，除了要求其必须具备绝缘性，还要满足对铜导线无腐蚀性，同时不能有颗粒物沉积，否则可能造成结垢、线棒过热、腐蚀，进而导致铜导线堵塞烧毁事故。最新电力标准DL/T801-2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》对内冷水各项指标的规定定冷水运行电导率≤2.0μS/cm，Cu≤20μg/L，pH为8.0~8.9的要求。

二、运行中存在问题

某厂汽轮发电机由哈电集团提供QFSN3-660-2汽轮发电氢冷机组，进入发电机定子的水是由化学提供的合格除盐水。该机组投产后发电机定冷水箱漏氢检测长期处于报警状态，先后出现过定冷水铜离子、电导率超标，初步怀疑定冷水离子交换器装置树脂失效，采取了更换树脂并监测观察、连续换水外、添加氢氧化钠溶液等方法维持水质，但仍然还会存在水质超标情况，甚至有时定冷水铜离子含量高达定近260μg/L，同时出现定冷水长期换水造成pH值偏低、高纯水浪费、电导率上升。超过《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》（DL/T801—2010）和《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》（GB 12145-2016）中Cu≤20μg/L的控制标准。针对该项超标参数，组织各专业人员进行内部分析试验、专业联合分析试验等形式的原因查找和核实。

三、发电机定冷水水质不达标的原因分析

3.1电导率影响

定冷水电导率增大说明水中出现杂质，如果不及时处理，将会造成发电机出现故障，电流过大会对发电设备造成严重破坏，水中的杂质也会加剧发电机引水管老化，降低其使用年限，运行要求电导率≤2.0μS/cm。定冷水补水水质严重超标；离子交换器树脂失效；定冷水换热器泄漏；定冷水箱密封不好；定冷水PH值过高这些因素都会引起电导率增大。

3.2 PH值影响

水的pH值是铜腐蚀的关键因素之一，pH值在中性及弱碱性范围时，铜表面的初始Cu2O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，因此运行一般维持在8.0-8.9。

图 1 Cu-H2O体系电位-pH平衡图（25℃）

由图1可见，当水的pH处于6.9~10.3时，金属铜处于钝化状态，此时铜表面的氧化物能够稳定存在，可以对铜基体起到保护作用，防止进一步腐蚀。当pH在8.0以上时，溶解氧对铜腐蚀速率的影响已经很小，因此，在不控制溶解氧含量时，应该将pH提高到8.0以上。

3.3二氧化碳的影响

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，一是CO2溶于水后使水的pH降低，铜氧化物的溶解度增大；二是参与化学反应，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。因此，去除内冷水系统中的CO2对防止铜导线的腐蚀、改善内冷水水质具有重要意义。

以上分析可以看出，为了防止铜导线的腐蚀堵塞并保持内冷水的绝缘性，内冷水处理应关注以下几点：(1)控制内冷水系统中CO2的含量;(2)电导率不超标的情况下，尽量提高pH;(3)除去水中杂质离子，以减小电导率并防止腐蚀产物沉积。

四、发电机内冷水处理技术

从发电机内冷水影响分析来看，内冷水处理技术有：缓蚀剂法、换水法、碱性处理法、离子交换微碱化法。缓蚀剂法和换水法在大型机组已经很少使用了，目前离子交换微碱化法在实际运用中比较广泛。

4.1 小混床加碱碱化法。混床可以除去水中的杂质和离子，加碱可以提高内冷水的pH，因此让内冷水通过装有氢型树脂(RH)和氢氧型树脂(ROH)的混床，再向出水中加入NaOH或氨溶液调节pH可以保证电导率和pH合格。某厂1 000 MW机组内冷水水质长期不合格，改造后使用该方法，系统出水pH为8.0~9.0，电导率为1.0~2.0 μS/cm，Cu2+在10 μg/L以下。这种方法需要严格控制运行指标，对设备的可靠性要求很高，否则将可能造成pH和电导率的突然增高，威胁机组的安全。

4.2  Na型小混床法。Na型小混床中填充有一定比例混合的氢型树脂(RH)、钠型树脂(RNa)和氢氧型树脂(ROH)，运行时将1%~5%的内冷水进行循环处理，水经过混床时部分阳离子与RNa反应，使NaOH从树脂中缓慢释放，提高内冷水pH并降低电导率。这种方法可以提高内冷水的pH，同时保证电导率合格，但对于密闭性差的系统，该方法存在pH升幅不够、树脂的运行周期短的问题。

4.3 小混床（氢型离子交换器）旁路处理法

该方法让部分内冷水通过装有阴、阳离子交换树脂的混合离子交换器，以除去水中各种阴、阳离子，达到净化水质的处理方法。当内冷水经过氢型离子交换器时，水中的阳离子Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋与树脂中的交换基团H＋进行交换，使内冷水水质达到进化并使电导率维持在合格范围内。缺点是：内冷水经小混床离子交换后，水中H＋含量增多，使水质pH值进一步降低，有时低至6.0左右，会加剧铜导线的腐蚀。

鉴于内冷水影响因素和处理技术的分析，该公司对内冷水系统进行了改造，采用国内的发电机内冷水系统微碱性循环处理技术。该系统由离子交换器、特种树脂、树脂捕捉器、水冷箱防污染呼吸装置、在线仪表监测系统等部分组成。它是在小混床处理的基础上进行了改进。采用独特结构的双层床离子交换器，内装有高交换容量的特种树脂对内冷水进行旁路处理，并对内冷水箱安装CO2吸收器，净化内冷水水质，减缓腐蚀。该装置采用的是特种均粒树脂，使用前进行了深度再生和特殊处理，不仅树脂的使用周期延长到1～2a，且可使内冷水的pH值达到8.0～9.0，从根本上减缓和抑制了对铜导线的腐蚀。该装置已在该厂发电机组的内冷水系统中应用，效果理想。从安全可靠和经济性方面综合考虑，微碱性循环处理法简单、安全、可靠，具有一定的推广意义。

参考文献

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[3]刘齐峰,马云腾,张维国.发电机定冷水加碱装置在定冷水水质处理中的应用[J].造纸装备及材料,2020,49(06):38-40.