秦山第二核電廠發(fā)電機定子繞組空心導(dǎo)線的化學(xué)清洗

楊偉星，張 劍，唐芳軒，李 良

（1.中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300；2.山東中實易通有限公司，山東 濟南 370100）

秦山第二核電廠發(fā)電機定子繞組空心導(dǎo)線的化學(xué)清洗

楊偉星1，張 劍1，唐芳軒1，李 良2

（1.中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300；2.山東中實易通有限公司，山東 濟南 370100）

基于發(fā)電機定子繞組空心導(dǎo)線內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物成分分析，綜合定子內(nèi)冷水系統(tǒng)各部件材質(zhì)的特性，針對性的選取具有專利技術(shù)的低溫復(fù)合酸為清洗劑，對發(fā)電機定子繞組空心導(dǎo)線進行清洗。溶垢試驗及腐蝕性試驗表明，低溫復(fù)合酸清洗劑能有效溶解空心導(dǎo)線內(nèi)壁的結(jié)垢物，又能充分保證空心銅導(dǎo)線的安全性。清洗后定子冷卻水流量和進出口水壓恢復(fù)，消除了因氧化結(jié)垢引起的定子冷卻水流量下降的問題，預(yù)膜后空心導(dǎo)線內(nèi)部保護層得以恢復(fù)，防止了再次氧化結(jié)垢，對于同類問題的分析、處理提供了寶貴的經(jīng)驗。

大型汽輪發(fā)電機；定子繞組；空心導(dǎo)線；復(fù)合酸；清洗；鈍化

大型汽輪發(fā)電機定子繞組常采用水內(nèi)冷，運行中若水質(zhì)不合格或運行狀態(tài)不穩(wěn)定會加速氧化物的產(chǎn)生、遷移和沉積過程；在停用及檢修期間，空心導(dǎo)線內(nèi)表面處于潮濕的大氣環(huán)境下，空氣中的CO2和O2也會導(dǎo)致銅表面氧化膜的嚴(yán)重?fù)p壞[1]?？招膶?dǎo)線內(nèi)的腐蝕物會引起堵塞，引起流量下降，壓差升高，危及發(fā)電機的安全運行。某QFSN-650-2型發(fā)電機，投產(chǎn)后冷卻水流量93 t/h，2011年3月檢修后，冷卻水流量降至83 t/h，且持續(xù)下降，最低至63 t/h，線棒入口水壓力從0.26 MPa升到0.39 MPa。對定子空心導(dǎo)線采用“氣錘法”和“水錘法”沖洗后，沖洗出大量的黑色腐蝕物，其成分98%為CuO，流量僅上升到77 t/h，入口水壓從0.40 MPa降到0.36 MPa，不能達(dá)到正常值。根據(jù)腐蝕產(chǎn)物成分及冷卻水系統(tǒng)各部件材質(zhì)特點，選取了低溫復(fù)合酸對空心導(dǎo)線進行清洗，清洗后定子冷卻水流量恢復(fù)到93 t/h，線棒入口水壓降低；對空心銅導(dǎo)線內(nèi)壁活化預(yù)膜后，恢復(fù)了空心銅導(dǎo)線內(nèi)部保護層，防止了再次氧化結(jié)垢的發(fā)生。

1 試劑選取

1.1 清洗劑選取

定子內(nèi)冷水系統(tǒng)設(shè)備多，線棒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清洗時帶系統(tǒng)進行，選取清洗劑時應(yīng)考慮其腐蝕性，要求有效溶垢，不得對空心導(dǎo)線和設(shè)備造成危害，必須掌握空心導(dǎo)線及內(nèi)冷水系統(tǒng)主要部件材質(zhì)特性（見表1）。

由表1得知，系統(tǒng)中有不銹鋼，清洗劑不得含Cl-；銅在氧化性酸如HNO3中將嚴(yán)重的腐蝕，該類酸也不能選用；銅在檸檬酸、EDTA中穩(wěn)定，但清洗時溫度要求較高，對安全不利，現(xiàn)場也難以滿足溫度的要求。針對內(nèi)冷水系統(tǒng)設(shè)備材質(zhì)特點，選取低溫溶垢能力強的復(fù)合酸進行清洗。復(fù)合酸經(jīng)無機酸和有機酸復(fù)配而成，相互增效時間長，釋放速率均勻，清洗能力強。復(fù)配酸的作用原理如下：

酸HY和垢中的部分物質(zhì)反應(yīng)，緩慢釋放的酸HZ又可以和酸HY無法反應(yīng)的垢反應(yīng)，X+和Y-生成的XY又能促進酸HY和垢的反應(yīng)，最終將垢完全溶解[2]。為了解決空心導(dǎo)矩形管徑內(nèi)產(chǎn)生滯流邊界層，阻礙清洗劑向垢表面擴散的技術(shù)難題，復(fù)合清洗劑還添加了助溶劑和滲透擴散劑。同時，復(fù)合清洗劑不含有害離子Cl-，不會引起金屬的晶間和應(yīng)力腐蝕，而且選用高效緩釋劑，使腐蝕速率大大降低，確保清洗的安全。

