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1 概述
發(fā)電機內(nèi)冷水處理方法選擇不合理時，很可能導(dǎo)致水質(zhì)指標(biāo)達不到標(biāo)準(zhǔn)要求，并且容易發(fā)生空心導(dǎo)線的堵塞或腐蝕，嚴(yán)重時會使線棒發(fā)熱、甚至絕緣燒毀，導(dǎo)致事故停機。據(jù)1993～1995年不完全統(tǒng)計，全國300Mw及以上容量發(fā)電機發(fā)生發(fā)電機本體事故及故障53臺次，其中發(fā)電機定子內(nèi)冷水系統(tǒng)事故及故障29次，占54.7﹪；堵塞事故9臺次，占17.0﹪。堵塞事故處理所需時間長，造成的經(jīng)濟損失巨大。通常單臺機組事故處理時間長達上千小時，少發(fā)電量數(shù)億千瓦。
在1998年前，國內(nèi)發(fā)電機內(nèi)冷水處理主要以加緩蝕劑處理技術(shù)為主。自1998年華能岳陽電廠發(fā)生發(fā)電機絕緣燒毀事故以來，越來越多的電廠對發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)給予了高度重視�！蛾P(guān)于防止電力生產(chǎn)重大事故的二十項重點要求》和《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求》DL／T80l一2002的發(fā)布和實施，對發(fā)電機內(nèi)冷水水質(zhì)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，加緩蝕劑處理方案已經(jīng)不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。
國內(nèi)經(jīng)過40余年的研究和探索，使內(nèi)冷水處理技術(shù)得到了長足進展，出現(xiàn)了多種內(nèi)冷水處理技術(shù)：加緩蝕劑處理法、小混床處理法、超凈化處理法、H／OH混床+Na／OH混床交替處理法、加NaOH處理法、除氧法等等。
2 國內(nèi)內(nèi)冷水處理技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
國內(nèi)內(nèi)冷水處理技術(shù)的發(fā)展歷程，大致可以分為三個階段：20世紀(jì)60年代開始的初步研究階段、20世紀(jì)70年代形成的加藥處理技術(shù)為主常規(guī)離子交換處理為輔的階段和堿性離子交換處理技術(shù)為主階段。
2．1 初步研究階段(1958--1976)
1958年上海電機廠生產(chǎn)出了世界上第一臺l2MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機，自此開始了內(nèi)冷水水質(zhì)處理技術(shù)的試驗研究。由于當(dāng)時國外只有定子冷卻水處理的經(jīng)驗，因此需要自行研究解決雙水水質(zhì)的處理技術(shù)和控制方法。
在上海某調(diào)峰機組進行了最初的離子交換處理的嘗試：離子交換柱采用塑料制成，取部分內(nèi)冷水進行凈化處理，內(nèi)冷水的電導(dǎo)率和含銅量均有明顯降低，取得了良好的效果。在當(dāng)時環(huán)境下，生產(chǎn)部門雖然取得了很好的處理效果，但是在設(shè)計制造的落實上卻遇到了困難，未能配備上這種裝置。
另一種處理方法是降低內(nèi)冷水中的含氧量。在華北某電廠采用開放式運行系統(tǒng)，將凝汽器凝結(jié)水通過凝結(jié)水泵直接送人發(fā)電機水系統(tǒng)，通過發(fā)電機吸收熱量后，直接送人除氧器。這樣，由于凝結(jié)水的含氧量很低，又沒有再循環(huán)，不可能有大量的氧漏人，便能保證內(nèi)冷水的低含氧量。經(jīng)過處理后，內(nèi)冷水的含氧量和含銅量均很低。但采用此方法，發(fā)電機的運行就取于凝結(jié)水泵的狀況，很不安全。
