嵩嶼電廠發(fā)電機銅導(dǎo)線腐蝕原因分析及控制措施

摘 要：通過對發(fā)電機銅導(dǎo)線腐蝕情況進(jìn)行原因分析，簡要介紹當(dāng)前減緩發(fā)電機銅導(dǎo)線腐蝕的常用方法，重點提出轉(zhuǎn)冷水旁路凈化裝置改造的技術(shù)要求和應(yīng)用效果，為降低發(fā)電機轉(zhuǎn)冷水銅離子含量提供了借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機;轉(zhuǎn)冷水;銅離子;凈化

0 引言

嵩嶼電廠4#汽輪發(fā)電機為雙水內(nèi)冷發(fā)電機，機組運行期間，發(fā)電機轉(zhuǎn)子冷卻水銅離子含量長期超標(biāo)。由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)沒有設(shè)置凈化裝置，一直依靠補充除鹽水的方式來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子冷卻水水質(zhì)，正常運行時保持一定量溢流，但轉(zhuǎn)子冷卻水中含銅（Cu2+）量超標(biāo)，長期在200 μg/L左右，無法達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 發(fā)電機銅導(dǎo)線腐蝕影響因素分析

1.1? ? 轉(zhuǎn)冷水pH值、含氧量影響

發(fā)電機空心銅導(dǎo)線容易受到轉(zhuǎn)冷水pH值影響而腐蝕，水質(zhì)酸堿度將對銅導(dǎo)線的保護(hù)膜產(chǎn)生腐蝕作用，只有當(dāng)轉(zhuǎn)冷水水質(zhì)處于弱堿性時，對銅保護(hù)膜的腐蝕影響最小，基本處于穩(wěn)定保護(hù)狀態(tài)。研究資料表明：當(dāng)水質(zhì)pH值高于7.9，水中含氧量小于30 μg/L時，銅導(dǎo)線被腐蝕的速度將大幅降低。但又不能一味大幅提高水質(zhì)pH值，否則將使得轉(zhuǎn)冷水的電導(dǎo)率逐漸增加。

1.2? ? 水中二氧化碳含量影響

二氧化碳主要來源于轉(zhuǎn)冷水箱的呼吸口及補充水，其溶入轉(zhuǎn)冷水系統(tǒng)后生成重碳酸離子HCO3 -。轉(zhuǎn)冷水系統(tǒng)大多是以除鹽水作為補充水，部分電廠也有使用原設(shè)計的凝結(jié)水作為補充水，并對轉(zhuǎn)冷水進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)。當(dāng)除鹽水中溶入大量二氧化碳時，水質(zhì)偏酸性，銅表面的氧化膜容易遭受破壞，加劇銅的腐蝕。

1.3? ? 影響銅導(dǎo)線腐蝕速率的其他因素

轉(zhuǎn)冷水溫度雖然對銅的溶解度有較小的影響，但是由于其沒有實際的控制意義，因此可以忽略不計。

綜上所述，為降低發(fā)電機空心銅導(dǎo)線持續(xù)腐蝕造成的影響，確保轉(zhuǎn)冷水具備可靠的絕緣性以及散熱性能，需要著重注意以下幾點：

（1）降低轉(zhuǎn)冷水中氧氣（O2）及二氧化碳（CO2）含量;

（2）在電導(dǎo)率控制在合適值，確保轉(zhuǎn)冷水處于可靠的絕緣范圍內(nèi)的前提下，應(yīng)盡可能提高水質(zhì)pH值;

（3）盡可能減少轉(zhuǎn)冷水中的雜質(zhì)性離子，以確保水質(zhì)電導(dǎo)率得到有效降低。

2 減緩發(fā)電機銅導(dǎo)線腐蝕的常用方法

對國內(nèi)主流的轉(zhuǎn)冷水處理技術(shù)進(jìn)行調(diào)研得知，降低銅導(dǎo)線腐蝕速率常用的方法分為四類：緩蝕劑校正處理法、凝結(jié)水置換調(diào)節(jié)法、小混床離子交換法、微堿化處理法。

