何磊

（神華國華綏中發(fā)電有限責任公司，遼寧葫蘆島 125222）

長期以來，發(fā)電機內(nèi)冷水處理系統(tǒng)一般由發(fā)電機廠家隨機配套，高參數(shù)、大容量超超臨界機組對發(fā)電機內(nèi)冷水水質的要求越來越高。發(fā)電機廠家配套的內(nèi)冷水處理系統(tǒng)及工藝已經(jīng)越來越滯后于機組的發(fā)展，不能滿足目前機組的要求，給發(fā)電機的安全運行帶來了隱患。高質量的內(nèi)冷水品質對保證發(fā)電機組的安全運行具有十分重要的意義。

發(fā)電機的內(nèi)冷水大多采用除鹽水，大氣中CO2和O2的溶入使內(nèi)冷水pH值降低、溶解氧含量升高。發(fā)電機空心銅導線長期處在含O2的微酸性水浸泡狀態(tài)下運行，極易被腐蝕。部分腐蝕產(chǎn)物在導線內(nèi)表面上沉積，使其冷卻散熱能力下降，造成發(fā)電機線棒過熱。嚴重時腐蝕產(chǎn)物有可能堵塞空心銅導線，使冷卻水流量下降，線棒過熱，甚至線棒燒損，迫使停機檢修，直接危及機組的安全運行。

國內(nèi)外許多研究部門對內(nèi)冷水處理問題進行了大量的研究，提出了多種處理方法，如添加緩蝕劑法、溢流排水法、pH調節(jié)法、小混床處理法、超凈化處理法等。本文通過分析百萬等級發(fā)電機組目前內(nèi)冷水處理現(xiàn)狀，闡述百萬等級發(fā)電機組內(nèi)冷水處理的重要性。通過對目前較為成熟的幾種內(nèi)冷水處理裝置的分析和比較，為電廠選擇合適的發(fā)電機內(nèi)冷水處理技術提供借鑒。

1 1 000 MW發(fā)電機組內(nèi)冷水處理的現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)陸續(xù)投產(chǎn)的1 000 MW機組越來越多，發(fā)電機定子繞組絕大多數(shù)為銅材質，個別機組定子繞組為不銹鋼材質。發(fā)電機的冷卻方式都是水—氫—氫方式。從目前已運行的機組來看，內(nèi)冷水水質基本能夠達到生產(chǎn)廠家規(guī)定的標準（見表1），但是很難達到《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水及系統(tǒng)技術要求》（見表2）。

表1 某1 000 MW機組發(fā)電機廠家規(guī)定內(nèi)冷水水質標準

表2 大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水水質及系統(tǒng)要求（DL/T801—2002）

從表1、表2中可以看出，東方電機廠對內(nèi)冷水的電導率要求很高，一般要求DD（25℃）＜0.5μs/cm，原因是廠家出于對發(fā)電機絕緣的考慮。日立公司要求pH:6～8、DD（25℃）＜0.2μs/ cm，可見日立公司對內(nèi)冷水電導率要求更嚴。根據(jù)對已運行的1 000 MW機組內(nèi)冷水水質情況統(tǒng)計結果看，使用發(fā)電機廠家隨機配套的處理裝置，其內(nèi)冷水電導率一般低于0.5μs/cm，有的電廠甚至低于0.2μs/cm，pH一般在6.3～6.8，銅離子含量一般小于25μg/L，盡管如此，內(nèi)冷水pH卻很難達到《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水水質及系統(tǒng)要求》（DL/T801—2002）中pH為7～9的要求，銅導線的腐蝕在所難免。通過了解，這些電廠的內(nèi)冷水處理裝置都是發(fā)電機廠家隨機配套的設備，一般都采用小混床旁流處理的方式，內(nèi)冷水水箱采用充氮密封，運行方式為貧氧或富氧方式。從各電廠的運行效果看，個別電廠發(fā)生了定子饒組大面積堵塞的嚴重事故，部分電廠出現(xiàn)了定子層間溫差及出水溫差增長趨勢、繞組沖洗頻繁等情況，說明銅導線腐蝕較重、沉積物增多?？梢?，內(nèi)冷水水質的好壞將直接影響發(fā)電機的安全運行，對1 000 MW機組來講更應引起足夠重視。