限于當(dāng)時的情況和諸多原因，這兩種方法未能得以推廣。只能靠加強排污，調(diào)節(jié)水質(zhì)pH值和換水來維持內(nèi)冷水的含銅量。操作和控制均很麻煩，除鹽水損失也很大，而且每次停下吹管時，均會從中空導(dǎo)線中沖出大量黑棕色渾濁物。
2．2 加藥及常規(guī)離子交換處理階段(1976—1998）
2O世紀(jì)7O年代，山東中試所率先開始了內(nèi)冷水添加緩蝕劑處理的研究。1976年率先在青島電廠采用添加緩蝕劑處理方法，取得了良好的效果，從該機冷卻器黃銅管腐蝕情況看，其腐蝕情況已接近停止?fàn)顟B(tài)。自此在國內(nèi)逐漸開始了推廣添加緩蝕劑處理技術(shù)。1981年3月在北京召開的“大型火電設(shè)備質(zhì)量會”上以及1981年l2月中國電機工程學(xué)會在上海閔行召開的“電機水冷技術(shù)學(xué)術(shù)報告討論會”上，上海電機廠將內(nèi)冷水中添加MBT緩蝕劑作為防腐蝕措施提出。除了進口機組和一些技術(shù)引進機組采用國外設(shè)計的離子交換法處理運行方式外，添加緩蝕劑成了我國國產(chǎn)機組的主要處理技術(shù)，雙水機組幾乎100﹪采用加藥處理。截至目前還有個別雙水機組采用這種處理方法。
在此過程中，發(fā)電機內(nèi)冷水加緩蝕劑處理技術(shù)得到了深入研究。應(yīng)用的藥劑有MBT、BTA、復(fù)配三乙醇胺等等。內(nèi)冷水采用緩蝕劑處理使水中銅離子含量得到明顯降低，從開始的幾百µgL，降至幾十Ng／L。
在此期間，內(nèi)冷水相關(guān)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中都有關(guān)于添加緩蝕劑處理時對應(yīng)水質(zhì)的內(nèi)容。1985年的SD163-1985~火力發(fā)電廠水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定當(dāng)不添加緩蝕劑時，內(nèi)冷水質(zhì)量應(yīng)符合：電導(dǎo)率(25℃)≤5µS／em、銅≤200µg／L、pH(25℃)>7．6。添加緩蝕劑時，內(nèi)冷水質(zhì)量應(yīng)符合：電導(dǎo)率(25℃)≤5µS／cm、銅≤40µg／L、pH(25℃)>6.8。GB12145-1989{火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》與上述指標(biāo)相比，放寬了對電導(dǎo)率的要求，無論加緩蝕劑與否，規(guī)定電導(dǎo)率(25℃)≤10µS／cm。降低了不添加緩蝕劑時對pHt的要求，規(guī)定pH(25"C)>7．0。由此可見，在此期間，國家和行業(yè)從標(biāo)準(zhǔn)上明確了加藥的合理性和有效性。
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的大部分國產(chǎn)300MW機組及以上容量機組，在設(shè)備設(shè)計上配制了常規(guī)的離子交換處理設(shè)備，并且還設(shè)計氫氣或氮氣密封系統(tǒng)。但是常規(guī)離子交換設(shè)備處理內(nèi)冷水存在以下問題：1)處理后的水質(zhì)顯弱酸性，導(dǎo)致空心導(dǎo)主t的腐蝕速率很高，有的電廠運行時甚至出現(xiàn)過銅>1.000µg／L的情況，幾乎所有的處理指標(biāo)達不到標(biāo)準(zhǔn)的要求；2)交換器體積小，樹脂裝填量少，運行周期短，需要頻繁更換樹脂。因此大部分電廠沒有將設(shè)計配制的常規(guī)離子交換設(shè)備投入使用，紛紛改用加緩蝕劑處理。
內(nèi)冷水加緩蝕劑處理方式雖然能明顯地降低水中的含銅量，但是存在很多不便，如水質(zhì)波動、操作復(fù)雜、工作強度大，更嚴(yán)重的是容易發(fā)生線棒堵塞事故。1998年6月華能岳陽電廠1號發(fā)電機定子絕緣嚴(yán)重?fù)p壞事故發(fā)生之后，添加緩蝕劑處理的內(nèi)冷水處理技術(shù)受到質(zhì)疑。近年來又有多臺采用加緩蝕劑處理的雙水內(nèi)冷機組發(fā)生了線棒過熱的問題，進一步加強了專業(yè)人員對加緩蝕劑處理可能弓}起線棒堵塞的看法。
