發電機組內冷水含銅量超標分析

呂長春

摘要：大型火力發電機組發電機通常采用水一氫一氫冷卻方式，即定子水內冷方式，定子表面及轉子采用氫氣冷卻。對發電機定子內冷水水質要求較高，內冷水含銅量超標，嚴重威脅發電機安全運行，需對內冷水系統及水源水質進行全面檢查，分析發電機內冷水銅離子超標的原因，并采取措施，保證發電機組內冷水水質合格，保證機組安全運行。

關鍵詞：發電機組;內冷水含銅量;超標分析

隨著大容量發電機組的投入運行，發電機內冷水選用除鹽水或凝結水作冷卻介質較多，冷卻水質對發電機組安全運行是非常重要的，其中內冷水中銅離子含量是衡量定冷水水質指標最重要的指標。某熱電350MW機組采用哈爾濱電機廠生產的QFSN-350-2型汽輪發電機，發電機組定子線圈空心銅導線采用除鹽水做為冷卻介質。2013年1月，化驗室進行水質檢測發現發電機內冷水銅含量由15wg/L升漲至100wg/L，超出規程標準銅離子≤20ug/L的標準，于是對銅離子超標原因進行查找分析。

一、發電機內冷水水質要求及質量標準

（一）水質要求

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。

（二）質量標準及要求

根據《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》（DLT801-2002）的規定，發電機內冷水質量標準如下：內冷水土要水質指標包括pH值、電導率和含銅量。制定pH值標準是為了阻止發電機定子銅線棒腐蝕。內冷水pH值較低，一般在6.0～6.8之間，使發電機定子線棒處于熱力學不穩定區，（根據Cu-H2O體系的電位pH平衡圖）對系統有侵蝕性，銅、鐵金屬在水中遭受的腐蝕是隨著水溶液pH值的降低而增大的[1]銅、鐵在pH=8左右為腐蝕的鈍化區。當pH>6.8時，銅處于鈍化區，腐蝕速度大大降低;電導率對銅腐蝕速率有一定影響，其制定依據主要是滿足發電機的絕緣要求。由于內冷水的pH低，使水中含銅量及電導率均在高限，導致腐蝕產物在定子線棒的通流部分沉積，引起局部過熱，影響發電機組的安全運行。

二、銅離子超標原因分析

（一）離子交換樹脂失效

1.樹脂污染原因如下

（1）水中存在有機物。水中的有機物指腐殖酸、相對分子量為500～5000的高分子化合物和多元有機羧酸等，在水中帶有負電，會污染陰離子樹脂。

（2）水中混有油脂。水中混有油脂，呈膜狀的油脂，會堵塞、包裹樹脂的微孔，使微孔中的活性基團失離子交換能力。

（3）水中的膠體物質。水中通常含有膠體顆粒負離子，會導致陰離子樹脂不純。其中含有的膠體硅對樹脂影響較大，樹脂的面包裹膠體硅后會失去交換能力。

（4）水中的高價金屬離子。水中存在高價金屬離子，如Fe+，Al+等，該種金屬離子交換勢能強，在陽離子樹脂交換過程中，極易與固定離子SO穩定結合成Fe（SO）、Al（SO），導致固定離子失去效用[2]。

（5）再生劑純度低。再生劑中的Na2CO、NaCl、Fe+，是影響陰離子樹脂交換的重要原因。

2.污染分析與鑒別

（1）樹脂外觀查看。外觀上陽離子樹脂顏色通常為黃色透明，陰離子樹脂為乳白色，被污染后顏色變深或變成黑色。

（2）化學化驗。化驗其pH值呈下降趨勢，陰床出水電導率呈上升趨勢。

（3）樹脂雜質分析。鐵是樹脂雜質中的主要元素較常見，樹脂中鐵含量正常為Fe<0.01，化驗Fe>0.1%，說明樹脂中鐵污染嚴重。

（4）浸泡檢驗。油類污染鑒別：將樹脂置于清水中，油類污染的樹脂呈“彩色”。

（二）交換器的經水量少

化學混床水處理能力通常為定冷水水量的10～15%，滿足該水量情況下，定冷水的銅離子通常能夠達標，當混床處理水量無法達到上述比例時，樹脂交換中去除銅離子量少使水含銅量超標。

（三）CO等對系統的腐蝕

內冷水系統運行存在不嚴密，空氣中CO溶入內冷水，導致水呈現微酸性，在此種環境下微酸腐蝕空心銅導線造成銅離子超標。

（四）內冷水箱加熱裝置損壞

發電機組內冷水箱內設計有加熱裝置，加熱管外套白鋼，內置銅加熱絲，若白鋼套管損壞會導致內冷水銅離子超標。

三、采取措施

（一）更換離子交換器失效樹脂

切除離子交換器運行，更換離子交換器樹脂，樹脂更換后，檢測離子交換器出水電導率為0.1us/cm，銅離子含量為零，但測定定冷水銅離子含量仍超標。

（二）調整離子交換器過水量

離子交換器樹脂更換后，運行人員采取將本機帶離子交換器通水量由1t/h調整至3t/h，水質沒有明顯改善。

（三）通過技改調整內冷水酸堿值

由于內冷水PH值長期處在6.5-6.8左右，處在弱酸狀態，導致發電機銅導線不同程度腐蝕，造成含銅量超標。加裝HO-Na裝置，調整內冷水酸堿度。

具體做法如下：

（1）更換新藥品;（2）用凝結水代替除鹽水;（3）封閉除鹽水箱及內冷水系統，使其與空氣隔絕;（4）用凝結水和除鹽水適當配比。首先進行實驗室成膜試驗，發現效果不理想。在水中BTA剩余量為4mg/L，銅離子仍然有上升趨勢，說明腐蝕現象依然存在[3]。嘗試用凝結水代替除鹽水，使PH值在標準范圍內，但凝結水氨根離子（一般在0.5-0.8mg/L之間）與銅易發生氨蝕，對系統產生腐蝕。試驗分析：用凝結水和除鹽水適當配比，調整水質至標準范圍內，將水箱孔洞進行密封，溢流管改為倒U型管，使水與空氣隔絕，必要時系統水以適當流量通過現場的混合離子交換柱進行離子交換，降低含氨量和電導率。

（四）檢查內冷水箱加熱裝置

對內冷水箱加熱裝置解體檢查，發現加熱套管損壞，將其拆除，機組運行后內冷水含銅量恢復至正常值。

（五）內冷水冷卻器查漏

利用機組檢修對發電機內冷水冷卻器進行查漏，未見漏點。

四、結束語

發電機組內冷水加熱裝置是2008年機組投產時配置，運行時間較長，且部分時段存在低水位運行造成加熱裝置損壞是內冷水銅離子超標的主要原因。

參考文獻：

[1]王光峰，秦曉麗，張黎明.發電機內冷水銅離子超標問題解決[J].通訊世界，2015（1）：147-148.

[2]王欣宇.發電機定冷水系統銅含量超標的處理與分析[J].工業水處理， 2018，38（3）：103-106.

[3]劉龍龍.內冷水銅離子超標的處理措施[J].科技經濟導刊，2017（25）：112.