李化霜

摘要：綜合比較了定子冷卻水的多種處理方法，總結了各種處理方法的優(yōu)缺點，提出了“發(fā)電機定冷水弱堿化處理”方法是一種既經(jīng)濟、安全、又操作簡單的最優(yōu)的處理方法。發(fā)電機定冷水弱堿化處理方式：發(fā)電機定冷水部分水經(jīng)“發(fā)電機定冷水弱堿化處理系統(tǒng)”處理后，pH值提高到7.5～8.5、DD降低到0.5us/cm以下后回到內(nèi)冷水箱，系統(tǒng)內(nèi)整個水質(zhì)能同時滿足行業(yè)標準DL/T1039—2007（pH=7～9，DD≤2.0us/cm，Cu2+≤40ug/Ｌ）的要求。發(fā)電機內(nèi)冷水弱堿化處理裝置配裝的是經(jīng)特殊工藝深度再生后按特殊配方填裝的進口樹脂，運行周期長（大于2年）。樹脂失效后無需再生，直接更換新樹脂即可，操作簡單、維護量小。

關鍵詞：定子冷卻水 水質(zhì) 弱堿化

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0103-02

1 發(fā)電機定子冷卻水的品質(zhì)要求

發(fā)電機定子繞組和轉子繞組等部件在運行中所產(chǎn)生的交換熱量必須由冷卻介質(zhì)帶走，通常是選用二級除鹽水進行冷卻，由于發(fā)電機冷卻水是在高壓電場中作冷卻介質(zhì)，對它的各項控制指標的要求必須保證以發(fā)電機安全經(jīng)濟運行為前提。因此對發(fā)電機定子冷卻水的水質(zhì)須有以下要求。

1.1較好的絕緣性（即較低的電導率）

以防止發(fā)電機繞組對地短路而導致泄漏電流和泄漏損耗增加。

1.2不結垢

1.3對發(fā)電機銅導線和內(nèi)冷水系統(tǒng)須無侵蝕性

因為銅導線的腐蝕產(chǎn)物會在空心銅導線內(nèi)沉積，造成導線內(nèi)部冷卻水流通截流面積減小，阻力加大，甚至完全堵塞；結果使發(fā)電機運行中線棒溫度上升，嚴重的甚至導致發(fā)電機線圈燒毀。

2 定冷水處理方法的探討和分析總結

四川廣安發(fā)電有限公司自1998年9月第一臺300MW的機組投運以來，到2007年最后一臺600MW的機組建設完工投運，發(fā)電機的定子冷卻水處理系統(tǒng)先后采用了小混床處理法、加銅緩蝕劑法、凝結水和除鹽水交替補充的開放式運行法；在使用過程中分別發(fā)現(xiàn)上述方法或多或少均存在不同的問題，現(xiàn)將問題分析總結如下。

2.1小混床處理法

經(jīng)了解，國內(nèi)大多數(shù)300MW及以上機組設計中發(fā)電機內(nèi)冷水的處理方法均為“小混床處理法”（廣安公司的全部六臺機組均設計為“小混床處理法”），小混床內(nèi)裝有陰陽兩種離子交換樹脂（設計的罐體容積為91L，樹脂的裝填容積70L左右），分別用來除去水中的陰離子和陽離子，達到凈化水質(zhì)的目的。1999年至2001年廣安公司一期兩臺機組采用小混床處理法運行了近三年時間，分析、運行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)小混床運行中存在諸多問題。