2 目前國內(nèi)采用的內(nèi)冷水處理工藝

2.1 小混床旁路處理工藝

發(fā)電機廠家配套的內(nèi)冷水處理工藝一般為小混床旁路處理工藝，其原理是取自內(nèi)冷水循環(huán)量的8%～10%通過小混床旁路處理，除去內(nèi)冷水中的銅離子和其他雜質離子，使內(nèi)冷水的電導率和銅離子濃度達標。大部分采用此工藝的內(nèi)冷水系統(tǒng)的電導率低于0.5μs/cm（25℃），銅離子濃度低于10 μg/L處理效果達到標準要求。但是處理后pH值仍不能達標，銅導線腐蝕的因素依然存在。所以該工藝雖然滿足了發(fā)電機絕緣要求，但掩蓋了銅腐蝕現(xiàn)象，甚至有可能加速銅的腐蝕。

2.2 微堿化或超凈化內(nèi)冷水處理工藝

該工藝是在小混床技術上發(fā)展起來的內(nèi)冷水處理工藝，改變了小混床的離子交換樹脂種類及其數(shù)量比例，達到改善處理出水水質的目的。在結構上仍屬于混床處理范疇。該工藝能有效提高內(nèi)冷水pH值，出水水質決定于小混床中的離子交換樹脂層態(tài)分布及其數(shù)量比例，不能人為調控內(nèi)冷水水質，所以在一個運行周期內(nèi)水質是變化的，處理能力受到多種因素的制約，只能用于內(nèi)冷水水質較好的機組。對于水質較差的機組使用周期短，運行操作頻繁，水質波動大，且使用的離子交換樹脂不能再生，使用一個周期后必須更換，運行成本高。

2.3 投加銅緩蝕劑工藝

一般小型機組采用此工藝，其原理是在內(nèi)冷水中投加低劑量的BTA、MBT等銅緩蝕劑。由于銅緩蝕劑的作用，有效阻止了銅線棒的腐蝕，該工藝效果明顯，銅離子濃度和電導率都有一定程度降低，但要穩(wěn)定達標有困難，尤其是pH值仍不能達標，所以運行中仍采用不斷換水的方式來保證電導率和銅離子濃度達標。另外，根據(jù)采用此工藝的發(fā)電機銅線棒過水通道沉積物的化學分析，緩蝕劑BTA與銅離子形成的絡合物是沉積物的主要成分，說明采用投加銅緩蝕劑工藝處理內(nèi)冷水的方法有可能造成內(nèi)冷水通道堵塞。

2.4 加堿處理工藝

采用內(nèi)冷水超凈化裝置，使電導率符合要求，然后在內(nèi)冷水中加入少量易溶堿性物質以提高內(nèi)冷水pH值的處理工藝。這種工藝要求加藥泵的穩(wěn)定性非常高，否則會造成內(nèi)冷水電導率發(fā)生急劇變化。

2.5 以加氨凝結水作為補充水的處理工藝

這種工藝一般有凝結水和除鹽水兩路補水，兩路補水量的調節(jié)靠自動調節(jié)系統(tǒng)完成。該工藝盡管把內(nèi)冷水pH值提高到7.2以上，但是凝結水帶入內(nèi)冷水系統(tǒng)的氨和鐵氧化物等雜質將給內(nèi)冷水系統(tǒng)帶來安全隱患，已有采用此工藝的發(fā)電機銅線棒內(nèi)冷水通道里發(fā)現(xiàn)有氧化鐵的沉積物。

3 發(fā)電機定子繞組大面積堵塞事故分析及調整方法

3.1 事故分析

我國某電廠1 000 MW機組投產(chǎn)后，運行約半年就發(fā)生了定子繞組銅導線大面積堵塞的嚴重事故，被迫停機檢查，發(fā)現(xiàn)線棒普遍發(fā)生堵塞現(xiàn)象，部分空心銅導線接近堵死（見圖1）。取樣化驗后，其腐蝕產(chǎn)物主要是氧化銅。反沖洗沒有效果，最后只能進行酸洗，歷時近20天才解決問題，損失較嚴重。

