普特拉姆電站電解海水制氯和加氯系統(tǒng)研究

摘要：斯里蘭卡普特拉姆電站是斯里蘭卡國家最大的能源電站，電站的設(shè)計、設(shè)備、施工由中國提供，是我國電力裝備技術(shù)整體出口的典型代表。海水電解制氯和循環(huán)水加氯系統(tǒng)是此電站BOP系統(tǒng)中重要的子系統(tǒng)。文章對系統(tǒng)的工藝流程、設(shè)備運行參數(shù)、調(diào)試試運過程進行介紹，為在熱帶沿海地區(qū)電站電解制氯和加氯系統(tǒng)的設(shè)計選型、調(diào)試運行提供借鑒。

關(guān)鍵詞：普特拉姆電站；電解海水制氯；循環(huán)水加氯；調(diào)試投運；能源電站 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）03-0007-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.004

1 概述

普特拉姆電站位于印度洋西海岸，裝機容量3×300MW，中國機械進出口總公司（CMEC）作為工程的EPC單位，河南第一火電建設(shè)公司（HPCC）作為工程的C承包商，擔負工程的施工、調(diào)試工作。電站循環(huán)水系統(tǒng)采用開式直流方式，循環(huán)冷卻水取自海水。當?shù)貧夂?、環(huán)境特點及影響：地處熱帶海洋氣候，分風(fēng)季和雨季，常年高溫濕熱，海水中存在著大量的海生物，如貝類、海草及藻菌等。海生物及其孢子或卵容易進入循環(huán)水系統(tǒng)和凝汽器冷卻系統(tǒng)，在管壁上極易附著和滋生，一方面嚴重影響凝汽器的換熱效果，另一方面容易產(chǎn)生堵塞使循環(huán)水濾網(wǎng)超負荷運轉(zhuǎn)甚至停運（如果濾網(wǎng)停運，循環(huán)水系統(tǒng)將被迫停運），最終影響機組的負荷穩(wěn)定和安全運行。為此電站循環(huán)水加藥系統(tǒng)設(shè)計采用了電解海水制氯加氯系統(tǒng)，現(xiàn)場制備次氯酸鈉，加入循環(huán)水以達到抑制循環(huán)冷卻水中海生物生長的目的，保證循環(huán)水系統(tǒng)安全運行，同時循環(huán)水穩(wěn)定的余氯濃度保證了循環(huán)水排水口水體不受酸性污染。設(shè)備工藝由青島雙瑞海洋環(huán)境工程有限公司全套提供。

2 系統(tǒng)工藝及原理介紹

電站共安裝4套海水電解制氯系統(tǒng)，總產(chǎn)能為4×60kg/h NaClO，當在3臺機組同時運行，電解制氯裝置3套投運，1套備用。系統(tǒng)具體工藝流程如圖1所示：

2.1 海水取水和電解制氯

海水取水有兩個途徑：（1）循環(huán)水前池海水升壓泵取水；（2）循環(huán)水泵運行時，直接取循環(huán)水母管來水。海水先后經(jīng)過一次濾網(wǎng)和自動反沖洗過濾器二次過濾裝置，直徑超過0.5mm的雜質(zhì)被過濾掉，之后進入次氯酸鈉（NaClO）發(fā)生裝置——電解槽，一套制氯設(shè)備有8個電解槽，進入每個電解槽的海水流量控制在35～40m3/h。電解槽的供電通過變壓器和整流器，將6kV交流電變?yōu)?～44V直流電，提供給電解槽的陽極、陰極。海水經(jīng)過電解槽時被電解，在電極附近發(fā)生反應(yīng)。

陽極側(cè)反應(yīng)：2Cl--2e→Cl2

陰極側(cè)反應(yīng)：2H2O+2e→2（OH）-+H2↑

兩極之間相互的反應(yīng)：Cl2+2NaOH→2NaClO+H2↑

經(jīng)過電解后，生成的次氯酸鈉溶液送入儲藥罐，被投藥泵送至循環(huán)水系統(tǒng)加藥點，產(chǎn)生的氫氣由風(fēng)機排放掉。

2.2 裝置酸洗

由于海水中除了鈉離子外，還有鈣離子和鎂離子等鹽類物質(zhì)，在電解過程中，這類物質(zhì)與電解陰極表面產(chǎn)生的氫氧根反應(yīng)生成Mg（OH）2和Ca（OH）2，極易沉淀在陰極上，使電機電阻升高，導(dǎo)致電解槽電壓升高，效率降低，電耗增大，需要定期對裝置進行酸洗，根據(jù)設(shè)計和現(xiàn)場試運結(jié)果，裝置累計運行30天進行一次酸洗（濃度8%～10%的HCl）。在酸洗過程中，電解裝置將被隔離，酸洗結(jié)束后，可以投入運行或者備用。

