丁耀磊
国家能源集团河北国华定州发电有限公司 ，河北 定州 ，073000
摘要：国家能源集团河北国华定州发电有限公司 600MW 发电机组由上海电机厂制造，采用水-氢-氢冷却方式。定子冷却水采用水内冷方式，系统配备一套离子交换器，内装阴、阳两种离子交换树脂，分别用来除去水中的阴离子和阳离子，达到净化水质的目的。系统补给水分为两路：凝结水和除盐水，通过离子交换器进入系统。机组正常运行时内冷水直接通过离子交换器进行处理，最大处理能力为 8 m3 /h。
离子交换器投运以来，出现了离子交换器运行周期较短、运行频繁换水操作量大、维护成本高等问题，为进一步提高设备可靠性，降低运行维护成本，公司于2019年3月份加装了发电机内冷水分床处理装置。
关键词：内冷水；水质；分床处理；应用
1离子交换器运行中存在的主要问题
（一）离子交换器直接投入后，内冷水pH值降低较明显，使 pH 值下降至 6.6～6.9，无法达到《GB12145-2016火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》中发电机内冷水的要求，从而加快了系统的铜腐蚀速度。
（二）机组投产以来，运行人员一直采取直补凝结水和微碱化运行的方式，将内冷水pH值提高到7.6左右，运行操作量较大。
（三）内冷水的pH值没有达到抑制铜腐蚀要求的理想pH值8.0-9.0，内冷水中的铜线棒仍处于腐蚀状态，腐蚀的铜离子沉积在线棒内，存在导致水温升高甚至引起发电机故障的隐患。注：1998年6月17日华能岳阳电厂因线棒铜离子沉积结垢造成#1发电机定子绝缘严重损坏事故。
（四）离子交换器运行周期较短，通常 2～5 个月不等，更换新树脂需要 2 天左右时间，这期间发电机内冷却水得不到处理，给机组的安全运行带来隐患，更换新树脂也增加了维护成本。
针对公司发电机内冷水处理系统存在的问题，专业技术人员经过市场调研和讨论、研究，决定加装SZSY-3型发电机内冷水分床处理装置。这套装置为一体化设备，不使用加氨凝结水，不会引起氨对铜的腐蚀和氧化铁的沉积；不使用泵加碱和pLC程控，不需要检修维护，大大降低了运行操作风险，非常安全可靠。系统投运以后，可以将内冷水水质稳定在以下范围内：pH值8.0-9.0，电导率0.4～1.0μS/cm（25℃），铜离子浓度小于10μg/L。
2定子线棒的腐蚀机理
发电机定子线棒的材质是铜，线棒与冷却水接触从而达到散热目的，铜与水必然产生一定的化学反应。
（一）由图1铜的溶解度与pH值的关系，得出：pH小于8时，铜的溶解度从高逐渐下降，pH值在8-9之间铜的溶解度维持在一个降低水平，pH大于9时，铜的溶解度又重新上升。
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图 1 发电机水系统铜的溶解度（即腐蚀）与 pH 的关系
（二）线棒表面有氧化铜覆盖层的情况
线棒铜在含氧水中反应生成氧化铜，氧化铜在铜的表面形成了一层覆盖层，此时，铜的腐蚀率取决于水的含氧量和pH值。图1是在模拟运行工况线棒表面已经生成覆盖层的情况下，经过约10000小时的长时间试验得出的结果，从图中可知：
(1)含氧量在200ug/L至300ug/L的纯水中，铜的腐蚀率最大；
(2)pH值上升，腐蚀率降低，pH值为8.3时，铜的腐蚀率可降得非常低，可以说腐蚀被抑制了。
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图2线棒的腐蚀速率与水的 pH 值及水中溶解氧含量的关系曲线
3 发电机内冷水分床处理装置原理及特点
（一）安装位置：机组汽机房零米，与原内冷水系统混床装置并联。如图3：发电机内冷水分床处理装置安装示意图。
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图3：发电机内冷水分床处理装置安装示意图
（二）装置原理
分床处理是将钠型、氢型和氢氧型树脂分别装在钠床、氢床和阴床三个离子交换器内，内冷水并联进入钠床和氢床，然后进入阴床，通过钠床和阴床出来的是氢氧化钠NaOH，通过氢床和阴床出来的是水H2O，调节钠床的进水阀门可以调节内冷水的pH值，调节氢床的进水阀门可以调节内冷水的电导率，从而可以使内冷水质稳定控制在pH值8.0～9.0，电导率0.4～1.0μS/cm（25℃），铜离子浓度小于5μg/L。
（三）装置特点
1)分床处理装置不使用加氨凝结水，不会引起氨对铜的腐蚀和氧化铁的沉积；
2)不使用泵加碱和pLC程控，不需要检修维护，运行操作、检修维护量小，安全可靠。
3)内冷水质处理效率高，能耗低。分床处理装置处理水量仅有0.5～1.0m3/h，是原离子交换器的1/8，处理效率高，效果好，能耗大幅度降低。
4)分床处理工艺树脂失效后可体外再生重复使用，运行成本低。离子交换区因为三种树脂混合在一起，失效后树脂不能分离再生，只能更换新树脂。而分床处理装置的三种树脂分别装在三个离子交换器中，树脂失效后可以体外再生重复使用，节省了更换树脂的费用，降低了运行成本。
3发电机内冷水分床处理装置运行注意事项
（一）尽量避免定冷水系统补水换水，以免影响系统水质和树脂使用周期；
（二）内冷水系统检修或反冲洗时应把分床处理装置退出运行；
（三）内冷水系统补水应用除盐水，不能使用凝结水；
（四）定冷水处理装置在线pH表运行中测量偏差较大时，应及时校准或更换电极；
（五）发电机内冷水电导率、pH、铜离子含量项目超过期望值后，应及时对内冷水系统换水。
结论
分床处理装置投运3个月以来，内冷水水质满足《GB12145-2016火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》规定要求：
1)pH值8.0～9.0；
2)电导率≤2μS/cm（25℃）；
3)铜离子≤20μg/L。
运行期间内冷水的电导率稳定在0.4～1.0μs/cm，使得发电机内冷水水质指标处理较理想的控制水平，内冷水中的铜离子含量维持在10μg/L以下，有效阻止发电机铜线棒的腐蚀，避免了腐蚀产物在铜线棒的内冷水通道表面沉积，提高了发电机内冷水冷却效果，延长了发电机使用寿命，确保了发电机的长期安全稳定运行。
参考文献：
[1]《SZSY-3型发电机内冷水分床处理装置说明书》深圳市水苑水工业技术设备有限公司
[2]《GB12145-2016火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》
作者简介：
丁耀磊（1976－），男，河北定州，工程师，主要从事大型火力发电厂集控运行管理工作。