1.2 預(yù)膜劑選取

空心導(dǎo)線洗后，內(nèi)壁保護膜也被清洗，露出新的銅基體，必須進行活化預(yù)膜處理。先用堿化劑將新鮮銅表面強制氧化成鈍化狀態(tài)的CuO和Cu2O的保護膜。由于該保護膜在微酸性水中和H+發(fā)生反應(yīng)，釋放Cu2+和Cu+，造成電導(dǎo)率和銅離子不合格，再加入MBT和BTA預(yù)膜劑。Cu2O容易和BTAH吸附形成一種絡(luò)合膜，實驗發(fā)現(xiàn)，MBT和BTA的共同存在會增強這層絡(luò)合膜。這種膜具有更強的抗腐蝕能力和更長的持久性。這層膜將阻止CuO和Cu2O保護膜和H+發(fā)生反應(yīng)，起到較好的緩蝕作用。經(jīng)過MBT和BTA復(fù)配液處理后，銅的耐腐蝕能力明顯提高[3]，銅的腐蝕溶解被極大抑制，銅離子的含量將極大地降低。

2 溶垢試驗及腐蝕試驗

2.1 溶垢試驗

從沖洗出的液體中取垢樣2 g，標(biāo)為1號；從冷卻水濾網(wǎng)底部排污管處取顆粒度較大的黑色垢樣2 g，標(biāo)為2號。在燒杯中配制250 mL，2%復(fù)合酸2份，燒杯置于35 ℃的水浴鍋中，將兩份垢樣分別加入兩個燒杯。在35 ℃時，2%的復(fù)合酸清洗液都能在1 h內(nèi)將兩個垢樣完全溶解，證明復(fù)合酸可以完全溶解該水系統(tǒng)內(nèi)的腐蝕沉積物。

2.2 指示片腐蝕試驗

試樣材質(zhì)應(yīng)與被洗空心導(dǎo)線相同，示片腐蝕試驗數(shù)據(jù)如表2[4]所示。

由表2知，復(fù)合酸清洗劑不加緩蝕劑平均腐蝕總量0.324 1 g/m2，平均腐蝕速率0.108 5 g/ (m2·h)，對無氧銅TU2的腐蝕非常輕微，清洗是安全的；加入緩蝕劑后平均腐蝕總量0.1852 g/ m2，平均腐蝕速率0.061 7 g/(m2·h)，緩蝕效率43%，對無氧銅TU2的腐蝕進一步減輕，清洗會更加安全可靠。

表2 無氧銅指示片腐蝕試驗數(shù)據(jù)Table2 Caustic test data of non-oxygenic copper indicating slice

3 清洗與預(yù)膜

3.1 清洗

對內(nèi)冷水系統(tǒng)查漏，確認(rèn)無漏點，對發(fā)電機內(nèi)充CO2至運行壓力，啟動定子冷卻水泵進行循環(huán)升溫，將100 kg復(fù)合酸和2 kg緩蝕劑加入配藥箱，啟動攪拌器，開啟加酸泵，將配藥箱內(nèi)上層清液注入內(nèi)冷水箱。檢查系統(tǒng)無漏點，每30 min測定酸濃度（1%～2%），溫度控制在30～40 ℃。加酸15 min后，冷卻水流量即從77 t/h升至90 t/h，壓力從0.35 MPa降至0.26 MPa，正向清洗1 h后，切反向清洗1 h，銅上升到530 mg/L，流量上升到92.3 t/h，壓力降低至0.25 MPa。

清洗3 h后，測得酸濃度和銅離子含量均平衡，壓力和流量恢復(fù)正常，到達(dá)酸洗終點。開啟排污，將酸洗液迅速排空，對系統(tǒng)水沖洗。先正向沖洗，后反向沖洗，測定pH值（大于5）和電導(dǎo)率（小于50 ?S/cm），沖洗合格。

3.2 預(yù)膜

將活化劑加入配藥箱內(nèi)，循環(huán)攪拌，開啟加藥泵將配藥箱內(nèi)上層清液注入至內(nèi)冷水箱，測量酸的濃度（1%），控制溫度在30～40 ℃，循環(huán)2 h，測量pH值（12），排空活化液后，上除鹽水沖洗。沖洗結(jié)束后將MBT加入配藥箱，循環(huán)攪拌，開啟加藥泵將配藥箱內(nèi)上層清液注入至內(nèi)冷水箱，測pH值（9～12），預(yù)膜24 h后排放。預(yù)膜后向水箱內(nèi)上水，開啟內(nèi)冷水泵，沖洗系統(tǒng)，沖洗期間切換正反向沖洗，水沖洗至電導(dǎo)率小于2 ?S/cm。清洗預(yù)膜結(jié)束后，更換系統(tǒng)濾網(wǎng)濾芯，拆除臨時系統(tǒng)，恢復(fù)接口，對定子內(nèi)冷水系統(tǒng)進行壓力試驗。

