（大唐珲春发电厂 吉林珲春 133303）
摘要：本文介绍了发电机内冷水电膜微碱化处理技术在珲春发电厂330MW机组定子内冷水系统的应用后控制了发电机内冷水PH值8-9、减缓了腐蚀，提高发电机定冷水系统的安全性。
关键词：定子内冷水；PH值；微碱化处理装置；安全
1 前言
目前国内外水内冷发电机组的内冷水虽然采取了各种处理方法及防腐措施，但很少达到了有效地防腐，普遍存在内冷水的电导率高、pH值低、腐蚀产物铜离子超标的现象，内冷水水质不合格所引发的事故时有发生。为了防止此类事故的发生，国内外对内冷水水质和铜的腐蚀机理及防腐方法进行大量研究，得出结论：1.内冷水电导率越低，电气绝缘性能越好，不会发生电气闪络等绝缘故障；2.铜腐蚀的根本原因是内冷水中存在着溶解氧和溶解二氧化碳，此外在腐蚀过程中产生的二价铜离子对腐蚀有加速作用；3.腐蚀产物进入内冷水，在定子线棒中被发电机磁场阻挡而沉积，可能导致空心导线通流面积逐渐减小或堵塞，引起发电机线圈温度上升，甚至烧损。因此有效监控发电机定子内冷水水质各项指标，对保证发电机安全经济运行具有十分重要的意义。
2 系统简介
大唐珲春发电厂330MW机组定子冷却水系统供发电机定子绕组冷却，采用独立的封闭水循环系统，集装式结构。定子冷却水2.0m3储水箱设有充氮密闭加压系统，使冷却水与空气隔绝，设有2个充氮接口，并设有液位报警及自动补水装置、漏氢检测探头。定子内冷水的冷却水入口水温≤33℃，水压为0.2～0.3MPa（g）。定子冷却水系统中设有加热装置，定子线圈冷却水的进水温度设定为43℃，并设有温控器能自动调节定子冷却水温，定子线圈冷却水进水温度波动范围＜±5℃。最大连续输出功率下线圈出水温度≤85℃。发电机外部管路设有对定子绕组进行反冲洗和排水管及相关阀门，反冲洗管道上加装有不锈钢过滤器(不锈钢激光打孔滤网)。定子内冷水水质应透明纯净，无机械混杂物，在水温20℃时定子冷却水:电导率0.5～1.5μs/cm(定子线圈独立水系统)， PH值7.0～8.0，硬度 ＜2μmol/L，含氨(NH3)微量。定子冷却水系统中配有CZ65-315ED型75 m3/h定子冷却水泵、M10-BFM型冷却面积为 21.8 m2 的定子水冷却器、SLQ型滤水器各2台，互为备用，均为100％容量。发电机输出额定容量时定子冷却水流量 69 m3/h，系统内配有10%容量的混合离子交换器1台，用于除去水中阴阳离子。
3 运行中存在的问题
3、4号机组均为北京北重汽轮电机有限责任公司生产的水氢氢T255-460型汽轮发电机。定子内冷水系统设计有小旁路混床处理系统，定子冷却水系统冷却水流量69t/h，水容积为2.5-3.0m3，循环水流量109t/h，一台混合离子交换器装在主回路旁路上，处理水量4t/h，占系统总流量5%左右，过滤精度170μ。它是一个直立的箱体，内装有高交换容量H+离子交换的D001Z#(粒度0.63～0.9mm)阳离子交换树脂和用于0H－离子交换的D201Z#(粒度0.45～0.8mm)阴离子交换树脂的混合物，阳树脂和阴树脂的体积比为1：1，阳树脂约38Kg，阴树脂约32Kg，失效树脂不进行再生，直接更换厂家提供的已处理好树脂，每年需更换。离子交换器随机组投产投入运行，定子内冷水电导率0.4～0.6μs/cm，含铜量维持在10～15µg/L之间，铜含量较高，pH值偏低，一般在6.5～7.2左右。机组定子内冷水系统设计补充水为除盐水或凝结水，除盐水PH值在6.7～7.0左右，补充的凝结水没有进行加氨，其PH值在7.0～7.5左右。因此定冷水系统补水一般采用凝结水，补水后PH值一般在7.0～7.2之间。定子内冷水质不合格时，采用对定子内冷水进行窜补凝结水的方式进行处理，每周需窜水3～4次，该处理方法虽然简单易行,但只能短时间满足发电机定子内冷水电导率的水质要求,频繁造成内冷水铜超标。
4 内冷水PH值偏低的危害
发电机铜导线在含氧的弱酸性水中极易发生腐蚀，腐蚀产物直接沉积在定子线圈内，引起线圈传热不均和发电机线圈超温，甚至有局部线圈堵塞或穿孔的问题。我国近几年曾发生过发电机燃烧的案例，危害性极大。全国各省区都有多台机组因定子线棒超温，不能满负荷运行，不得不检修更换。所以，发电机定子内冷水的处理效果直接关系到发电机组的安全、稳定、经济运行。
5 铜导线腐蚀的影响因素与防腐机理
5.1 影响铜在冷却水中均匀溶解腐蚀的因素主要有水的pH值、溶解氧以及溶解二氧化碳的含量，此外在腐蚀过程中生成的二价铜离子对铜的腐蚀有加速作用。这一腐蚀过程的反应如下:
5.1.1 电化学腐蚀反应:
Cu+ 1/2 O2= CuO
2Cu+ 1/2 O2= Cu2O
Cu+ Cu2+ = 2Cu+
5.1.2 二氧化碳的溶解和铜氧化物的溶解:
CO2+ H2O= H2CO3
H2CO3= H++HCO3-
CuO+ 2H+= Cu2++H2O