2.3 整流器冷卻

整流器通過閉式水循環(huán)冷卻。冷卻水泵把閉式水箱里的冷卻水送入整流器冷卻水管道，冷卻整流器后，高溫的回水進入熱交換器降溫后送回水箱，熱交換器冷卻水為開式冷卻水，淡化水作為閉式水，海水作為開式冷卻水。

2.4 加藥系統(tǒng)

對海水開式循環(huán)水系統(tǒng)而言，加藥系統(tǒng)運行是循環(huán)水系統(tǒng)必備條件。次氯酸鈉儲存罐的藥劑經(jīng)投藥泵、投藥管道、電磁閥對循環(huán)水取水口和前池進行加藥，通過流量計和手動閥門對加藥流量進行調(diào)節(jié)控制。根據(jù)設(shè)計，循環(huán)水取水口連續(xù)加藥、循環(huán)水前池沖擊加藥，定期手動測量循環(huán)水加藥后余氯濃度，對照在線測量余氯表，保證循環(huán)水余氯濃度在0.1～0.2ppm。

3 設(shè)備參數(shù)

3.1 變壓器參數(shù)

型號：ZSG-510/6

一次容量：420kVA

二次容量：600kVA

聯(lián)結(jié)組別：YynOyn6

短路阻抗：6%

3.2 整流器參數(shù)

型號：KGHS-7200/44

額定輸入線電壓：83V

額定直流輸出電壓：83V

最大直流輸出電壓：48VDC

輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：0～44VDC

額定輸出電流調(diào)節(jié)范圍：0～7200ADC

整流方式：晶閘管六相半波整流

冷卻方式：水冷

3.3 系統(tǒng)運行參數(shù)

單臺機組額定負荷循環(huán)水流量：58500m3/h

海水取水流量：40m3/h

每套電解制氯設(shè)備電耗：3.58kW/h

每套電解制氯設(shè)備制氯量：60kg/h

產(chǎn)生的次氯酸鈉濃度：1.7g/L

儲藥罐參數(shù)：50m

閉式冷卻水流量：10m3/h

設(shè)計加藥量：連續(xù)加藥1ppm，沖擊加藥3ppm

循環(huán)水余氯濃度：0.1～0.2ppm

4 調(diào)試和投運過程

4.1 調(diào)試過程

4.1.1 水路系統(tǒng)調(diào)試：對系統(tǒng)水管道進行沖洗至目測潔凈；電解槽水壓試驗：設(shè)計壓力的1.25倍，30分鐘無泄漏；其他水管路水壓試驗：設(shè)計壓力的1.25倍，30分鐘無泄漏。水壓試驗過程中對滲漏點標記后泄壓處理，之后再次試壓至無滲漏。

4.1.2 現(xiàn)場熱控儀表及裝置調(diào)試：根據(jù)設(shè)計和廠家說明書要求，對熱控流量計、溫度計、壓力表、差壓控制器、液位開關(guān)、液位變送器進行調(diào)試，達到投運標準。

4.1.3 水泵、風(fēng)機調(diào)試：電機試轉(zhuǎn)，帶介質(zhì)進行水泵、風(fēng)機試轉(zhuǎn)，確保水泵、風(fēng)機電機振動和軸承溫度在設(shè)計范圍內(nèi)，調(diào)試實現(xiàn)就地和控制室啟停功能。

4.1.4 整流裝置調(diào)試：包括整流裝置控制回路調(diào)試、空載調(diào)試、帶載調(diào)試。

4.1.5 電解制氯系統(tǒng)遠控手動單步、遠控自動監(jiān)控調(diào)試。

4.1.6 試運行：將裝置遠方投入運行4個小時，考核整套設(shè)備的安裝調(diào)試結(jié)果和設(shè)備性能，運行過程中要記錄相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，過程如表1所示：

4.2 系統(tǒng)投運

在系統(tǒng)投運前，要保證裝置試運行已經(jīng)完成且無缺陷，試運行電解裝置各項參數(shù)指標達到廠家設(shè)計標準。在循環(huán)水運行前保證電解制氯先運行，儲藥罐保持在中間液位。在循環(huán)水啟動后，開始投入連續(xù)加藥和沖擊加藥程控，過程為PLC程控設(shè)計，連續(xù)加藥：循環(huán)水取水口加藥量1ppm；沖擊加藥：循環(huán)水前池加藥，每運行七天采取一天沖擊加藥，投加頻率4次/天，每次投加持續(xù)30分鐘，加藥量3ppm。投入循環(huán)水余氯在線測量儀表監(jiān)控，每隔一天人工取樣測量一次循環(huán)水余氯，保證循環(huán)水余氯溶度在0.1～0.2ppm，否則調(diào)整連續(xù)加氯流量。

