超臨界600 MW 機(jī)組發(fā)電機(jī)定子繞組的化學(xué)清洗

曾祥卓，李春和

1 系統(tǒng)概述

某廠3 號(hào)發(fā)電機(jī)組為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)QFSN－600 －2。發(fā)電機(jī)組采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組為水冷卻。于2007 年2月投入發(fā)電運(yùn)營。定子冷卻水系統(tǒng)由二臺(tái)100%容量、最大出力130 m3/h 定冷水泵，二臺(tái)冷卻器，兩臺(tái)過濾器，一個(gè)2.7 m3水箱，一臺(tái)離子交換器與發(fā)電機(jī)定子線圈等組成，系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 3 號(hào)發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)圖Fig．1 No．3 generator stator water system

2010 年12 月，發(fā)電機(jī)定子上下層線棒槽層間溫差逐漸升高，超過10 ℃的報(bào)警值，10 號(hào)槽和15 號(hào)槽溫差最高達(dá)到11.8 ℃，見圖2，接近保護(hù)跳閘值14 ℃，發(fā)電機(jī)不同出力條件下溫差變化如表1 所示。根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，在定子冷卻水同為額定流量下，定子冷卻水母管壓力由2008 年10 月的0.288 MPa 異常上升到2011 年1月的0.427 MPa，如圖3 所示，此時(shí)13 m 平臺(tái)發(fā)電機(jī)定子冷卻水進(jìn)水壓力已高達(dá)355 kPa，與發(fā)電機(jī)額定氫氣壓力400 kPa 已不足50 kPa，發(fā)電機(jī)定子線棒進(jìn)、出水差壓高達(dá)340 kPa。

圖2 10 號(hào)槽(Ⅰ)和15 號(hào)槽(Ⅱ)溫差變化曲線Fig．2 No．10 and No．15 slot temperature curves

表1 定子槽內(nèi)上下層間溫度Tab．1 Between the upper and lower temperature of stator slot

圖3 線棒堵塞時(shí)流量(Ⅰ)與壓力(Ⅱ)曲線Fig．3 Bar flow and pressure curves in case of jam

此前，在2010 年10 月錯(cuò)峰消缺時(shí)，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定冷水出水錐形濾網(wǎng)發(fā)現(xiàn)有黑褐色粉末狀附著物，并造成濾網(wǎng)堵塞［1］，經(jīng)化驗(yàn)分析污物主要由氧化銅 (約占80%)、氧化鐵 (占18%)組成。經(jīng)分析認(rèn)定發(fā)電機(jī)線棒空心導(dǎo)線內(nèi)表面存在普遍的氧化物輕微堵塞現(xiàn)象，影響傳熱效率，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致線圈燒毀［2］，有必要進(jìn)行全面徹底的化學(xué)清洗，清除其管道、容器、線棒空心導(dǎo)線內(nèi)表面等處附著的沉積垢，并進(jìn)行鈍化處理在其內(nèi)表面形成保護(hù)性膜，使發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)暢通，從而保證機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

2 發(fā)電機(jī)清洗過程

2.1 發(fā)電機(jī)清洗系統(tǒng)及范圍

如圖1 所示，在現(xiàn)有的定子水系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用輔汽作為定冷水加熱汽源，利用壓縮空氣作為吹掃管道的介質(zhì)，利用原去離子回路作為取樣回路;新增加凝補(bǔ)水至定子水箱作為定子水高壓補(bǔ)水水源，提高補(bǔ)水速度。發(fā)電機(jī)清洗范圍為三號(hào)機(jī)組的定冷水系統(tǒng)，主要包括定冷水水箱、冷卻器、過濾器、線棒及所連接的管道和配件，總清洗水容積約4 m3。熱控表計(jì)保留流量變送器、母管壓力變送器和勵(lì)磁端進(jìn)水壓力表，其余表計(jì)均隔離。