2.1.1出水水質(zhì)不穩(wěn)定

小混床本身結構設計不合理，存在一些缺陷，如偏流、漏樹脂、運行周期不穩(wěn)定等問題，導致出水水質(zhì)不穩(wěn)定。

2.1.2系統(tǒng)內(nèi)存在酸性腐蝕

小混床內(nèi)裝普通型樹脂，樹脂中常泄漏大量低分子聚合物，對系統(tǒng)存在污染并使小混床出水pH偏低，系統(tǒng)pH≤6.5，不符合國標規(guī)定pH≥7.0的要求。水質(zhì)呈酸性，定冷水系統(tǒng)實質(zhì)上存在銅腐蝕（四川某電廠曾經(jīng)因為長期采用小混床處理方法運行了近15年，最終導致發(fā)電機端部線圈腐蝕穿孔，引發(fā)發(fā)電機定子短路燒損事故），小混床內(nèi)的樹脂將系統(tǒng)內(nèi)腐蝕下來的銅離子的置換了下來，表面上將銅離子含量控制在標準的合格范圍內(nèi)。此外，若定冷水的溫度控制不好，一超溫（超過定冷水最高的溫度48℃）的就會引發(fā)樹脂的分解而產(chǎn)生有機酸，更加的降低系統(tǒng)內(nèi)的pH值，加劇系統(tǒng)的腐蝕。

2.1.3運行周期短

普通樹脂交換容量小，需每隔1～2個月抽出樹脂一次進行體外再生（相應的須建一套體外再生裝置），不僅費時費力，而且要求的再生技能較高，樹脂的分層困難，混脂的效果不易控制，一次性再生成功的幾率較低，且再生費用不菲。

2.1.4系統(tǒng)設計存在的問題

系統(tǒng)設計中缺少一些必要的在線儀表，無法連續(xù)檢測系統(tǒng)水質(zhì)，樹脂捕捉器的設置和內(nèi)部結構不合理，樹脂裝入后混脂不均勻，影響出水質(zhì)量，還存在樹脂漏入發(fā)電機現(xiàn)象等問題。

由于小混床系統(tǒng)存在上述的不完善的技術問題，大多數(shù)的時候就沒有投運小混床。自2001年4月開始開始廣安公司就在#31、#32機組上放棄了使用小混床處理方法，改為在定冷水內(nèi)加緩蝕劑的處理方法。

2.2加銅緩蝕劑法

向冷卻水中加入一定量的銅緩蝕劑，如MBT、BTA、TT等，其作用是銅緩蝕劑與水中銅離子絡合生成難溶沉淀，覆蓋在銅表面，形成暫時保護膜，以緩解銅基體的腐蝕。

經(jīng)過近兩年的運行觀察、監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)向水中加入緩蝕劑雖然可以減輕銅腐蝕但也存在較多的問題。

2.2.1緩蝕效果欠佳

銅緩蝕劑在銅表面形成的保護膜層為單分子膜，膜層薄，易破損，防護性差，因此必須連續(xù)保持水中有一定量的緩蝕劑，否則水中銅離子含量會很快升高。緩蝕劑加入后定冷水的電導率會升高，易造成電導超標問題，加入MBT后電導率經(jīng)常超過5μs/cm，如果按標準DD≤2μs/cm控制要求，內(nèi)冷水DD指標難以合格。因此在2002年1月就放棄使用MBT緩蝕劑。隨后采用在定冷水中加BTA類緩蝕劑，雖然能基本滿足電導率DD≤2μs/cm標準，但緩蝕效果差，未加藥前Cu2+=200～400μg/L，加入BTA后降為100～200μg/L，離現(xiàn)行標準要求的Cu2+≤40μg/L仍有很大差距。此外，BTA加入后水的pH會進一步降低，緩蝕效果難以達到最佳，如再加入堿性物質(zhì)提高pH，又將使電導率升高，水質(zhì)難以合格。

2.2.2安全隱患大

無論加何種緩蝕劑均難使電導率、pH和Cu2+幾項指標同時合格，運行控制難度極大，系統(tǒng)中腐蝕依然較嚴重，并易生成銅的腐蝕產(chǎn)物，主要為銅的氧化物顆粒，機組大修期間檢查發(fā)現(xiàn)在內(nèi)冷水水流較緩慢的區(qū)域發(fā)現(xiàn)了緩蝕劑析出或形成的粘泥，這些粘泥和腐蝕產(chǎn)物易在空心的銅導線中沉積形成污垢，嚴重時阻塞管道，使線棒超溫，最終燒毀線棒。有報道1998年華能某電廠一臺360MW機組因發(fā)電機內(nèi)冷水BTA產(chǎn)生的沉積污垢導致線棒堵塞而導致燒損事故發(fā)生，損失巨大。

