縮短啟機期間發電機定子冷卻水系統水質調整時間的措施分析

摘要：在機組啟機階段，發電機定子冷卻水系統（MKF）水質是汽輪機沖轉前的關鍵指標之一，縮短啟機期間發電機定子冷卻水系統水質調整時間，可以對發電機系統安全穩定運行和機組順利啟動起到非常重要的作用。通過調查研究，利用在機組啟機階段將MKF系統的補水轉為精處理系統后凝結水以及向MKF系統內加入氨水等操作，縮短MKF水質調整時間，為發電機系統安全穩定運行和機組順利啟動提供了有力支持。

關鍵詞：MKF;溶氧;pH;凝結水;加氨

0? ? 引言

發電機定子冷卻水系統（MKF）主要是用化學除鹽水冷卻發電機定子線圈以保證發電機的正常工作[1]。大修啟機前發電機轉子冷卻水系統（MKG）升壓至0.2 MPa后，發電機定子冷卻水系統（MKF）投運，根據運行規程中關于MKF水質的要求，MKF水質合格后，汽輪機才允許進行沖轉操作，否則應盡快調整水質。

作為關鍵指標之一，MKF水質關系到機組的安全穩定運行。如果水質不能及時調節合格，機組啟動將存在安全風險。因此，縮短啟機期間MKF水質調整時間，可以對發電機系統安全穩定運行和機組順利啟動起到非常重要的作用。

1? ? 存在問題

根據運行規程，啟機階段MKF水質調節開始的標志為系統沖洗及充水結束，水質調整結束的標志為各指標合格且穩定。啟機階段MKF系統的水質指標有3個，分別為pH值、溶氧濃度、電導率，具體控制范圍如表1所示。

其中MKF充水前使用除鹽水對系統進行沖洗，沖洗指標之一為電導率≤5 μS/cm，所以在調整期之前的沖洗階段就已經完成了對電導率的調整。對各指標調整時長進行統計，如表2所示。

根據調查結果進行分析：各指標為同步調節，從開始調節算起，pH指標為最后完成的指標，且時間遠遠大于其他指標，明顯拖慢了水質調節的進度;而較低的pH值會導致發電機空芯銅導線表面的保護膜溶解，加劇銅腐蝕，不利于發電機安全穩定運行。所以，縮短pH值的調節時間為縮短MKF水質調節時間首先應該考慮的目標。

2? ? 影響因素

2.1? ? 影響MKF系統pH值合格的因素

在MKF充水階段，使用的是電導率小于5.0 μS/cm的新制除鹽水，pH值在5.6～8.0，小于MKF系統pH值的要求;同時由于除鹽水中雜質較少，即使投運MKF62AT001鈉型陽床來提高系統pH值，作用效果也不明顯。通過對技術程序進行查找和分析，將MKF補水來源改為凝結水。由于田灣核電站二回路采用氨和聯氨調節水質，氨主要作用為調節二回路的pH值，此時影響MKF系統pH值是否合格的因素主要為凝結水中加氨量。

如表3所示，根據氨濃度和pH值對應關系，計算理論加藥量。

按照凝結水目標氨濃度1 mg/L來進行加藥，理論上凝結水pH值應該達到9.42。

加藥后對凝結水進行取樣，測量pH值，測量結果如表4所示。

從表4可以看出，加藥后凝結水的pH值隨著時間逐漸減小，加藥50 min后凝結水的pH值已經小于8.0，不滿足啟機階段工藝要求。根據運行規程要求，凝結水精處理系統不能全旁路，同時，由于氯離子排帶原因，精處理系統不能實現氨化運行，導致加入的氨水大部分被消耗掉，這就造成pH值逐漸減小。以往加藥時沒有考慮LD床對氨的消耗，導致單次計算加氨量不準確，凝結水引入定子冷卻水系統后無法實現對pH值的要求。

2.2? ? 影響MKF系統溶氧合格的因素

在MKF充水階段，使用的是電導率小于5.0 μS/cm的新制除鹽水，沒有經過除氧，氧含量較高。MKF投運后，目前使用的是氮氣吹掃頭部水箱的方式，吹掃效率已達最高，這是目前發電行業主流的除氧方式。所以，單純以加強吹掃的方式縮短溶氧調節時間不具有可實現性。啟機階段MKF補水為除鹽水，沒有經過除氧處理，氧含量較高，這就延長了MKF系統溶氧合格的時間。