2.2 發(fā)電機(jī)清洗工藝

通過對(duì)黑色污物進(jìn)行化驗(yàn)分析，主要成分為氧化銅和氧化鐵，化學(xué)清洗工藝采用堿洗+酸洗+漂洗鈍化的復(fù)合清洗工藝，利用堿洗去除系統(tǒng)中油性雜質(zhì)和有機(jī)物。利用酸洗去除系統(tǒng)中銅的腐蝕沉積物。通過漂洗鈍化清除系統(tǒng)中的酸殘存液，并在表面形成鈍化膜。3 個(gè)過程均以正向回路和逆向回路重復(fù)進(jìn)行。正沖洗回路為:定冷水箱→定冷水泵→冷卻器→濾網(wǎng)→定子系統(tǒng)線棒入口→定冷水箱;反沖洗回路為:定冷水箱→定冷水泵→冷卻器→濾網(wǎng)→定子系統(tǒng)線棒出口→定冷水箱。清洗過程中的化學(xué)監(jiān)督項(xiàng)目如表2 所示。

表2 清洗過程中的化學(xué)監(jiān)督項(xiàng)目Tab．2 Chemical cleaning process monitoring project

2.3 堿洗過程

定冷水系統(tǒng)注水并排氣后啟動(dòng)運(yùn)行，逐步提升其供水壓力維持流量105 t/h 額定值，投入輔汽將水溫加熱至42 ℃，在水箱入孔處加入復(fù)配溶解好的堿洗藥劑，控制堿洗復(fù)合藥劑濃度位于0.8% ～1.0%，堿洗液pH 位于11.0 ～12.0，溫度55 ℃左右，開大輔汽將水溫加熱至55 ℃，系統(tǒng)正向清洗1 h (即將圖1 中A，D 閥開啟，B，C 閥關(guān)閉)，之后進(jìn)行1 h 反向清洗 (即將圖1中B，C 閥開啟，A，D 閥關(guān)閉)。整個(gè)清洗過程中每隔20 min 取樣測試發(fā)電機(jī)定冷水進(jìn)、回水堿洗液的濃度、pH、濁度和溫度，當(dāng)分析數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后即可判斷堿洗過程結(jié)束。堿洗過程如圖4 所示，曲線I 為定子水流量，曲線II 為定子水壓力，曲線Ⅲ為定子水溫度。

堿洗過程結(jié)束后，將堿洗液排凈，用壓縮空氣將系統(tǒng)管道內(nèi)的積液吹掃干凈，再向定冷水箱中注水，啟動(dòng)定冷水系統(tǒng)，提高至額定流量進(jìn)行水沖洗，期間控制定冷水溫度≯55 ℃，開啟所有的放水點(diǎn)進(jìn)行排放，如此往復(fù)進(jìn)行排、補(bǔ)水操作，直至定冷水pH ＜9.0，可認(rèn)為堿洗液已排盡。

圖4 堿洗過程曲線Fig．4 Caustic process curves

2.4 酸洗過程

定冷水系統(tǒng)注水并排氣后啟動(dòng)運(yùn)行，逐步提升其供水壓力維持流量105 t/h 額定值，在水箱入孔處加入緩蝕劑，待緩蝕劑溶解均勻后，再加入配制好的酸洗溶液，酸洗藥劑為3%檸檬酸+1%緩蝕劑，控制酸洗液濃度位于2.0% ～3.0%，同時(shí)添加氨水調(diào)節(jié)pH 位于3.0 ～3.5 之間，投入輔汽將水溫加熱至60 ℃，酸洗過程中銅線棒監(jiān)測腐蝕速率不大于2 g/h·m2，確保線棒不受沖刷腐蝕，控制線棒內(nèi)清洗液流速不大于1 m/s，故酸洗配藥完成后系統(tǒng)流量應(yīng)調(diào)整為額定流量的50%，實(shí)際控制在45 t/h 左右，對(duì)應(yīng)線棒內(nèi)清洗液流速為0.6 m/s 左右，系統(tǒng)正向清洗1.5 h 后進(jìn)行反向清洗1.5 h。酸洗過程中每隔10 min 取樣測試發(fā)電機(jī)定冷水進(jìn)回水酸洗液濃度、pH 和溫度，每隔30 min 測試Cu 含量，當(dāng)酸洗液濃度和pH 趨于穩(wěn)定后即可判斷酸洗抵達(dá)終點(diǎn)。酸洗過程如圖5 所示，曲線Ⅰ為定子水流量，曲線Ⅱ?yàn)槎ㄗ铀畨毫Γ€Ⅲ為定子水溫度。