2.2.3新標準規(guī)定對加緩蝕劑的限制

DL/T801-2002《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術要求》（適用于200MW及以上水內(nèi)冷繞組的汽輪發(fā)電機）及DL/T1039-2007《發(fā)電機內(nèi)冷水處理導則》（適用于125MW及以上汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機內(nèi)冷水的處理）都規(guī)定：允許運行時在水中加緩蝕劑，但必須控制pH大于7.0。

基于以上多種原因，加緩蝕劑的方法實際應用上存在諸多問題，廣安公司于2004年1月放棄了在定冷水系統(tǒng)添加緩蝕劑的處理方法。

2.3開放式運行方式

開放式運行方式即向發(fā)電機冷卻水箱中連續(xù)大量補充二級除鹽水，并輔助補充凝結水調(diào)節(jié)pH值，并保持大量溢流排水的運行方式。廣安電廠二期機組在2003年至2005年期間采用這種運行方式，補水量約為5t/H·臺機。雖然這種方式可以滿足定冷水所有的指標，但也存在一些無法解決的問題。

2.3.1存在引發(fā)停機的安全隱患

連續(xù)大量補水的運行方式存在較大的安全隱患，二級除鹽水一旦受到污染或者凝汽器發(fā)生泄漏，電導率不穩(wěn)定或者超標而引起保護動作跳機的事故，運行狀況極不安全。

2.3.2操作繁瑣、復雜，工作量大，需要專人值守

由于廣安公司爐內(nèi)及精處理值班點只設一人值班，在人員的安排上不可行。

2.3.3二級除鹽水浪費大

連續(xù)補水，除鹽水浪費極大，每年每臺機消耗除鹽水約4萬噸，經(jīng)濟性差，雖然排水可回收到凝汽器，但腐蝕下的銅增加了凝結水、給水的雜質(zhì)。

由于存在上面的缺陷，廣安公司2005年在二期機組定冷水系統(tǒng)上放棄了采用“開放式補水運行方式”的方法。

依據(jù)離子的交換理論，廣安公司在實驗室試驗過改變陰陽樹脂的配比（陰陽樹脂比例為2.5～3.5∶1）和RNa+ROH配套RH+ROH的雙套小混床處理法，試驗的效果不甚理想，后由于尋求到了新型的、價格便宜、操作簡單、運行穩(wěn)定的定冷水弱堿化處理方法，就沒有繼續(xù)試驗下去。2005年底開始對公司的全部發(fā)電機的定冷水處理系統(tǒng)逐步的實施了改造。

2.4發(fā)電機定冷水弱堿化處理方法

2.4.1發(fā)電機定子冷卻水超凈化微堿處理的工作過程

發(fā)電機內(nèi)冷水弱堿化處理系統(tǒng)的工作過程為：發(fā)電機定冷水的部分定冷水（一般為5%～10%左右）通過旁路流經(jīng)“發(fā)電機定冷水弱堿化處理系統(tǒng)”中的超凈化裝置處理后，出水的DD控制在0.2us/cm以下，同時微堿化加堿裝置向其出自動加堿，將出水pH值提高到7.5～8.5左右、DD控制在0.5us/cm以下后回到內(nèi)冷水箱，將整個定冷水系統(tǒng)的水質(zhì)質(zhì)量提高到同時滿足行業(yè)標準DL/T1039—2007的要求：pH=7～9，DD≤2.0us/cm，Cu2+≤40ug/L。定冷水弱堿化處理系統(tǒng)由超凈化處理裝置、特種樹脂、自動調(diào)節(jié)加堿裝置、在線監(jiān)測儀表等部分組成，并配備相應的儀表和儀表柜。其中填裝的樹脂是經(jīng)特殊工藝處理的進口樹脂，運行周期長（大于兩年），出水水質(zhì)穩(wěn)定。實效后不須再生更換即可。

