600 MW超超臨界機(jī)組發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水銅超標(biāo)原因及對(duì)策

胡宗亮，賀國(guó)志

（山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002）

1 概況

華潤(rùn)電力菏澤發(fā)電有限公司一期2×600 MW超超臨界1號(hào)機(jī)組于2011年3月17日順利通過(guò)168 h試運(yùn)行，移交試生產(chǎn)。鍋爐為北京巴威鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、燃煤鍋爐。額定蒸發(fā)量2 002 t/h，過(guò)熱蒸汽出口壓力為25.28 MPa，汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)：N660-5/600/600，發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-660-2型發(fā)電機(jī)，額定功率600 MW，冷卻方式為水-氫-氫冷。發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)主要包括內(nèi)冷水箱、內(nèi)冷水泵、小混床、冷卻器、過(guò)濾器等，系統(tǒng)如圖1所示。

2 問(wèn)題描述

1號(hào)機(jī)組于2011年2月28日點(diǎn)火，開(kāi)始整套啟動(dòng)，3月 1日開(kāi)始 CO2置換空氣，3月 2日開(kāi)始?xì)錃庵脫QCO2，3月3日下午，氫氣置換合格，汽輪機(jī)定速3 000 rpm，電氣總啟動(dòng)試驗(yàn)開(kāi)始，于3月4日凌晨首次并網(wǎng)成功，接著進(jìn)行帶負(fù)荷試運(yùn)。在試運(yùn)過(guò)程中，汽水取樣間手工取樣處已有發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水水樣，但是由于新機(jī)組啟動(dòng)階段需化驗(yàn)的項(xiàng)目多而且頻繁，化驗(yàn)人員少，工作比較忙碌，電廠化學(xué)生產(chǎn)部門(mén)未能對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水樣進(jìn)行及時(shí)的連續(xù)監(jiān)測(cè)。直到3月8日，取樣化驗(yàn)內(nèi)冷水質(zhì)，如表1所示。

圖1 發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)圖

目前，有5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)涉及到發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的控制指標(biāo)， 分別是：DL/T561-95、DL/T801-2002、DL/T889-2004、DL/T1039-2007、GB/T12145-2008。這些標(biāo)準(zhǔn)都大同小異。其中，DL/T801-2002是電氣專(zhuān)業(yè)和化學(xué)專(zhuān)業(yè)共同制定的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，平時(shí)在電廠調(diào)試和電廠實(shí)際運(yùn)行中采標(biāo)率也最高，并且為使該標(biāo)準(zhǔn)更切合實(shí)際，由中國(guó)電廠化學(xué)委員會(huì)組織有關(guān)專(zhuān)家于2009年對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修編，修編后的發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水標(biāo)準(zhǔn)如表 2［1］。

參照該標(biāo)準(zhǔn)，可見(jiàn)華潤(rùn)菏澤電廠1號(hào)機(jī)組內(nèi)冷水的電導(dǎo)率、pH、ρ（Cu2+）等指標(biāo)均超出 DL/T801-2002標(biāo)準(zhǔn)要求，尤其是銅超標(biāo)嚴(yán)重，達(dá)50倍標(biāo)準(zhǔn)值。

3 原因分析及處理措施

從化驗(yàn)結(jié)果看，銅腐蝕量較大，可見(jiàn)銅腐蝕速率較高，影響銅腐蝕速率因素主要有pH值、溶解氧、CO2電導(dǎo)率。

3.1 pH值、溶解氧對(duì)銅腐蝕速率的影響

pH值、溶解氧對(duì)銅腐蝕速率的影響如圖2所示。

圖2 銅腐蝕速率與pH、溶解氧的關(guān)系

由圖2可以看出，對(duì)于閉式循環(huán)的定子冷卻水而言，當(dāng)內(nèi)冷水pH＞8.0時(shí)，水中的溶解氧對(duì)銅的腐蝕速率影響不明顯，可以忽略不計(jì)；當(dāng)內(nèi)冷水pH≤8.0時(shí)，水中的溶解氧對(duì)銅的腐蝕速率影響變的非常大［2］。單就pH值一個(gè)指標(biāo)而言，pH值越低，銅的腐蝕速率就越大，pH值越高，銅的腐蝕速率就越低。當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)中，內(nèi)冷水pH值變化有一定的范圍，一般在6～9之間。結(jié)合華潤(rùn)菏澤1號(hào)機(jī)組實(shí)際情況，1號(hào)機(jī)組內(nèi)冷水箱補(bǔ)水系統(tǒng)有兩路，一路是除鹽水箱來(lái)水，另一路是凝結(jié)水泵出口來(lái)水。在啟動(dòng)調(diào)試階段，內(nèi)冷水系統(tǒng)補(bǔ)水全部來(lái)自除鹽水，除鹽水pH值一般為6.8左右，呈弱酸性，但進(jìn)入內(nèi)冷水系統(tǒng)前經(jīng)小混床旁路處理至pH≥7后進(jìn)入內(nèi)冷水閉式循環(huán)系統(tǒng)中。可見(jiàn)，內(nèi)冷水的低pH值不是由補(bǔ)水引起的。后來(lái)又取樣化驗(yàn)內(nèi)冷水溶解氧含量為0，所以可以排除溶解氧對(duì)銅腐蝕速率的影響。