圖5 酸洗過程曲線Fig．5 Pickling process curves

由于流量僅45 t/h 較小，13 m 平臺(tái)發(fā)電機(jī)定子冷卻水進(jìn)水壓力為0 kPa，發(fā)電機(jī)線棒頂部排氣閥無連續(xù)清洗液排出，有較多氣體，此時(shí)清洗液可能只從發(fā)電機(jī)下部線棒流過，發(fā)電機(jī)上部線棒可能無清洗液流過，清洗存在死點(diǎn)。因此，將正洗回路出水閥(圖1 中的D 閥)關(guān)小至3 圈，進(jìn)水壓力升至80 kPa，發(fā)電機(jī)線棒頂部排氣閥連續(xù)清洗液排出，可以判斷發(fā)電機(jī)全部線棒均已充滿清洗液，可以保證全部線棒酸洗到位。

酸洗過程結(jié)束后，將酸洗液排凈，用壓縮空氣將系統(tǒng)管道內(nèi)的積液吹掃干凈，再向定冷水箱中注水，啟動(dòng)定冷水系統(tǒng)，提高至額定流量進(jìn)行水沖洗，期間控制定冷水溫度≯55 ℃，開啟所有的放水點(diǎn)進(jìn)行排放，如此往復(fù)進(jìn)行排、補(bǔ)水操作，直至定冷水pH ＞4.5，可認(rèn)為酸洗液已排盡。

2.5 漂洗鈍化過程

定冷水系統(tǒng)注水并排氣后啟動(dòng)運(yùn)行，逐步提升其供水壓力維持流量105 t/h 額定值，投入輔汽將水溫加熱至45 ℃后，在水箱入孔處加入漂洗鈍化劑，漂洗鈍化藥劑為0.3% 磷酸三鈉+ 氨水，控制其濃度位于0.2% ～0.3%之間，漂洗鈍化液pH 位于10.0 ～11.0 之間，系統(tǒng)正向清洗1 h 后進(jìn)行反向清洗1 h。漂洗鈍化過程如圖6 所示，曲線Ⅰ為定子水流量，曲線Ⅱ?yàn)槎ㄗ铀畨毫?，曲線Ⅲ為定子水溫度。

漂洗鈍化結(jié)束后，將漂洗鈍化液排凈，用壓縮空氣將系統(tǒng)管道內(nèi)的積液吹掃干凈，再向定冷水箱中注水，啟動(dòng)定冷水系統(tǒng)進(jìn)行正循環(huán)沖洗，開啟所有的放水點(diǎn)進(jìn)行排放，直至 Cu ≤200 ppb［3］。

圖6 漂洗鈍化過程曲線Fig．6 Rinse passivation process curves

3 清洗效果評(píng)價(jià)及總結(jié)

清洗質(zhì)量按《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》質(zhì)量要求執(zhí)行，清洗效果的評(píng)價(jià)目標(biāo)值:13 m平臺(tái)發(fā)電機(jī)定冷水進(jìn)水壓力小于300 kPa。3號(hào)發(fā)電機(jī)清洗前后主要參數(shù)對(duì)比見表3。3 號(hào)發(fā)電機(jī)化學(xué)清洗后進(jìn)水壓力為288 kPa，達(dá)到了預(yù)期效果。同時(shí)，在額定流量105 t/h 條件下，定冷水系統(tǒng)母管壓力由清洗前的0.417 MPa 降至0.337 MPa，見圖7 所示，定子線棒進(jìn)出水差壓由清洗前的340 kPa 降至260 kPa，在各負(fù)荷段運(yùn)行時(shí)，3號(hào)發(fā)電機(jī)定子線棒層間溫度明顯改善，基本趨于一致，見圖8 所示，表明定子線棒內(nèi)的堵塞物已清除，化學(xué)清洗工作取得了成功。

表3 清洗前后主要參數(shù)對(duì)比Tab．3 Comparison of main parameters before and after cleaning

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