4 結(jié)論

采用低溫復(fù)合酸清洗技術(shù)對發(fā)電機定子繞組空心導(dǎo)線清洗后，內(nèi)冷水流量從63 t/h恢復(fù)到92 t/h，水壓從0.36 MPa下降到0.26 MPa，清洗掉約2 kg的CuO腐蝕沉積物。預(yù)膜后，抑制了銅離子超標(biāo)，防止了氧化結(jié)垢。清洗后發(fā)電機已安全穩(wěn)定運行超過一年，內(nèi)冷水流量穩(wěn)定，各指標(biāo)合格，徹底消除了空心銅導(dǎo)線內(nèi)壁氧化腐蝕物堵塞引起流量下降的問題。為防止發(fā)電機定子空心導(dǎo)線內(nèi)壁氧化腐蝕的發(fā)生，應(yīng)加強內(nèi)冷水水質(zhì)的監(jiān)控，加強定子繞組的保養(yǎng)；運行中應(yīng)重視補氫量增大的問題，防止氫氣經(jīng)繞組、絕緣引水管等部位進入水系統(tǒng)，使得原來在純氧化性質(zhì)狀態(tài)下銅材表面形成的腐蝕產(chǎn)物銅氧化物還原成單質(zhì)銅，造成定子繞組內(nèi)產(chǎn)生單質(zhì)銅的垢層[5]。

低溫復(fù)合酸清洗技術(shù)首次在核電機組使用，已獲得專利，清洗時不需要對系統(tǒng)進行加熱，解決了現(xiàn)場很多發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)因無加熱裝置而無法進行清洗的難題。該技術(shù)操作簡單，應(yīng)用范圍廣，清洗徹底，危害較小，能有效去除空心導(dǎo)線氧化結(jié)垢，消除堵塞，恢復(fù)冷卻水流量，對保證機組的安全穩(wěn)定運行提供了有力的保障。

[1] 賀峰，劉斌，蔣曉斌，等. 水內(nèi)冷發(fā)電機定子線棒堵塞的化學(xué)清洗[J]. 清洗世界，2007，23（10）：36-38.（HE Feng, LIU Bin, JIANG Xiao-bin, et. al. Chemical Cleaning for Stator Bar Choking for Internal Water Cooling Generator[J]. World of Cleaning,2 007,2 3(10)：36-38.）

[2] 李良，周寶文. 復(fù)配清洗劑在超臨界直流鍋爐化學(xué)清洗中的應(yīng)用[J]. 清洗世界，2009，25（12）：14-19.（LI Liang, ZHOU Bao-wen. Application of Compound Cleaning Agent in Chemical Cleaning for Supercritical Once-through Boiler[J] World of Cleaning,2 009,2 5(12)：14-19.）

[3] 崔航，譚澄宇，鄭勇，等. 銅經(jīng)BTA和MBT鈍化處理后在NaCl溶液中的電化學(xué)行為分析[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，42（11）：3336-3341.（CUI Hang, TAN Cheng-yu, ZHENG Yong, et. al. Analysis for the Electrochemical Behavior of Copper in the NaCl Solution after BTA and MBT Immunization[J]. Central South University Journal (philosophy edition),2 011, 42(11)：3336-3341.）

[4] 山東中實易通集團有限公司. 中核核電運行管理有限公司秦山第二核電廠發(fā)電機定子線棒腐蝕試驗報告[R]，2011，10. （Zhongshi Yitong Group Co., Ltd. Report on Generator Stator Winding Bar Corrosion Test for Qinshan II of CNNC Nuclear Power Operation Management Co., Ltd.[R],2 011, 10.）

[5] 李中. 大型發(fā)電機定子線棒腐蝕堵塞原因分析[J].華中電力，1999，12（5）：17-23.（LI Zhong. Analysis on the Causes for Stator Winding Bar Corrosion and Choking of Heavy-duty Generator[J]. Electric Power in Central China, 1999, 12(5):17-23.）

Chemical Cleaning of Generator Stator Coil Hollow Conductor in Qinshan II

YANG Wei-xing1, ZHANG Jian1, TANG Fang-xuan1, LI Liang2
(1.CNNC Nuclear Power Operations Management Co., Ltd.，Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China；2.Shandong Zhongshiyitong Co., Ltd.，Jinan of Shandong Prov. 370100，China)

Based on analyses of corrosion products of generator stator hollow conductors, and the summary of material characteristics of stator cooling system parts, a patent low-temperature composite cleaning acid was selected specifically. The solvency test and caustic test indicated that the composite acid can dissolved the corrosion products of the generator stator hollow conductors completely and safely. After acid cleaning and pre-film, the flow and pressure of the stator cooling water become normal, the inner protect-film of the hollow conductors renewed. Some valuable experiences were provided for the analysis and management for the same kind of problems.

large turbo-generator；stator coil；hollow conductors；composite cleaning acid；chemical cleaning；passivation

TM623 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)04-0353-04

TM623

A

1674-1617(2013)04-0353-04

2013-08-07

楊偉星（1976—），男，吉林大安人，高級工程師，從事核電廠電氣設(shè)備的維修管理工作。