圖1 某電廠1 000MW發(fā)電機定子線棒出水端腐蝕產(chǎn)物堵塞情況

從該廠運行情況看，發(fā)電機內(nèi)冷水pH值在7.0左右，電導率在0.08～0.10μs/cm，銅離子在10～25μg/L（該廠控制標準:DD（25℃）≤0.5 μs/cm、Cu≤40μg/L、pH（25℃）:7～9、硬度≈0）。廠家提供的標準為:DD（25℃）≤0.2 μs/cm、Cu≤50μg/L、pH（25℃）:6～8、O2≥1 mg/L、硬度≈0。

從原因上分析，首先，由于在機組運行過程中，內(nèi)冷水pH值過低（即便是在7左右），仍會促進內(nèi)冷水系統(tǒng)的銅腐蝕，雖然該廠內(nèi)冷水水質控制沒有超出制造廠要求范圍，但在運行中也出現(xiàn)了較嚴重的腐蝕產(chǎn)物堵塞現(xiàn)象，說明制造廠提供的內(nèi)冷水水質標準，尤其是pH值控制標準不能有效控制腐蝕的發(fā)生及腐恂產(chǎn)物沉積堵塞。其次，電導率的控制并非越低越好，日立公司提出的內(nèi)冷水電導率DD＜0.2μs/cm不利于pH值的調整，反而會加速銅線棒的腐蝕，根據(jù)腐蝕產(chǎn)物的成分分析，有銅、鐵及鉻的氧化物，分析說明:銅的氧化物來自于線棒腐蝕。鐵和鉻的氧化物來自于不銹鋼管道系統(tǒng)的腐蝕，說明日立目前控制的pH值6～8偏低。低pH值條件下日立公司提出的溶解氧標準大于1 mg/L是不合適的，在溶解氧低于4 mg/L時，銅的腐蝕速率仍然較高。最后，在相同pH值下，富氧運行方式下的銅的腐蝕速率高于貧氧運行方式。在低pH值富氧情況下，空心導線的銅腐蝕產(chǎn)物更容易剝離，如果超過腐蝕產(chǎn)物的溶解度就會在溫度較高的出水端（汽機側）發(fā)生二次沉積。

3.2 調整方法

a．調整內(nèi)冷水pH值由目前的6.0～8.0至8.0～8.5。提高pH值后可有效抑制銅的腐蝕，此范圍內(nèi)氧含量對銅腐蝕速率的影響較小。

b．電導率的控制值由目前的低于0.5μs/cm改為低于2μs/cm，期望值為1.5～2μs/cm。

c．銅離子含量保持在20μg/L以下，最好控制不超過10μg/L。銅離子含量是反映銅腐蝕程度的最直接的指標，運行中應重點監(jiān)測。

d．如采用富氧運行方式，不應加入空氣，防止帶入CO2，應向內(nèi)冷水中加入純氧。

e．發(fā)電機正常運行時，應避免內(nèi)冷水溶解氧含量在60～600μg/L區(qū)間，防止腐蝕過快發(fā)生銅腐蝕產(chǎn)物脫落及二次沉積。如果富氧運行仍難以控制銅離子含量，可考慮采用貧氧運行方式（O2＜30μg/L）。

f．采用精處理出水作為發(fā)電機內(nèi)冷水的補充水，內(nèi)冷水系統(tǒng)應隔離空氣運行，防止帶入CO2。

3.3 內(nèi)冷水處理系統(tǒng)改造效果

該電廠根據(jù)專家建議，對內(nèi)冷水處理裝置進行了改造，采用加裝內(nèi)冷水電膜微堿化處理裝置來優(yōu)化內(nèi)冷水的各項指標，投入優(yōu)化裝置后，電導率為0.2～0.5μs/cm，pH值為7.4～8.2，銅離子含量低于10μg/L，一般為6～8μg/L，所有標準均達到了《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水水質及系統(tǒng)要求》（DL/T801—2002）中規(guī)定要求。該機組運行至今效果良好，發(fā)電機定子繞組未出現(xiàn)任何問題。

