定子冷卻水處理方式的探索與應(yīng)用

李化霜

摘要：綜合比較了定子冷卻水的多種處理方法，總結(jié)了各種處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了“發(fā)電機(jī)定冷水弱堿化處理”方法是一種既經(jīng)濟(jì)、安全、又操作簡單的最優(yōu)的處理方法。發(fā)電機(jī)定冷水弱堿化處理方式：發(fā)電機(jī)定冷水部分水經(jīng)“發(fā)電機(jī)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(gè)水質(zhì)能同時(shí)滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T1039—2007（pH=7～9，DD≤2.0us/cm，Cu2+≤40ug/Ｌ）的要求。發(fā)電機(jī)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(jìn)口樹脂，運(yùn)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(hù)量小。

關(guān)鍵詞：定子冷卻水 水質(zhì) 弱堿化

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

1 發(fā)電機(jī)定子冷卻水的品質(zhì)要求

發(fā)電機(jī)定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組等部件在運(yùn)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(jìn)行冷卻，由于發(fā)電機(jī)冷卻水是在高壓電場中作冷卻介質(zhì)，對它的各項(xiàng)控制指標(biāo)的要求必須保證以發(fā)電機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為前提。因此對發(fā)電機(jī)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(dǎo)率）

以防止發(fā)電機(jī)繞組對地短路而導(dǎo)致泄漏電流和泄漏損耗增加。

1.2不結(jié)垢

1.3對發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線和內(nèi)冷水系統(tǒng)須無侵蝕性

因?yàn)殂~導(dǎo)線的腐蝕產(chǎn)物會在空心銅導(dǎo)線內(nèi)沉積，造成導(dǎo)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(jié)果使發(fā)電機(jī)運(yùn)行中線棒溫度上升，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致發(fā)電機(jī)線圈燒毀。

2 定冷水處理方法的探討和分析總結(jié)

四川廣安發(fā)電有限公司自1998年9月第一臺300MW的機(jī)組投運(yùn)以來，到2007年最后一臺600MW的機(jī)組建設(shè)完工投運(yùn)，發(fā)電機(jī)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(jié)水和除鹽水交替補(bǔ)充的開放式運(yùn)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(jié)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(jī)組設(shè)計(jì)中發(fā)電機(jī)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(jī)組均設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(dá)到凈化水質(zhì)的目的。1999年至2001年廣安公司一期兩臺機(jī)組采用小混床處理法運(yùn)行了近三年時(shí)間，分析、運(yùn)行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)小混床運(yùn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，存在一些缺陷，如偏流、漏樹脂、運(yùn)行周期不穩(wěn)定等問題，導(dǎo)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(biāo)規(guī)定pH≥7.0的要求。水質(zhì)呈酸性，定冷水系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上存在銅腐蝕（四川某電廠曾經(jīng)因?yàn)殚L期采用小混床處理方法運(yùn)行了近15年，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)端部線圈腐蝕穿孔，引發(fā)發(fā)電機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(yùn)行周期短

普通樹脂交換容量小，需每隔1～2個(gè)月抽出樹脂一次進(jìn)行體外再生（相應(yīng)的須建一套體外再生裝置），不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)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(fèi)用不菲。

2.1.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題

系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)置和內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jī)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(shù)問題，大多數(shù)的時(shí)候就沒有投運(yùn)小混床。自2001年4月開始開始廣安公司就在#31、#32機(jī)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(luò)合生成難溶沉淀，覆蓋在銅表面，形成暫時(shí)保護(hù)膜，以緩解銅基體的腐蝕。

經(jīng)過近兩年的運(yùn)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(hù)膜層為單分子膜，膜層薄，易破損，防護(hù)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(dǎo)率會升高，易造成電導(dǎo)超標(biāo)問題，加入MBT后電導(dǎo)率經(jīng)常超過5μs/cm，如果按標(biāo)準(zhǔn)DD≤2μs/cm控制要求，內(nèi)冷水DD指標(biāo)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(dǎo)率DD≤2μs/cm標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)要求的Cu2+≤40μg/L仍有很大差距。此外，BTA加入后水的pH會進(jìn)一步降低，緩蝕效果難以達(dá)到最佳，如再加入堿性物質(zhì)提高pH，又將使電導(dǎo)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(dǎo)率、pH和Cu2+幾項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)合格，運(yùn)行控制難度極大，系統(tǒng)中腐蝕依然較嚴(yán)重，并易生成銅的腐蝕產(chǎn)物，主要為銅的氧化物顆粒，機(jī)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(dǎo)線中沉積形成污垢，嚴(yán)重時(shí)阻塞管道，使線棒超溫，最終燒毀線棒。有報(bào)道1998年華能某電廠一臺360MW機(jī)組因發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水BTA產(chǎn)生的沉積污垢導(dǎo)致線棒堵塞而導(dǎo)致燒損事故發(fā)生，損失巨大。

2.2.3新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對加緩蝕劑的限制

DL/T801-2002《大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求》（適用于200MW及以上水內(nèi)冷繞組的汽輪發(fā)電機(jī)）及DL/T1039-2007《發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水處理導(dǎo)則》（適用于125MW及以上汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的處理）都規(guī)定：允許運(yùn)行時(shí)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(shí)際應(yīng)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(yùn)行方式