西安熱工研究院對華能岳陽發(fā)生過熱的線棒中的沉積物進行分析，結(jié)果如下：線棒扁銅管直線段內(nèi)表面的灰綠色垢為有機大分子螫合物；線棒兩端并頭套腐蝕產(chǎn)物為單質(zhì)銅(即金屬銅)、氧化亞銅、氧化銅和有機類物質(zhì)，其中單質(zhì)銅是主要成分，其他成分含量為氧化亞銅≥氧化銅≥有機物；垢中有機類物質(zhì)應(yīng)是銅緩蝕劑BTA與cu形成的螯合物和其他衍生物。2005年某發(fā)電廠7號機組發(fā)電機定子冷卻水銅導(dǎo)線溫升超標(biāo)，對該導(dǎo)線內(nèi)表面的沉積物和聚四氟絕緣連接管內(nèi)表面沉積物分析，主要成分是以BTA為主的緩蝕劑與銅離子之間形成的絡(luò)合物。該機組后改用超凈化離子交換處理，在第一次更換樹脂時，發(fā)現(xiàn)樹脂中含有大量的黑色黏稠狀物。以上事實可以證明，向內(nèi)冷水中添加緩蝕劑處理是導(dǎo)致線棒堵塞的熏要原因之一。
鑒于加緩蝕劑處理會導(dǎo)致線棒堵塞的弊端，國內(nèi)開始了內(nèi)冷水堿性離子交換處理的研究。
2．3 堿性離子交換處理階段(1998-)
1998年后，國內(nèi)先后出現(xiàn)了超凈化處理法、H／OH混床+Na／OH混床交替處理法、加NaOH處理法等堿性離子交換處理方法。從此，內(nèi)冷水處理技術(shù)進入了一個新的階段。
堿性離子交換技術(shù)就是通過離子交換處理使處理后水顯堿性的調(diào)節(jié)方式處理后出水與未處理內(nèi)冷水混合后，使發(fā)電機內(nèi)冷水同時滿足了《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求>DL／T801—2002中關(guān)于pH、電導(dǎo)率和含銅量的要求。
該技術(shù)比加緩蝕劑處理有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。通過提高內(nèi)冷水的pH值，使空心導(dǎo)線處于相對鈍化狀態(tài)，降低了銅的腐蝕速率。提高pH值后的內(nèi)冷水與純水相比，大大提高了水的緩沖能力。當(dāng)內(nèi)冷水由于某種原因受到空氣污染時，空氣中的CO2的少量溶人不會影響金屬銅表面的鈍化狀態(tài)；并且堿性條件下，O2的污染對銅的腐蝕速率影響不明顯。除此而外，超凈化處理系統(tǒng)在工作的同時還起到了旁路過濾的作用，截留系統(tǒng)中原有的氧化銅顆粒和其他的腐蝕產(chǎn)物，減小了線棒堵塞的可能性。
某電廠雙水內(nèi)冷機組以前采用加緩蝕劑處理，線棒出現(xiàn)了明顯的發(fā)熱。定子線棒兩端溫差在近兩年來直緩慢上升，最高達到約14℃。為了防止燒毀線棒事故的發(fā)生，該廠原計劃將發(fā)熱線棒更換或?qū)⒄_發(fā)電機線棒全部更換。采用超凈化處理后，溫差上升的趨勢得到了遏制，并且溫差逐漸降低。因此取消了線棒更換的計劃，為電廠節(jié)約了大量的資金。
由于堿性離子交換技術(shù)處理效果明顯，在全國得到迅速推廣，目前已經(jīng)在百余臺機組上得到應(yīng)用。
國內(nèi)還出現(xiàn)了一種除氧+混床聯(lián)合處理技術(shù)，通過降低內(nèi)冷水的含氧量，減輕銅腐蝕速率。
3 國外內(nèi)冷水處理技術(shù)特點
3．1 有相對完善的基礎(chǔ)理論研究
國外的研究機構(gòu)對影響銅腐蝕速率的影響因素做過比較細(xì)致的基礎(chǔ)理論研究。這些研究包括pH、溶解氧、溫度等因素對銅的腐蝕速率影響等等。這些基礎(chǔ)研究對了解銅的腐蝕規(guī)律和微觀機理，對防腐蝕方法的選擇有十分重要的作用。
據(jù)了解，國內(nèi)目前對內(nèi)冷水腐蝕機理的認(rèn)識大多是建立在國外研究成果的基礎(chǔ)上，但是國內(nèi)機組的設(shè)計、運行水平與國外技術(shù)水平有很大的差距，照搬其研究成果容易產(chǎn)生認(rèn)識上的誤區(qū)。例如，雙水內(nèi)冷機組是我國有自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)電機冷卻技術(shù)，該技術(shù)的一個缺陷是水質(zhì)受空氣污染嚴(yán)重，到目前為止，還沒有