2.4.2超凈化微堿處理系統(tǒng)的主要設備及配置

（3）該系統(tǒng)主要設備配置如下。

超凈化處理裝置。

超凈化裝置為容積為800L的不銹鋼裝置，能盛裝600L的樹脂，具獨特的結構設計，其作用為除去定冷水中的各種離子，確保出水水質(zhì)的DD在0.2us/cm以下；罐體并布置有正、反洗進水門和排水門、排污門，投入或退出運行操作簡單。

（2）弱堿化裝置。

裝置中加堿微電機通過PID接受超凈化裝置出口管道上的DD表控制，將系統(tǒng)的出水的pH值控制在7～9的范圍內(nèi)。

工作原過程為：全自動調(diào)節(jié)加堿裝置的自動啟停由超凈化裝置出水電導率控制，設定裝置啟動電導為0.4μs/cm，停止電導為1.8us/cm；由PID調(diào)節(jié)器根據(jù)超凈化裝置出水電導率大小，自動控制電磁計量泵運行頻率，調(diào)整加藥量，將裝置出水電導率控制到設定值0.55μs/cm（此狀態(tài)下內(nèi)冷水系統(tǒng)pH為8.0～8.3），電導率上下浮動不大于±0.03μs/cm，運行穩(wěn)定。

該裝置具有三重安全保護功能。若交換器電導率超標，即電導大于2.0μs/cm，全自動調(diào)節(jié)加堿裝置會自動切斷電磁計量泵電源，停止加藥；若內(nèi)冷水系統(tǒng)電導率超標，即電導大于2.0μs/cm，全自動調(diào)節(jié)加堿裝置會自動切斷電磁計量泵電源，停止加藥；若裝置出水電導率高于設定值（0.55μs/cm）的20%，PID調(diào)節(jié)器會將電磁計量泵運行頻率設定為0次，即加堿裝置也會停止加藥。

此控制方法安全、穩(wěn)定。多年運行證明，能完全滿足定冷水系統(tǒng)的運行技術要求，無任何安全隱患。

（3）在線儀表。

每套超凈化微堿處理裝置配置2套在線pH儀表、2套電導率表?？芍苯语@示弱堿化裝置進出水的pH值及電導率，方便連續(xù)檢測，提高了運行的監(jiān)控水平。

（4）樹脂捕捉器。

在弱堿化裝置的出入口各安裝1套樹脂捕捉器，確保在各種工況下均不漏樹脂，保證內(nèi)冷水系統(tǒng)的安全運行。

2.4.3定冷水弱堿化處理方法的優(yōu)點

自2005年廣安公司第一臺一期300MW的發(fā)電機的定冷水處理系統(tǒng)進行“超凈化微堿處理”技改以來，一直運行良好，平時的維護工作就是在線儀表的維護和每隔5個月左右時間添加一次微堿化裝置的堿液，維護工作量小，運行可靠，系統(tǒng)內(nèi)幾乎無腐蝕（Cu2+的含量一般在5ug/L以下）。

運行的各項指標優(yōu)于行業(yè)標準的控制值（如表1）。

運行穩(wěn)定、可靠，出水水質(zhì)能長期保持穩(wěn)定。

出水pH的提高，能夠徹底解決因水質(zhì)不合格引起的腐蝕產(chǎn)物在空心導線中沉積、線棒超溫等問題。

系統(tǒng)采用全密閉方式運行，可以節(jié)約大量的除鹽水，另外也減輕了煩瑣的補水工作。

內(nèi)冷水弱堿化處理系統(tǒng)是原系統(tǒng)的旁路處理系統(tǒng)，與原系統(tǒng)的隔離簡便。即使在該系統(tǒng)故障或更換樹脂時，該系統(tǒng)可方便與原系統(tǒng)解列，以便維護。同時解列后，內(nèi)冷水系統(tǒng)可通過換水或以原運行方式運行，維持水質(zhì)在合格范圍內(nèi)。

3 結語

經(jīng)過較長時間的摸索和實際應用，我們認為定冷水微堿化處理模式是目前比較安全可靠、較經(jīng)濟的一種定子冷卻水的處理方式，系統(tǒng)出水水質(zhì)不但能同時滿足行業(yè)標準的要求，而且操作簡單，運行、維護的工作量小，可以在行業(yè)中推廣應用。

參考文獻

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