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

2.3.1存在引發(fā)停機(jī)的安全隱患

連續(xù)大量補(bǔ)水的運(yùn)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(dǎo)率不穩(wěn)定或者超標(biāo)而引起保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)的事故，運(yùn)行狀況極不安全。

2.3.2操作繁瑣、復(fù)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(diǎn)只設(shè)一人值班，在人員的安排上不可行。

2.3.3二級除鹽水浪費(fèi)大

連續(xù)補(bǔ)水，除鹽水浪費(fèi)極大，每年每臺機(jī)消耗除鹽水約4萬噸，經(jīng)濟(jì)性差，雖然排水可回收到凝汽器，但腐蝕下的銅增加了凝結(jié)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(jī)組定冷水系統(tǒng)上放棄了采用“開放式補(bǔ)水運(yùn)行方式”的方法。

依據(jù)離子的交換理論，廣安公司在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)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(yàn)的效果不甚理想，后由于尋求到了新型的、價(jià)格便宜、操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定的定冷水弱堿化處理方法，就沒有繼續(xù)試驗(yàn)下去。2005年底開始對公司的全部發(fā)電機(jī)的定冷水處理系統(tǒng)逐步的實(shí)施了改造。

2.4發(fā)電機(jī)定冷水弱堿化處理方法

2.4.1發(fā)電機(jī)定子冷卻水超凈化微堿處理的工作過程

發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水弱堿化處理系統(tǒng)的工作過程為：發(fā)電機(jī)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(jī)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(shí)微堿化加堿裝置向其出自動(dòng)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(gè)定冷水系統(tǒng)的水質(zhì)質(zhì)量提高到同時(shí)滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(yīng)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(jìn)口樹脂，運(yùn)行周期長（大于兩年），出水水質(zhì)穩(wěn)定。實(shí)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(shè)備及配置

（3）該系統(tǒng)主要設(shè)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(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jìn)水門和排水門、排污門，投入或退出運(yùn)行操作簡單。

（2）弱堿化裝置。

裝置中加堿微電機(jī)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(dòng)調(diào)節(jié)加堿裝置的自動(dòng)啟停由超凈化裝置出水電導(dǎo)率控制，設(shè)定裝置啟動(dòng)電導(dǎo)為0.4μs/cm，停止電導(dǎo)為1.8us/cm；由PID調(diào)節(jié)器根據(jù)超凈化裝置出水電導(dǎo)率大小，自動(dòng)控制電磁計(jì)量泵運(yùn)行頻率，調(diào)整加藥量，將裝置出水電導(dǎo)率控制到設(shè)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(dǎo)率上下浮動(dòng)不大于±0.03μs/cm，運(yùn)行穩(wěn)定。

該裝置具有三重安全保護(hù)功能。若交換器電導(dǎo)率超標(biāo)，即電導(dǎo)大于2.0μs/cm，全自動(dòng)調(diào)節(jié)加堿裝置會自動(dòng)切斷電磁計(jì)量泵電源，停止加藥；若內(nèi)冷水系統(tǒng)電導(dǎo)率超標(biāo)，即電導(dǎo)大于2.0μs/cm，全自動(dòng)調(diào)節(jié)加堿裝置會自動(dòng)切斷電磁計(jì)量泵電源，停止加藥；若裝置出水電導(dǎo)率高于設(shè)定值（0.55μs/cm）的20%，PID調(diào)節(jié)器會將電磁計(jì)量泵運(yùn)行頻率設(shè)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(yùn)行證明，能完全滿足定冷水系統(tǒng)的運(yùn)行技術(shù)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(dǎo)率表?？芍苯语@示弱堿化裝置進(jìn)出水的pH值及電導(dǎo)率，方便連續(xù)檢測，提高了運(yùn)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(yùn)行。

2.4.3定冷水弱堿化處理方法的優(yōu)點(diǎn)

自2005年廣安公司第一臺一期300MW的發(fā)電機(jī)的定冷水處理系統(tǒng)進(jìn)行“超凈化微堿處理”技改以來，一直運(yùn)行良好，平時(shí)的維護(hù)工作就是在線儀表的維護(hù)和每隔5個(gè)月左右時(shí)間添加一次微堿化裝置的堿液，維護(hù)工作量小，運(yùn)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(yùn)行的各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的控制值（如表1）。

運(yùn)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(dǎo)線中沉積、線棒超溫等問題。

系統(tǒng)采用全密閉方式運(yùn)行，可以節(jié)約大量的除鹽水，另外也減輕了煩瑣的補(bǔ)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(shí)，該系統(tǒng)可方便與原系統(tǒng)解列，以便維護(hù)。同時(shí)解列后，內(nèi)冷水系統(tǒng)可通過換水或以原運(yùn)行方式運(yùn)行，維持水質(zhì)在合格范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

經(jīng)過較長時(shí)間的摸索和實(shí)際應(yīng)用，我們認(rèn)為定冷水微堿化處理模式是目前比較安全可靠、較經(jīng)濟(jì)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(shí)滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且操作簡單，運(yùn)行、維護(hù)的工作量小，可以在行業(yè)中推廣應(yīng)用。

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