3? ? 實施措施

3.1? ? 對于溶氧的措施

通過查閱資料，并聯系國內外使用類似水質調節手段的火電廠和核電廠，發現可以使用精處理系統后凝結水作為MKF系統的補水來源，該處凝結水溶氧含量<20 μg/L，滿足MKF對溶氧的要求。2018年12月，大修后啟機階段，系統投運后，隨即將MKF補水改為精處理系統后的凝結水，同時加大MKF的換水速度，溶氧呈迅速下降趨勢，在6 h后達到合格要求。

3.2? ? 對于pH值的措施

MKF沒有設計直接的加藥管線，想要對MKF系統加藥，只能從補水來源系統想辦法。查閱系統圖紙，發現MKF在凝結水的補水管線距離二回路凝結水加藥點很近。在機組日常運行中，會有少量的氨擴散到MKF補水管線。在啟機階段，二回路加藥點還未切換到凝結水的時候，可以利用二回路凝結水加藥點加入氨水，進而提高MKF系統的pH值。

對于藥劑水解效率低這一要因，通過查閱系統運行原理，發現系統中存在一個鈉型樹脂床（MKF62AT001），可將NH3吸收并排除鈉離子，可利用該設備實現pH值的快速提升。

3.2.1? ? 將精處理系統的氨消耗量計算在內，通過理論計算確定加藥量和加藥頻度

如表5所示，通過NH3與pH值的對應關系可以發現，系統中氨濃度越高，pH值越高。

由于pH值的要求為8～9，所以從表5可知，MKF系統水質的氨濃度需保證在0.02～0.2。

3.2.2? ? 計算精處理系統對氨的消耗量

查詢并統計了以往六次大修啟機時的精處理系統流量，如表6所示。

從表6可以看出，凝結水精處理系統消耗了約80%的氨。為保證MKF系統pH值在合格范圍內，加入藥劑量應為MKF系統需求量的5倍或以上。

3.2.3? ? 計算理論加氨量

MKF系統水裝量約為90 t，氨濃度目標值為0.2 mg/L，用無限稀釋公式計算，需要加入212 g左右的氨，則凝結水加藥點需加入212×5=1 060 g左右的氨。通常氨水的配制濃度為2%左右，對應濃度為20 g/L，因此需要加入藥劑的體積為1 030/20=53 L。

向MKF系統內加氨時還應注意，如果氨濃度過高，不能及時投運MKF62AT001鈉型陽床，可能發生銅氨絡合反應而腐蝕銅部件，再加上除鹽水中含有大量的溶解氧和二氧化碳，不利于發電機長期安全運行[2]。所以，在啟機初期執行向凝結水中加氨操作時，需要提前計算，加藥操作要準確。在凝結水中加入氨后，要及時查看MKF的在線pH表，如果pH值不能穩定在8.0以上，則需要向凝結水中再次加少量氨。

4? ? 實施效果

以上措施實施后，對2018—2019年三次啟機期間定子冷卻水系統水質調節時間進行統計，具體情況如表7所示。

由表7可直觀地看出，三次啟機期間定子冷卻水系統水質調節時間均值為7.5 h。

5? ? 結語

綜上所述，將啟機期間定子冷卻水補水來源換成精處理后凝結水和向MKF系統內加入氨水溶液，能夠有效縮短水質調節的時間。系統水質調節時間由調整前的15.08 h縮短到了調整后的7.5 h，提高了系統的可靠性，保證了機組安全穩定運行。

[參考文獻]

[1] 蔣國元.WWER-1000核電站機械與電氣[M].北京：原子能出版社，2009.

[2] 陳國忠.發電機內冷卻水處理方法的探索與應用[C]//第四屆火電行業化學（環保）專業技術交流會論文集，2013：75-78.

收稿日期：2020-05-12

作者簡介：李寒峰（1985—），男，山西臨汾人，工程師，研究方向：核電廠水化學分析與監督。