4.3 調(diào)試試運過程中安全技術(shù)措施

4.3.1 參與調(diào)試試運的運行人員、檢修人員接受《電力建設(shè)安全工作規(guī)程》培訓(xùn)、化學(xué)藥品特性的培訓(xùn)、藥品裝卸、存放、使用應(yīng)熟悉藥品的和操作培訓(xùn)、防護用品使用的培訓(xùn)。

4.3.2 廠家進行現(xiàn)場技術(shù)交底，使運行人員熟悉制氯裝置、加藥系統(tǒng)原理和工藝流程，熟悉邏輯控制程序和設(shè)備啟停順序。

4.3.3 系統(tǒng)調(diào)試前現(xiàn)場土建、安裝工作完成，設(shè)備防腐和標示已經(jīng)完成，環(huán)境、照明、消防等條件滿足系統(tǒng)調(diào)試運行條件。

4.3.4 調(diào)試措施、安全技術(shù)交底已經(jīng)發(fā)布和學(xué)習(xí)，調(diào)試驗收表格準備好，運行人員已經(jīng)持證上崗。

5 調(diào)試和投運過程關(guān)鍵點

第一，海水升壓泵是大功率潛水泵，長期安放在循環(huán)水前池，設(shè)計水泵的絕緣等級和防腐等級必須滿足環(huán)境要求，否則頻繁維護和檢修水泵將影響加藥系統(tǒng)的正常運行。

第二，在電解制氯裝置試投入階段，對每套裝置的最大出力進行實際測試，現(xiàn)場設(shè)計的每套最大出力為：電流7000A，制氯量60kg/h，每套測試2小時，就地巡檢裝置是否泄漏、閉式減溫水流量調(diào)整是否合適、整流器是否異常發(fā)熱，記錄電流值和制氯量。

第三，要定期測試整流裝置冷卻水流量測量準確性，保證整流裝置安全運行。

第四，保證循環(huán)水余氯溶度要求。余氯溶度過低，造成海水中藻類生物增生，威脅循環(huán)水系統(tǒng)安全運行；余氯溶度過高，循環(huán)水排水口水質(zhì)過酸性，造成區(qū)域水質(zhì)污染。

第五，設(shè)備的防腐維護。由于距離海岸線近，高溫、高濕、高鹽霧環(huán)境嚴重威脅設(shè)備壽命和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，要做好以下預(yù)防措施：（1）設(shè)備及配件設(shè)計選型采用防腐等級高的材質(zhì)；（2）設(shè)備安裝到位就要做好相應(yīng)防腐工作，運行過程中加強對熱控儀表設(shè)備的防腐保養(yǎng)措施；（3）做好整流變室和控制室的溫度和濕度的控制措施，運行過程中生產(chǎn)車間的門窗要保持關(guān)閉，變壓整流室的溫度控制在20℃～25℃，濕度小于80%。

第六，電站的制氯設(shè)備對當?shù)貋碇v都是進口的，設(shè)備配件供貨周期長，在試運行前要配齊關(guān)鍵設(shè)備的配件。

6 結(jié)語

經(jīng)過調(diào)試和試運行，通過不斷優(yōu)化系統(tǒng)運行方式、調(diào)整細化運行參數(shù)和加強設(shè)備的防腐措施，普特拉姆電站海水電解制氯系統(tǒng)四套設(shè)備在第三臺機組滿負荷試運行前分別調(diào)試完畢、投入運行，運行參數(shù)滿足了設(shè)計和現(xiàn)場要求。通過對這個系統(tǒng)的調(diào)試和試運我們深刻體會到：中國制造在走出國門后，不僅需要成熟的設(shè)計和性能可靠的設(shè)備，更需要提供因地制宜的技術(shù)標準、運行程序和成熟有效的服務(wù)支持。

參考文獻

[1] 馬長江.電解海水防污技術(shù)介紹[A].第九屆全國青年腐蝕與防護科技論文講評會論文集[C].2005.

[2] 趙素強.電解海水制氯系統(tǒng)的調(diào)試投運與循環(huán)水加氯監(jiān)控[J].華北電力技術(shù)，2007，（10）.

[3] 裴長運.電解海水制氯系統(tǒng)的研究和優(yōu)化[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014，（17）.

作者簡介：劉曉慧（1976-），男，河南許昌人，供職于河南第一火電建設(shè)公司，研究方向：火電廠控制系統(tǒng)自動化應(yīng)用及系統(tǒng)調(diào)試。

（責任編輯：周 瓊）