很好的解決途徑。而國外現(xiàn)有的雙水內(nèi)冷機組，從結(jié)構(gòu)上與國內(nèi)技術(shù)有明顯的區(qū)別，內(nèi)冷水密閉性很好，水質(zhì)指標(biāo)也遠(yuǎn)好于國內(nèi)內(nèi)冷水水質(zhì)，因此其處理技術(shù)不適用于國內(nèi)雙水內(nèi)冷機組。
3．2 強調(diào)內(nèi)冷水的精密過濾處理
對國內(nèi)進口機組的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)VN#I、機組內(nèi)冷水處理的一個顯著特點就是加裝有精密過濾器。如北侖電廠內(nèi)冷水處理系統(tǒng)設(shè)有互為備用的兩臺處理水量為100t／h的精密過濾器，對內(nèi)冷水進行全流量精密過濾，過濾精度為3µm。并設(shè)有一臺補充水小流量精密過濾器，過濾精度為3µm。離子交換采用普通H／OH型混床，以除去內(nèi)冷水中雜質(zhì)離子，降低水的電導(dǎo)率。采用該系統(tǒng)處理后，通常內(nèi)冷水水質(zhì)如下：電導(dǎo)率(25℃)≤0.5µS／cm、銅≤20µg,／L、pH(25℃)≤7.0，即pH未能滿足《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求)DL／T801-2002的要求。
3．3 除氧和加氧處理
據(jù)資料介紹，國外有些機組都采用了除氧或加氧工況處理。其原理是：當(dāng)內(nèi)冷水中的溶解氧濃度≤4Oµg／L和≥1000µg／L時，銅的腐蝕速率都比較低。
可用于內(nèi)冷水除氧的方法有：鈀樹脂除氧和真空除氧。目前這兩種技術(shù)在國外內(nèi)冷水處理領(lǐng)域內(nèi)都有采用。
采用加氧處理技術(shù)的電廠很少，南非Koeberg電廠是其中一例。該廠內(nèi)冷水采用氧氣鋼瓶供氧，使溶解氧高達4mg／L，pH為中性。但多年后意外地發(fā)生了空心導(dǎo)線堵塞的事故。
國外Biblis核電站1200Mw的雙水內(nèi)冷機組的內(nèi)冷水處理系統(tǒng)比較完善，其冷卻水箱采用氫氣密封，并裝有鈀樹脂除氧器、精密過濾器和離子交換器。為了防止顆粒物質(zhì)進入空心導(dǎo)線，在系統(tǒng)上主回路的軸泵后設(shè)置了75µm的精密過濾器，并在定、轉(zhuǎn)子冷卻水回路上分另別設(shè)置了5µn精密過濾器。達到了除氧、過濾、除氧的三重功效。經(jīng)過處理后系統(tǒng)的水質(zhì)達到如下指標(biāo)：電導(dǎo)率(25℃)0．08～0.1lµS／cm；pH(25℃)6.9～7.2；含氧量1～5µg／L；含銅量1O～20µg／L。
除此而外，國外電力研究機構(gòu)如EPRI近些年來也開展了內(nèi)冷水堿性處理的研究工作。在一些電廠采用了Na／OH型混床或加NaOH來達到提高內(nèi)冷水pH的目的，收到了良好的處理效果。
4 小結(jié)及建議
(1)國內(nèi)內(nèi)冷水處理技術(shù)4O余年來經(jīng)歷了換水處加藥和常規(guī)離子交換處理、堿性離子交換處理的發(fā)展過程，內(nèi)冷水水質(zhì)狀況得到了很大的改善，水質(zhì)合格率大大提高。
(2)國外內(nèi)冷水技術(shù)有相對深入細(xì)致的基礎(chǔ)理論研究，處理方法上側(cè)重于精密過濾和除氧。近年來也開始了堿性工況處理的研究及應(yīng)用。
(3)國內(nèi)在減小發(fā)電機空心銅導(dǎo)線腐蝕科研方面，有必要進行一些基礎(chǔ)性的理論研究，為處理技術(shù)的發(fā)展、控制方法的選擇、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論依據(jù)。
責(zé)任編輯：尕刺
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