Cu2O+ 2H+= 2Cu++H2O
5.1.3 一价铜离子进一步氧化:
2Cu+ +1/2 O2 +H2O= 2Cu2+ +OH-
2Cu+ +1/2 O2 = CuO+ Cu2+
5.1.4二次腐蚀产物的生成:
Cu2+ +2OH-= CuO+ H2O
上述反应交替进行，从而导致铜的腐蚀和腐蚀产物的沉积。
5.2 Cu- H2O体系Cu腐蚀-钝化-免蚀的理论条件与防腐机理
在Cu- H2O体系电位-pH平衡图上，溶液中的含Cu物质以金属铜离子(Cu+、Cu2+ 、Cu3+ )含Cu水合物（Cu2O3•nH2O）和铜的酸根(HCuO2-、CuO22-、CuO2-)形态稳定存在的区域，是Cu的理论上的腐蚀电位-pH条件区域;金属Cu以单质Cu形势稳定存在的区域，则是Cu的理论上的免蚀条件区域。根据理论分析计算和判断，Cu- H2O体系Cu腐蚀-钝化-免蚀的理论条件区域如图中几条曲线划分的区域所示。
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图1 Cu- H2O体系电位-pH平衡图
由图5-1可知，金属铜的热力学免蚀区与H2O的热力学稳定区部分重叠，这一现象表明，在pH≥7.60和有氧化剂（溶解氧）存在时，金属铜表面形成的氧化物具有稳定性，能对金属铜基体起到保护作用。
6 解决办法及特点
针对3、4号机组定子内冷水PH值偏低，铜含量偏高，系统窜水频繁，耗水量大等问题，在3号机组应用发电机内冷水电膜微碱化处理技术，安装微碱化处理装置，实现在线检测内冷水出口的电导率、pH值，全自动调节内冷水水质，使内冷水电导率和pH值达标、铜离子不超标，达到内冷水水质最佳工况。此微碱化处理装置主要组件包括：除离子器2台（一用一备）、碱化器、树脂捕捉器、PH/DD二合一仪表、智能调节器。通过设备改造，将微碱化处理装置与原定子内冷水混合离子交换器并列，正常情况下微碱化处理装置运行，在该装置故障或检修时恢复原定子内冷水混合离子交换器运行，进一步提高了内冷水系统的安全性。发电机定子内冷水电膜微碱化处理装置具有如下特点：
6.1自动调控pH值、电导值技术，内冷水pH值可在8.00～9.00,电导值0.4µS/cm-2.00 µS/cm范围内自行调节,。
6.2 专有的催化树脂，促进水的电离解。
6.3 内冷水pH值、电导率控制在最佳值，Cu<5µg/L 实现最佳防腐绝缘目的。
6.4 自制精选树脂，处理效果更好，运行周期两年以上。
6.5 出、入口pH值、电导率在线全检测，确保发电机安全和装置处理效果。
7 发电机内冷水处理装置简介
珲春厂两台330MW发电机内冷水微碱化处理装置采用当今先进的离子交换技术和国内首创pH、电导可调节技术，装置利用树脂吸附水中的阴阳离子，同时在电场的作用下水和催化树脂反应生成微量的碱性物质，化学反应原理如下：
除离子：
Cu2+ + 2H-R = Cu-2R + 2H+
HCO3-+ OH-R = HCO3-R +OH-
H+ +OH- =H2O
微碱化：
H2O+Na-R=(电场作用下)H-R+NaOH
这样，在催化树脂的作用下，调节电场强度，控制发电机内冷水的pH在8.00～9.00电导率在0.4µs/cm～2.00µs/cm。这样同时达到净化水质并抑制腐蚀作用。
8 改造效果
珲春厂两台330MW发电机内冷水采用微碱化处理技术后，定冷水稳定在PH8.00～9.00，电导率0.4-1.5μs/cm。在运行期间微碱化处理装置通过电导率自动调节方式运行，即设定电导率值的给定值，通过保持电导率给定值的方式控制PH值在8.00～9.00范围内波动，当内冷水电导率高于给定值时，装置碱化器入口电磁阀关闭，内泠水只流过混床进行净化，当内冷水电导率低于给定值时，装置碱化器入口电磁阀开启，微化器工作，电离水后交换出钠离子，从面提高了内冷水的PH值，减缓内冷水对铜腐蚀的作用。
9 结论
通过在330MW发电机的应用发电机内冷水电膜微碱化处理技术，实现了在线检测定子内冷水出口的电导率、pH值，全自动调节内冷水水质，达到了定子内冷水系统电导率、pH值达标、铜离子最低，内冷水水质最佳工况，提高了发电机的绝缘性，极大地减缓了内冷水对铜的腐蚀，满足了GB/T12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》及DL-T 1039-2016 《发电机内冷水处理导则》对发电机对定子内冷水的要求。通过改造定子内冷水PH值合格率由85%提高到100%,杜绝了通过窜补凝结水方式控制发电机定子内冷水PH值带来的电导率不稳，铜导线腐蚀，水损耗大，系统安全性差等威胁发电机安全运行的弊端，对机组安全稳定经济运行提供了有力保障。
参考文献
[1]李培元.发电机冷却介质及其监督.北京：中国电力出版社，2008.
作者简介
王瑞升（1976-），男，助理工程师，从事化学监督管理工作。