核電廠發(fā)電機(jī)定子冷卻水處理技術(shù)探討

楊挺 雷水雄 許兆洋

中核核電運行管理有限公司二廠

前言

近年來隨著核電運行機(jī)組和裝機(jī)容量的增加，頻繁出現(xiàn)定子空心銅導(dǎo)線腐蝕和絕緣引水管堵塞，導(dǎo)致定子冷卻水控制流量下降故障，如秦山二廠1號機(jī)組在108大修結(jié)束后，出現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子冷卻水流量下降以及定子進(jìn)出口壓差逐漸增大異常情況。檢查發(fā)現(xiàn)定子冷卻水系統(tǒng)的Cu含量有明顯上升，最大到27ppb，比正常運行期間5ppb高很多，因不滿足機(jī)組運行的要求引起停機(jī)。大亞灣核電廠也出現(xiàn)過同樣的問題?？梢姡l(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)的安全運行直接影響和威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定，因此，通常對定子冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)控制要求如下：

1) 較低的電導(dǎo)率；

2) 減少雜質(zhì)離子的進(jìn)入和降低系統(tǒng)中的雜質(zhì)；

3) 不發(fā)生發(fā)電機(jī)空心導(dǎo)線內(nèi)沉積結(jié)垢，避免堵塞。

1 發(fā)電機(jī)定子冷卻水的水質(zhì)要求

2010 年，電力行業(yè)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會對《大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水及其系統(tǒng)技術(shù)要求》進(jìn)行升版，并于 2011 年 5 月 1 日起執(zhí)行。新的標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定：發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水應(yīng)采用除鹽水或凝結(jié)水。當(dāng)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)凝汽器有循環(huán)水漏入時，內(nèi)冷卻水的補充水必須用除鹽水。水質(zhì)要求見表1。

表1 發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)[1]

從新標(biāo)準(zhǔn) DL/T801-2010 可以看出，新的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，更加突出對定子冷卻水系統(tǒng) pH 的控制。

2 定子冷卻水處理方式

DL/T201-2010《大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求》關(guān)于發(fā)電機(jī)定子冷卻水的控制參數(shù)為pH、電導(dǎo)率、Cu含量、溶解氧等，其中影響系統(tǒng)腐蝕的參數(shù)主要為pH和溶解氧。

2.1 注入堿液

注入堿液的方法安全可靠并被國外制造商作為標(biāo)準(zhǔn)方法，常見的注入堿液法為直接用含少量氨的凝結(jié)水給定子冷卻水系統(tǒng)補水，達(dá)到提高定子冷卻水系統(tǒng)pH目的。優(yōu)點：方式簡單易行，已在很多火電廠采用，田灣核電也采用此方式（注：田灣核電站正常運行期間凝結(jié)水精處理系統(tǒng)保持運行，氨含量相對較低，補水pH接近9.0）。缺點： CEX氨含量高，補水對定子冷卻水pH有較大影響，pH波動較大。

2.2 離子交換一加堿堿化法

用除鹽水作內(nèi)冷水，在除鹽床下游加入0.1%～1%的氫氧化鈉溶液，以秦山二廠為例， 2012年4月增加了氫氧化鈉加入裝置，截至12月底，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，系統(tǒng)冷卻水pH保持在8.5±0.2，電導(dǎo)率保持在1.0±0.2μs/cm范圍內(nèi)，銅含量從4.5ppb降到1.0ppb以下，定子冷卻水堿化樹脂床進(jìn)口鈉離子濃度維持在30ppb左右，床出口鈉離子最高2.9ppb。但由于該方式是直接加入強電解質(zhì)NaOH，對運行指標(biāo)的控制和設(shè)備可靠性的要求都較高。

2.3 低氧控制方式

《透平型同步電機(jī)技術(shù)要求》（GB/T 7064—2008）附錄D中規(guī)定：如果電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)中含氫量（體積含量）超過2%，應(yīng)加強對電機(jī)的監(jiān)測；若超過10%應(yīng)立即停機(jī)處理。這就要求，用氮氣對定子冷卻水箱頂部小流量連續(xù)吹掃或保持一定壓力，這樣既可保證含氫量不超標(biāo)，也可使定子冷卻水系統(tǒng)低氧含量滿足標(biāo)準(zhǔn)。為保證水箱頂部氫氣不超標(biāo)（<2%），確保定子冷卻水中溶解氧含量滿足技術(shù)規(guī)范（≤30ppb），建議對水箱頂部采用氮氣小流量（200L/h左右）連續(xù)吹掃，既保證水箱頂部氫氣含量滿足規(guī)范，也保證定子冷卻水中溶解氧含量小于30ppb。同時，采用連續(xù)吹掃模式后，正常運行期間運行人員可以不必再進(jìn)行定期吹掃，減少工作量。目前，秦山三期、大亞灣核電都已實施此方法，氫氣控制在2%以下，定子冷卻水溶解氧在10ppb以下。其缺點是增加氮氣消耗量，增加生產(chǎn)成本。