2.1? ? 緩蝕劑校正處理法

通過添加銅緩蝕劑與轉(zhuǎn)冷水中銅離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成覆蓋于銅導(dǎo)線表面的保護(hù)膜。但是當(dāng)緩蝕劑添加過多時易在線棒內(nèi)產(chǎn)生沉積物，不利于空心銅導(dǎo)線內(nèi)水的正常流通，而且該方法難以使水中pH值及電導(dǎo)率同步達(dá)到要求。

2.2? ? 凝結(jié)水置換調(diào)節(jié)法

采用加氨調(diào)節(jié)后的凝結(jié)水對轉(zhuǎn)冷水箱進(jìn)行補水置換，但當(dāng)凝汽器汽側(cè)出現(xiàn)泄漏時，容易造成轉(zhuǎn)冷水水質(zhì)惡化。同時，凝結(jié)水中為提高給水pH值會添加稀氨水，同樣會與銅導(dǎo)線發(fā)生破壞性反應(yīng)。

2.3? ? 小混床離子交換法

使用氫型樹脂和氫氧型樹脂的旁路小混床對轉(zhuǎn)冷水進(jìn)行旁路凈化處理，由于混床出水為高純水，其緩沖性較差，當(dāng)系統(tǒng)溶入CO2和O2時，水質(zhì)呈酸性，樹脂將過早地吸附飽和，加速銅線棒的腐蝕。

2.4? ? 微堿化處理法

通過向轉(zhuǎn)冷水中添加堿化劑，從而達(dá)到提升水質(zhì)pH值的目的。

2.4.1? ? 直接加堿法

采用裝有氫型和氫氧型樹脂的小混床加堿法，降低轉(zhuǎn)冷水中的雜質(zhì)性離子，再加入適當(dāng)濃度的NaOH，確保pH值和電導(dǎo)率協(xié)調(diào)同步達(dá)標(biāo)。小混床加堿堿化法，需確保在線儀表及調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有較好的可靠性，防止水質(zhì)電導(dǎo)率大幅上升。

2.4.2? ? 離子交換微堿化法

在混床（或分床）中填裝鈉型強酸陽樹脂及氫氧型強堿陰樹脂，當(dāng)水中金屬陽離子及非金屬陰離子分別與鈉型樹脂中的鈉離子、強堿陰樹脂中的氫氧根離子產(chǎn)生置換反應(yīng)時，即可將氫氧化鈉（NaOH）緩慢釋放出來，有效避免直接加堿液出現(xiàn)的問題;但這個方法也存在樹脂失效快、pH值升幅不夠、系統(tǒng)復(fù)雜等缺點。

3 4#發(fā)電機轉(zhuǎn)冷水凈化裝置改造的基本工藝及技術(shù)

由于發(fā)電機轉(zhuǎn)冷水系統(tǒng)密封性不佳，空氣容易進(jìn)入，使轉(zhuǎn)冷水變成空氣的過飽和溶液，同時我廠通過補充除鹽水的方式來調(diào)節(jié)水質(zhì)，除鹽水pH值約為6.5，所以僅通過離子交換樹脂處理方法，很難將轉(zhuǎn)冷水pH值提升至7.2以上，無法確保轉(zhuǎn)冷水處于微堿性工況下運行，也很難減緩銅導(dǎo)線的腐蝕。

經(jīng)過對上述幾種處理方法的優(yōu)缺點進(jìn)行綜合比較，并對其他電廠進(jìn)行實地探討與交流，我廠最終選用“離子交換—加堿堿化”法，即增加一套混床離子交換器和自動加堿設(shè)備構(gòu)成的凈化系統(tǒng)，如圖1所示。凈化處理裝置出水和轉(zhuǎn)冷水的水質(zhì)通過PLC智能控制，通過調(diào)整加堿量來調(diào)節(jié)水質(zhì)pH值，再加上回水管加裝脫氣器，實現(xiàn)了發(fā)電機轉(zhuǎn)冷水水質(zhì)的優(yōu)化。