4 百萬等級機組內(nèi)冷水處理系統(tǒng)優(yōu)化的必要性

通過調查發(fā)現(xiàn)，目前已運行的1 000 MW機組對內(nèi)冷水水質的控制并不樂觀，個別電廠由于內(nèi)冷水水質問題造成了定子繞組銅導線大面積堵塞事故，部分電廠也呈現(xiàn)銅導線沉積物增多的趨勢，給機組的運行帶來了安全隱患。

這些電廠普遍存在內(nèi)冷水pH值偏低問題，一般低于6.8，從而導致銅導線腐蝕因素的存在，銅導線的腐蝕沒有被阻止。圖2為Cu－H2O體系電位-pH平衡圖，由圖2可見，當pH＜6.8時，Cu－H2O體系中的銅處于鈍化區(qū)，即在中性及弱堿性水溶液中，銅表面能形成致密的氧化亞銅膜，隔斷銅本體與氧氣、水的接觸，阻止銅的進一步腐蝕，pH＜6.8時，Cu－H2O體系中的銅處于腐蝕區(qū)。

針對內(nèi)冷水pH值較低，長期不合格問題，各電廠都非常重視。如某1 000 MW機組運行不到2年，定子繞組沖洗次數(shù)頻繁呈上升趨勢，該電廠決定加裝內(nèi)冷水優(yōu)化裝置，目前已完成了初可研。綏中電廠2×1 000 MW機組處于基建期時就非常重視內(nèi)冷水處理問題，技術人員針對廠家生產(chǎn)的內(nèi)冷水處理系統(tǒng)進行認真分析并和廠家積極探討，認為內(nèi)冷水的pH值達不到7以上，內(nèi)冷水將在低pH值情況下運行，腐蝕不能得到抑制，發(fā)電機存在安全風險。鑒于此，該廠派技術人員到外廠進行調研，獲得大量數(shù)據(jù)，并聘請國內(nèi)知名專家進行論證，決定在機組投產(chǎn)前完成內(nèi)冷水處理裝置的優(yōu)化，以達到超前預控的目的。目前2臺1 000 MW機組已經(jīng)投產(chǎn)，定子水處理系統(tǒng)改造工作也已經(jīng)完成，各項指標均在較好范圍之內(nèi)，運行至今發(fā)電機定子線棒溫升、壓差非常穩(wěn)定，說明系統(tǒng)腐蝕情況控制在較低程度。圖3、圖4為2臺機組定子水微堿化裝置調試期間水質指標的變化趨勢。

圖2 Cu-H2O體系電位-pH平衡圖

總之，對于百萬等級發(fā)電機組，由于參數(shù)高、容量大，對內(nèi)冷水的水質要求也越高，因此重視內(nèi)冷水的水質調節(jié)，保證發(fā)電機運行安全非常重要。

5 結論

由于發(fā)電機廠家隨機配套的內(nèi)冷水處理工藝已經(jīng)滯后于機組的發(fā)展水平，尤其是百萬等級機組，已經(jīng)發(fā)生過定子繞組大面積堵塞事故，一些電廠存在銅導線沉積物增長趨勢。因此，對于運行機組一定要重視監(jiān)測、加強監(jiān)督，采取有效手段調節(jié)內(nèi)冷水水質。如果內(nèi)冷水水質長期不合格，尤其pH值長期偏低，可以考慮增加內(nèi)冷水處理裝置來調節(jié)和控制內(nèi)冷水水質，使其符合《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水水質及系統(tǒng)要求》（DL/T801—2002）中的標準，徹底消除安全隱患。對于基建期的百萬等級機組，要對本機組的內(nèi)冷水處理系統(tǒng)進行分析和論證，如水質調節(jié)困難，存在一定風險，應考慮增加內(nèi)冷水處理裝置來彌補廠家內(nèi)冷水處理工藝的不足，消除發(fā)電機安全隱患，達到超前預控的目的。