3 定子冷卻水系統(tǒng)化學(xué)清洗

腐蝕產(chǎn)物（主要是氧化銅/氧化亞銅）沉積引起阻塞也是常見問題。發(fā)電機(jī)空心導(dǎo)線內(nèi)部結(jié)垢, 銅腐蝕產(chǎn)物在空心導(dǎo)線的內(nèi)表面沉積, 如不及時處理, 可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)繞組嚴(yán)重?fù)p壞。最簡便的方法是用水作正反沖洗，如果正反沖洗仍解決不了，唯一的辦法只能考慮化學(xué)清洗。在國內(nèi)不少電廠，包括核電廠都進(jìn)行過化學(xué)清洗來消除缺陷，美國sanofore（評估專家Oscar所在電廠）2/3號機(jī)組都已經(jīng)進(jìn)行過兩次化學(xué)清洗。

但是，由于空心銅導(dǎo)線的截面小, 其內(nèi)壁結(jié)垢的總量又不是很明確, 洗下的垢物是否會在空心導(dǎo)線內(nèi)造成堵塞, 這是我們不得不面對的巨大風(fēng)險。制定化學(xué)清洗方案就必須充分考慮這些因素, 并盡可能把風(fēng)險值控制到最低。國內(nèi)某核電廠1#機(jī)組已連續(xù)化學(xué)清洗兩次，效果不是很好，已決定不再化學(xué)清洗。

4 檢修期間的保養(yǎng)

檢修期間對發(fā)電機(jī)定子繞組線棒的保養(yǎng)非常重要，尤其沿海地區(qū)電廠，由于環(huán)境氣候潮濕，鹽分較高，如果不對其進(jìn)行良好的保養(yǎng)，容易導(dǎo)致線棒氧化腐蝕。目前，所建核電廠大多處在沿海地區(qū)，許多電廠都已經(jīng)推動檢修期間汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組的全程保養(yǎng)工作。主要方式如下：

1）補充除氧水：大修機(jī)組恢復(fù)前系統(tǒng)補水直接從相鄰機(jī)組引除氧水,或采用膜除氧裝置除氧，目前在大亞灣和秦山二廠都有應(yīng)用。

2）干燥空氣吹掃保養(yǎng)：干燥空氣吹掃是在發(fā)電機(jī)排水結(jié)束后,從定子繞組冷卻水的總進(jìn)出口進(jìn)行吹掃,除去內(nèi)部殘留積水，使相對濕度控制在3.7%左右，壓力以不超過運行期間氫側(cè)壓力為準(zhǔn),避免造成線棒的擠壓和損傷提高吹掃效率,吹掃方式可采用恒壓直流式、恒壓逆流式、脈沖吹掃式等方式,壓力從低到高,氣量由小到大,方向頻繁切換,盡可能縮短空芯銅導(dǎo)線在潮濕環(huán)境下的暴露時間。

3）充氮氣保養(yǎng)：定子回路檢修結(jié)束后距離機(jī)組啟動還有一段時間,在此期間保持系統(tǒng)密閉,充入高純氮氣維持一定正壓進(jìn)行保養(yǎng),從而確保銅表面氧化物處于穩(wěn)定的貧氧環(huán)境,避免運行期間生成的Cu2O保護(hù)膜轉(zhuǎn)變?yōu)镃uO,減輕因氧化物晶型轉(zhuǎn)變而造成的氧化物剝落。

5 結(jié)束語

定子冷卻水系統(tǒng)的腐蝕產(chǎn)物（主要是氧化銅/氧化亞銅）沉積引起阻塞是電廠常見問題，化學(xué)清洗只是一種補救措施。為了盡可能降低系統(tǒng)腐蝕，避免故障重復(fù)發(fā)生，我們建議對定子冷卻水采用堿化+低氧控制方式，將其最優(yōu)化，使定子冷卻水系統(tǒng)水pH值提高至8～9，使水呈堿性，這樣就有效地控制了沉淀形成，并將主回路水的氧含量保持在10μg/L～30μg/L，可避免轉(zhuǎn)子絕緣管內(nèi)形成導(dǎo)電層。此外，在定子冷卻水系統(tǒng)停運或檢修期間，實施發(fā)電機(jī)定子繞組的全程保養(yǎng)工作，盡可能降低發(fā)電機(jī)定子繞組的腐蝕風(fēng)險，確保發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運行。

[1]DL/T801—2010 大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求.北京：中國電力出版社，2011

[2]喻亞.非大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)量管理與控制技術(shù).湖北電力, 2005年12月 第29卷增刊

[3]劉斌,吳迪等.水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)定子線棒的停用保養(yǎng).腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2009年5月，第21卷第3期

[4]劉海青.發(fā)電機(jī)定子冷卻水出入口壓差異常原因及處理.東北電力技術(shù),2010年第6期

[5]聞人勤.發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水銅導(dǎo)線腐蝕的原因及影響因素分析[J].華北電力技術(shù),2003(3):15-17.

6]曾德勇.水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)冷卻水系統(tǒng)的堿性運行及影響因素[J].中國電力,2001,34(6):24-27,34.