嵩屿电厂发电机铜导线腐蚀原因分析及控制措施

引言

嵩屿电厂4#汽轮发电机为双水内冷发电机,机组运行期间 ,发电机转子冷却水铜离子含量长期超标。由于发电机转子冷却水系统没有设置净化装置,一直依靠补充除盐水的方式来调节转子冷却水水质,正常运行时保持一定量溢流,但转子冷却水中含铜(Cu2+）量超标,长期在200 μg/L左右,无法达到国家标准要求。

1发电机铜导线腐蚀影响因素分析

1.1 转冷水pH值、含氧量影响

发电机空心铜导线容易受到转冷水pH值影响而腐蚀,水质酸碱度将对铜导线的保护膜产生腐蚀作用,只有当转冷水水质处于弱碱性时,对铜保护膜的腐蚀影响最小,基本处于稳定保护状态。研究资料表明:当水质pH值高于7.9 ,水中含氧量小于30μg/L时,铜导线被腐蚀的速度将大幅降低。但又不能一味大幅提高水质pH值,否则将使得转冷水的电导率逐渐增加。

1.2水中二氧化碳含量影响

二氧化碳主要来源于转冷水箱的呼吸口及补充水,其溶入转冷水系统后生成重碳酸离子HC03- 。转冷水系统大多是以除盐水作为补充水,部分电厂也有使用原设计的凝结水作为补充水 ,并对转冷水进行pH值调节。当除盐水中溶入大量二氧化碳时,水质偏酸性,铜表面的氧化膜容易遭受破坏,加剧铜的腐蚀。

1.3影响铜导线腐蚀速率的其他因素

转冷水温度虽然对铜的溶解度有较小的影响,但是由于其没有实际的控制意义,因此可以忽略不计。

综上所述,为降低发电机空心铜导线持续腐蚀造成的影响,确保转冷水具备可靠的绝缘性以及散热性能,需要着重注意以下几点:

（1）降低转冷水中氧气（O₂）及二氧化碳（CO₂）含量:

（2）在电导率控制在合适值,确保转冷水处于可靠的绝缘范围内的前提下,应尽可能提高水质pH值:

（3）尽可能减少转冷水中的杂质性离子,以确保水质电导率得到有效降低。

2减缓发电机铜导线腐蚀的常用方法

对国内主流的转冷水处理技术进行调研得知,降低铜导线腐蚀速率常用的方法分为四类:缓蚀剂校正处理法、凝结水置换调节法、小混床离子交换法、微碱化处理法。

2. 1 缓蚀剂校正处理法

通过添加铜缓蚀剂与转冷水中铜离子产生化学反应,生成覆盖于铜导线表面的保护膜。但是当缓蚀剂添加过多时易在线棒内产生沉积物,不利于空心铜导线内水的正常流通,而且该方法难以使水中pH值及电导率同步达到要求。

2.2凝结水置换调节法

采用加氨调节后的凝结水对转冷水箱进行补水置换,但当凝汽器汽侧出现泄漏时,容易造成转冷水水质恶化。同时,凝结水中为提高给水pH值会添加稀氨水,同样会与铜导线发生破坏性反应。

2.3小混床离子交换法

使用氢型树脂和氢氧型树脂的旁路小混床对转冷水进行旁路净化处理,由于混床出水为高纯水,其缓冲性较差,当系统溶入CO₂和O₂时,水质呈酸性,树脂将过早地吸附饱和,加速铜线棒的腐蚀。

2.4微碱化处理法

通过向转冷水中添加碱化剂,从而达到提升水质pH值的目的。

2.4.1直接加碱法

采用装有氢型和氢氧型树脂的小混床加碱法,降低转冷水中的杂质性离子,再加入适当浓度的NaOH,确保pH值和电导率协调同步达标。小混床加碱碱化法,需确保在线仪表及调节系统具有较好的可靠性,防止水质电导率大幅上升。

2.4.2离子交换微碱化法

在混床（或分床）中填装钠型强酸阳树脂及氢氧型强碱阴树脂,当水中金属阳离子及非金属阴离子分别与钠型树脂中的钠离子、强碱阴树脂中的氢氧根离子产生置换反应时 ,即可将氢氧化钠（NaOH）缓慢释放出来,有效避免直接加碱液出现的问题:但这个方法也存在树脂失效快、pH值升幅不够、系统复杂等缺点。

3 4#发电机转冷水净化装置改造的基本工艺及技术

由于发电机转冷水系统密封性不佳,空气容易进入,使转冷水变成空气的过饱和溶液,同时我厂通过补充除盐水的方式来调节水质,除盐水pH值约为6.5,所以仅通过离子交换树脂处理方法,很难将转冷水pH值提升至7.2以上,无法确保转冷水处于微碱性工况下运行,也很难减缓铜导线的腐蚀。

经过对上述几种处理方法的优缺点进行综合比较,并对其他电厂进行实地探讨与交流,我厂最终选用"离子交换一加碱碱化"法,即增加一套混床离子交换器和自动加碱设备构成的净化系统,如图1所示。净化处理装置出水和转冷水的水质通过PLC智能控制,通过调整加碱量来调节水质pH值,再加上回水管加装脱气器,实现了发电机转冷水水质的优化。

为防止因加碱液过量造成转冷水电导率突升,净化装置进出口各采用两块电导率表进行冗余保护,同时自动加碱调节设备配备了多重安全保护功能。一旦转冷水系统或净化装置出水电导率超出保护设定值,加碱计量泵会及时联锁保护停泵:当进口或出口两块电导率表采样数据的偏差值超过设定值时,控制系统同样会自动切断加碱计量泵电源或控制电流值为4mA,停止往转冷水系统加碱液。

净化装置采用电磁计量泵往转冷水加入适当浓度的氢氧化钠(NaoH)溶液,配置周期根据实际消耗量决定。装置经氢型和氢氧型树脂混合离子交换器调节电导率,合理设定电导率控制范围 ,有效保证pH值运行范围在7.2～8.0,控制铜离子(Cu²⁺)含量在40μg/L以内。根据发电机转子冷却水系统密闭性较差的结构特点,在转子冷却回水管道上加装了脱气器(内设鲍尔环填料),以脱除水中部分溶解气体,实现电导率和pH指标的有效控制。

4应用效果

目前我厂4#发电机转冷水旁路净化装置已运行4个多月 ,如表1所示,转冷水的pH值、电导率、铜离子含量基本稳定,转冷水完全无须采用换水补排手段,水质指标全部符合国家及行业标准。

查询4#机转冷水净化装置历史数据可知,转冷水进口pH值稳定在7 .36左右 ,进口电导率在3 .71 μs/cm左右,如图2所示。

通过对净化装置PLC控制参数的设定,可以自动控制加碱计量泵的工作时间和频率,自动调节转冷水的pH值和电导率,也可以采用人工调节方式进行加碱计量泵的启停和工作频率的控制。

目前,我厂为防止转冷水净化装置加碱过量导致电导率超标,采取表2所示控制措施对加碱计量泵进行多重管控。

5 结语

本文简要介绍了当前减缓发电机铜导线腐蚀的常用方法,突破传统内冷水处理单一技术方法,综合应用多种手段,彻底解决了困扰我厂多年的安全生产隐患,在保证转冷水电导率合格的前提下,将水质pH值升至一个理想值,为降低发电机转冷水铜离子含量提供了借鉴和参考。