發電機內冷水處理方式選擇與應用

龍協峰

（貴州黔桂發電有限責任公司 貴州盤縣 553531）

發電機內冷水處理方式選擇與應用

龍協峰

（貴州黔桂發電有限責任公司 貴州盤縣 553531）

火電廠發電機內冷水系統的水質與發電機的對地絕緣性能和銅線棒的腐蝕速率密切相關，其水質控制方法直接影響機組的運行安全。我廠發電機內冷水系統采用專用水質處理裝置，通過特殊的離子交換工藝處理，提高內冷水的pH值，降低內冷水的電導率和銅離子濃度，使發電機內冷水各項水質指標達到國家標準要求。

發電機；內冷水處理；選擇；應用

1 基本情況介紹

貴州黔桂發電有限責任公司“上大壓小”改建工程為2×660MW機組，發變組采用的是東方電機股份有限公司生產的QFSN-660-2-22B三相同步發電機，額定功率660MW（扣除采用自并勵靜止勵磁所需的功率），額定容量733.3MVA，額定電壓22kV，額定功率因數0.9，最大連續輸出功率與汽輪機相匹配，最大容量783MVA。發電機采用水-氫-氫冷卻方式。即定子線圈直接水冷，轉子線圈直接氫冷（氣隙取氣方式），定子鐵芯氫冷，定子引出線氫冷。密封油系統采用單流環式密封。

2 發電機銅線腐蝕的機理

在中性或弱酸性水溶液中Cu-H2O體系的反應如下：

由反應式⑴可知，影響銅在水中腐蝕的因素是水中的溶解氧濃度和pH值，降低內冷水中的溶解氧濃度或提高內冷水的pH值都可以抑制反應式（1）的平衡向右移動，有效阻止發電機銅線棒在內冷水中的腐蝕。

當溶解氧濃度小于100μg/L時，銅腐蝕速度與溶解氧濃度幾乎成線形關系，溶解氧濃度越高，銅腐蝕速度越大。因此，《大型發電機定冷水質及系統技術要求》（DL/T801-2010）規定定冷水的溶解氧濃度小于30μg/L，以降低銅線棒腐蝕速度；隨著水中溶解大。但當溶解氧濃度的含量增大到一定值時，由于銅的表面鈍化，其腐蝕速度又會降低。該規律表明，對于非密閉內冷水系統，溶氧量不能降到30μg/L以下，不采取除氧措施，保持較高溶氧量反而可以降低銅的腐蝕速度。

圖1 溶解氧濃度與銅腐蝕速度的關系曲線（40℃）

在Cu-H2O體系的電位與pH平衡圖中，當pH>6.8時，Cu-H2O體系中的銅處于鈍化區，即在中性及弱堿性水溶液中，銅表面能形成致密的氧化亞銅膜，隔斷銅本體與氧氣、水的接觸，阻止銅的進一步腐蝕；但是當水溶液的堿性較大時，水溶液中的Cu-H2O體系將發生如下反應：

反應（2）的發生使反應（1）的平衡向右移動，促進了銅的腐蝕。由此可見，在低pH值的水溶液中，由于銅表面不能生成氧化亞銅保護膜而使銅快速腐蝕；而在高pH值的水溶液中，由于水溶液中的銅離子的絡合，同樣加速了銅的腐蝕。因此，DL/T801-2002標準提出了內冷水的pH值控制上限，即控制內冷水pH7.0～9.0。

由于很難完全密封內冷水系統，受空氣中CO2的影響，內冷水和補充的除鹽水的pH值一般在6.2～6.5之間。在這樣的水質條件下，根據電位與pH平衡圖，銅處于腐蝕區，腐蝕產物進入內冷水導致內冷水中的銅離子濃度和電導率增大。所以，內冷水系統難于密封，內冷水pH值超標，必然導致電導率和銅離子濃度超標。實際生產中為了保證發電機的絕緣要求，采用頻繁更換內冷水或采用小混床處理以保證電導率達標。在這個過程中銅離子被部分除去而達標，但pH值仍沒有達標，導致銅線棒腐蝕的因素仍存在，銅線棒的腐蝕沒有被阻止。

3 發電機內冷水水質要求及質量標準

（1）對水質要求由于內冷水在高電壓電場中作冷卻介質，因此各項質量要求必須以保證發電機安全經濟運行為前提。發電機內冷水水質應符合如下技術要求：①有足夠的絕緣性能（即較低的電導率），以防止發電機線圈的短路。②對發電機銅導線和內冷水系統無腐蝕性。③不允許發電機內冷水中的雜質在空心導線內結垢，以免降低冷卻效果，使發電機線圈超溫，導致絕緣老化和失效。

（2）系統配置處理方式及水質情況：在發電機內冷水處理系統上設置200升小混床，利用特種樹脂進行水質處理，處理后水質基本達到DL/T801-2002標準（pH 為 7～9，電導率為≤0.5μS/cm（25℃））標準。

（3）現行質量標準根據《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》（DLT801-2010）的規定，發電機內冷水質量標準如下：內冷水主要水質指標包括 pH 值（8.0～9.0）、電導率（0.4～2.0μS/cm（25℃））和含銅量≤20μg/L。控制pH值是為了阻止發電機銅線棒腐蝕。除鹽水純度高，能夠滿足絕緣要求，但是除鹽水pH值較低，一般在6.0～6.8之間，使得發電機定子線棒始終處于熱力學不穩定區，從銅離子濃度與pH的關系曲線圖可知，在pH為8.5時，銅的腐蝕速率最小（見圖2）。

圖2 銅離子濃度（即腐蝕）與pH的關系

（4）發電機內冷水的三大指標，電導率、pH值和銅離子濃度，它們之間有密切的聯系，在堿性（7.5～9.0）的狀態下，電導率與pH值呈一定的正比關系，而pH值>8的時候，能保證銅離子濃度<10ppb，因此調整裝置的閥門可根據內冷水的pH值進行調節，輔以注意內冷水電導率。

但是，如果內冷水呈酸性（pH<7），電導率與pH值就不成正比關系了，因為此時銅的腐蝕速率會迅速上升，銅離子濃度的上升也會導致電導率升高。盡量避免內冷水在酸性狀態，因為此狀態會導致電導率、pH值和銅離子不斷惡化，甚至惡性循環。

4 系統改造

2015年9月份，采用某公司提供的專用內冷水處理裝置，型號為SZSY-3型。根據機組發電機內冷水系統的現場實際情況，在系統流程不變的基礎上進行改造。選用離子交換樹脂應為均粒樹脂，樹脂失效后可再生重復使用；樹脂采用H型、Na型、陰樹脂配合使用，改造后流程如圖3所示。

圖3

5 改造后運行效果（見表1～2）

從CS系統采集的數據可以看出，改造后水質達到《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》（DLT801-2010）的規定。

表1 （#1機組運行數據）

表2 （#2機組運行數據）

6 結束語

該裝置在我公司的應用從目前運行情況看，效果運行良好，樹脂再生周期長，維護量少，操作簡便，從根本上減緩和抑制了對銅導線的腐蝕。

TG172.81

A

1004-7344（2016）21-0063-02

2016-7-7

龍協峰（1977-），男，苗族，貴州晴隆人，助理工程師，本科，主要從事電廠化學水處理及水分析管理工作，研究方向為防止電廠熱力設備結垢、積鹽、腐蝕，電廠用油質監督和入爐煤質管理。