3.2 CO2對(duì)銅腐蝕速率的影響

內(nèi)冷水化驗(yàn)結(jié)果pH值為6.56，呈弱酸性，經(jīng)檢測(cè)內(nèi)冷水樣中有少量碳酸根存在，可見(jiàn)低pH值是由CO2溶解引起的。分析原因是前期CO2置換時(shí)，由于發(fā)電機(jī)氣體置換的排氣管與內(nèi)冷水箱排氣管連接在一根排氣母管上，且中間沒(méi)有隔離門(mén)，所以在氫氣置換CO2時(shí)，發(fā)生過(guò)CO2通過(guò)排氣管大量漏入內(nèi)冷水箱導(dǎo)致內(nèi)冷水電導(dǎo)率持續(xù)升高的現(xiàn)象，后來(lái)采取在內(nèi)冷水箱排氣管上臨時(shí)加堵板的方法，保證了氣體置換正常進(jìn)行直到置換合格，氫氣純度98%。后來(lái)拆除堵板，恢復(fù)系統(tǒng)后，運(yùn)行中由于發(fā)電機(jī)氫氣壓力低，又補(bǔ)過(guò)幾次氫氣，導(dǎo)致原來(lái)系統(tǒng)內(nèi)少量殘余CO2通過(guò)排氣管漏入了內(nèi)冷水箱，溶解產(chǎn)生H+和碳酸根，發(fā)生銅腐蝕的化學(xué)反應(yīng)如下：

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，小混床樹(shù)脂失效，由于沒(méi)有在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，運(yùn)行部門(mén)也沒(méi)有對(duì)內(nèi)冷水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)取樣化驗(yàn)監(jiān)測(cè)，所以未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。小混床失效后，也沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行排換水工作，銅腐蝕產(chǎn)物在閉式循環(huán)系統(tǒng)中不斷累積，最終導(dǎo)致了上述定子冷卻水系統(tǒng)內(nèi)銅離子含量嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象的發(fā)生。由此可見(jiàn)，主要是CO2的影響，使定子冷卻系統(tǒng)內(nèi)的銅線棒受到了嚴(yán)重腐蝕。

4 處理結(jié)果

為了消除由內(nèi)冷水水質(zhì)超標(biāo)引發(fā)的影響機(jī)組穩(wěn)定試運(yùn)行的安全隱患，問(wèn)題發(fā)生后，立即采取了以下措施，盡快使內(nèi)冷水水質(zhì)合格：一是徹底進(jìn)行排換水工作，用新補(bǔ)入的除鹽水置換原系統(tǒng)內(nèi)的不合格水；二是立即更換小混床樹(shù)脂，并立即投入運(yùn)行，將原失效樹(shù)脂送回化驗(yàn)室再生；三是立即對(duì)內(nèi)冷水箱采取充氮?dú)獗Ｗo(hù)措施。跟蹤化驗(yàn)內(nèi)冷水水質(zhì)如表3所示。

表3 發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水化驗(yàn)單（3月8日晚-3月9日）

由表3可見(jiàn)，到3月9日上午10：00取樣化驗(yàn)內(nèi)冷水質(zhì)：pH=7.26，電導(dǎo)率為 1.4 μS/cm。ρ（Cu2+）為36 μg/L。雖然沒(méi)有達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)DL/T801-2002的要求，但已達(dá)到DL/T889-2004《電力基本建設(shè)熱力設(shè)備化學(xué)監(jiān)督導(dǎo)則》的要求，見(jiàn)表4。注：1）全密閉式內(nèi)冷卻水系統(tǒng)；2） 銅含量目標(biāo)值為≤40 μg/L；3）pH 值（25℃）目標(biāo)值為 7.0～8.5。

表4 DL/T889-2004發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)內(nèi)冷水的電導(dǎo)率和pH值，定期測(cè)量含銅量；在線連續(xù)監(jiān)測(cè)小混床旁路處理裝置出水電導(dǎo)率及pH值，使pH值達(dá)到8.0以上，掌握其運(yùn)行狀況，及時(shí)更換失效樹(shù)脂；加強(qiáng)發(fā)電機(jī)各個(gè)參數(shù)尤其是冷卻水流量、溫度的運(yùn)行分析，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理；加強(qiáng)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)定期排污工作［3］。

對(duì)于象華潤(rùn)菏澤發(fā)電有限公司超超臨界機(jī)組的這樣一類(lèi)高參數(shù)、大容量的發(fā)電機(jī)，銅線棒有腐蝕敏感性高和腐蝕產(chǎn)物容易沉積兩個(gè)主要特點(diǎn)，而且電導(dǎo)率和pH值的關(guān)系對(duì)銅線棒腐蝕速率影響顯著，圖3所示。

圖3 電導(dǎo)率、pH對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水含銅量的影響

可見(jiàn)，發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的電導(dǎo)率并非控制越低越好。有很多廠家要求控制很低，但是這樣造成的腐蝕速度反而很大。電導(dǎo)率小于2.0 μS/cm是對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣等級(jí)的要求，由于牽涉到發(fā)電機(jī)的安全，因此是必須嚴(yán)格執(zhí)行的。為了更好的控制內(nèi)冷水的水質(zhì)滿(mǎn)足DL/T801-2002的新要求，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，建議引進(jìn)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水智能凈化裝置FNC-Ⅰ，該裝置為新發(fā)明專(zhuān)利，具有不加藥、不使用小混床、不排污、pH值任意可調(diào)、電導(dǎo)率保證不大于2.0μS/cm等優(yōu)點(diǎn)。另外該系統(tǒng)可控制內(nèi)冷水pH值穩(wěn)定在8.5左右，使銅的腐蝕速率僅為常規(guī)處理的1%左右。實(shí)踐證明，使用該裝置的內(nèi)冷水Cu的質(zhì)量濃度月平均還不到2 μg/L，小于新標(biāo)準(zhǔn)的期望值 10 μg/L，pH值可穩(wěn)定在 8.4～8.6之間，符合新標(biāo)準(zhǔn)8.0～9.0的要求，電導(dǎo)率可控制在0.8～1.5 μs/cm范圍內(nèi)，完全符合小于2.0 μs/cm的要求。