為防止因加堿液過量造成轉(zhuǎn)冷水電導(dǎo)率突升，凈化裝置進(jìn)出口各采用兩塊電導(dǎo)率表進(jìn)行冗余保護(hù)，同時自動加堿調(diào)節(jié)設(shè)備配備了多重安全保護(hù)功能。一旦轉(zhuǎn)冷水系統(tǒng)或凈化裝置出水電導(dǎo)率超出保護(hù)設(shè)定值，加堿計量泵會及時聯(lián)鎖保護(hù)停泵;當(dāng)進(jìn)口或出口兩塊電導(dǎo)率表采樣數(shù)據(jù)的偏差值超過設(shè)定值時，控制系統(tǒng)同樣會自動切斷加堿計量泵電源或控制電流值為4 mA，停止往轉(zhuǎn)冷水系統(tǒng)加堿液。

凈化裝置采用電磁計量泵往轉(zhuǎn)冷水加入適當(dāng)濃度的氫氧化鈉（NaOH）溶液，配置周期根據(jù)實際消耗量決定。裝置經(jīng)氫型和氫氧型樹脂混合離子交換器調(diào)節(jié)電導(dǎo)率，合理設(shè)定電導(dǎo)率控制范圍，有效保證pH值運行范圍在7.2～8.0，控制銅離子（Cu2+）含量在40 μg/L以內(nèi)。根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)密閉性較差的結(jié)構(gòu)特點，在轉(zhuǎn)子冷卻回水管道上加裝了脫氣器（內(nèi)設(shè)鮑爾環(huán)填料），以脫除水中部分溶解氣體，實現(xiàn)電導(dǎo)率和pH指標(biāo)的有效控制。

4 應(yīng)用效果

目前我廠4#發(fā)電機轉(zhuǎn)冷水旁路凈化裝置已運行4個多月，如表1所示，轉(zhuǎn)冷水的pH值、電導(dǎo)率、銅離子含量基本穩(wěn)定，轉(zhuǎn)冷水完全無須采用換水補排手段，水質(zhì)指標(biāo)全部符合國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

查詢4#機轉(zhuǎn)冷水凈化裝置歷史數(shù)據(jù)可知，轉(zhuǎn)冷水進(jìn)口pH值穩(wěn)定在7.36左右，進(jìn)口電導(dǎo)率在3.71 μS/cm左右，如圖2所示。

通過對凈化裝置PLC控制參數(shù)的設(shè)定，可以自動控制加堿計量泵的工作時間和頻率，自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)冷水的pH值和電導(dǎo)率，也可以采用人工調(diào)節(jié)方式進(jìn)行加堿計量泵的啟停和工作頻率的控制。

目前，我廠為防止轉(zhuǎn)冷水凈化裝置加堿過量導(dǎo)致電導(dǎo)率超標(biāo)，采取表2所示控制措施對加堿計量泵進(jìn)行多重管控。

5 結(jié)語

本文簡要介紹了當(dāng)前減緩發(fā)電機銅導(dǎo)線腐蝕的常用方法，突破傳統(tǒng)內(nèi)冷水處理單一技術(shù)方法，綜合應(yīng)用多種手段，徹底解決了困擾我廠多年的安全生產(chǎn)隱患，在保證轉(zhuǎn)冷水電導(dǎo)率合格的前提下，將水質(zhì)pH值升至一個理想值，為降低發(fā)電機轉(zhuǎn)冷水銅離子含量提供了借鑒和參考。

收稿日期：2021-05-20

作者簡介：曾祥鑫（1988—），男，福建龍巖人，工程師，主要從事火電廠汽機設(shè)備維護(hù)管理工作。