發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)中銅含量異常處理及原因分析

1、發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)中銅含量異常處理及原因分析摘要：定冷水系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的重要組成部分，為保障發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。 文章結(jié)合實(shí)際，通過對定冷水水質(zhì)異常情況進(jìn)行跟蹤分析，闡述了發(fā)電機(jī)定子冷 卻水銅含量超標(biāo)的原因，制定了相應(yīng)的防范及整改措施，以消除威脅發(fā)電機(jī)安全 運(yùn)行的隱患。關(guān)鍵詞：定冷水系統(tǒng)；冷卻器；溶解氧含量；密封性發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)是保證發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行必不可少的組成部分，雖然 經(jīng)過一定時間的發(fā)展，但是傳統(tǒng)的定冷水系統(tǒng)水質(zhì)處理中還是存在PH值較低、 換水量比較大、銅離子含量比較高等方面的問題，這些都急需解決，以保障發(fā)電 機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。發(fā)電機(jī)定子冷卻系統(tǒng)概況某電廠2X300MW發(fā)電機(jī)定子繞

2、組由定冷水泵強(qiáng)制循環(huán)冷卻，定冷水處理方 式為小混床離子交換，定冷水運(yùn)行電導(dǎo)率2.0S/cm，pH在6.87.0。由于原有 系統(tǒng)運(yùn)行pH不滿足大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求（DL/T8012010） 及GB12145-2016火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中pH為8.0 8.9的要求，2016年將小混床處理裝置改造為混床處理（超凈化裝置）并微堿化 處理裝置。定冷水水質(zhì)異常處理過程某電廠#5發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)從2012年10月投運(yùn)至2016年3月中旬，除連 續(xù)換水外，添加氫氧化鈉溶液，銅離子含量偶爾處于超標(biāo)。運(yùn)行過程中，定冷水 的銅離子濃度最高達(dá)近120用/L，超過大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及

3、系統(tǒng)技術(shù)要求 （DL/T8012010）中20用/L的控制標(biāo)準(zhǔn)。針對該項(xiàng)超標(biāo)參數(shù)，化學(xué)專業(yè)人員進(jìn) 行內(nèi)部分析試驗(yàn)、專業(yè)聯(lián)合分析試驗(yàn)、定冷水超凈化裝置改造廠家試驗(yàn)等形式的 原因查找和核實(shí)，現(xiàn)將主要處理過程作一介紹1。2.1更換超凈化裝置樹脂和隔離超凈化裝置在2016年#5機(jī)組B級檢修過程中，#5發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)只進(jìn)行了定冷水處 理裝置改造，此后定冷水出現(xiàn)銅離子含量超標(biāo)，初步懷疑超凈化裝置加裝的特種 樹脂離子交換容量降低。通過與廠家技術(shù)人員溝通協(xié)商決定更換樹脂。樹脂更換 后，通過一段時間的監(jiān)測觀察，仍未解決定冷水銅含量偏高的問題。至2016年 12月20日，#5發(fā)電機(jī)定冷水銅離子濃度達(dá)58g/Lo

4、更換樹脂后，定冷水銅含量仍持續(xù)上升，于是將超凈化裝置及加堿裝置隔離 系統(tǒng)運(yùn)行。12月25日自14點(diǎn)到19點(diǎn)的5h內(nèi)，隔離超凈化裝置及加堿裝置并監(jiān) 測定冷水電導(dǎo)率和銅含量變化情況，定冷水電導(dǎo)率由0.5S/cm上漲至1.0g/cm， 銅質(zhì)量濃度高達(dá)121曲/L。試驗(yàn)表明并非超凈化裝置引起的水質(zhì)惡化，原因存在 于定冷水主系統(tǒng)內(nèi)部2。2.2核實(shí)定冷水的冷卻器泄漏情況為了核實(shí)定冷水系統(tǒng)是否有可能存在開式水漏入的情況，在不換水的情況下， 分別隔離A、B冷卻器一周時間，觀察定冷水系統(tǒng)水質(zhì)變化情況。在B冷卻器運(yùn) 行，A冷卻器隔離期間，銅離子最高達(dá)84.43曲/L，溶解氧為2370g/L，硅酸根為 3.1g/L

5、。在A冷卻器運(yùn)行，B冷卻器隔離期間，銅離子最高達(dá)56g/L，溶解氧為 2415g/L，硅酸根為6.1g/L。同時分析#6發(fā)電機(jī)定冷水溶解氧也在2000曲/L以 上（#5/#6發(fā)電機(jī)定冷水補(bǔ)水均為除鹽水）。通過化學(xué)試驗(yàn)在不同階段的跟蹤分 析，由分析結(jié)果可以得知：（1）定冷水系統(tǒng)硅酸根為36曲/L，低于定冷水補(bǔ) 水即除鹽水的控制標(biāo)準(zhǔn)（20用/L），由此可以判斷冷卻器內(nèi)部不存在開式水滲漏 的現(xiàn)象；（2）定冷水系統(tǒng)內(nèi)溶解氧大于2mg/L，如圖1所示。可知，定冷水系統(tǒng) 內(nèi)的氧腐蝕極其微弱3。2.3對定冷水系統(tǒng)的嚴(yán)密性進(jìn)行檢查2017年2月在某電廠#5機(jī)組停機(jī)檢修期間對定冷水系統(tǒng)濾網(wǎng)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)， 主過濾

6、器濾芯呈藍(lán)綠色，通過此顏色判斷濾芯上附著有堿式碳酸銅。根據(jù)這一現(xiàn) 象，決定對定冷水系統(tǒng)嚴(yán)密性進(jìn)行檢查。在系統(tǒng)嚴(yán)密性檢查過程中發(fā)現(xiàn)，#5機(jī)組 6.9m （標(biāo)高）定冷水系統(tǒng)電加熱器出口排空門門座螺栓松動。此缺陷處理后定冷 水系統(tǒng)pH開始上升，銅含量也逐步降低1。具體數(shù)據(jù)如圖2所示。圖1銅的腐蝕速率與水的pH及水中溶解氧含量的關(guān)系圖2缺陷處理前后#5定冷水的分析數(shù)據(jù)如圖2所示，對排空門門座缺陷處理后系統(tǒng)銅離子含量逐步降低，在未加堿 時系統(tǒng)銅離子質(zhì)量濃度穩(wěn)定在40用/L左右，加堿后銅離子質(zhì)量濃度降低至 20用/L以下，初步判斷排空門門座泄漏為引起定冷水系統(tǒng)銅離子超標(biāo)的直接原因。 為進(jìn)一步確認(rèn)CO2對定

7、冷水的影響，對該因素又進(jìn)行試驗(yàn)確認(rèn)，在超凈化裝置出 口加堿不變的情況下，試驗(yàn)通過打開#5機(jī)組6.9m （標(biāo)高）定冷水系統(tǒng)電加熱器 出口排空門模擬系統(tǒng)泄漏，監(jiān)測定冷水水質(zhì)變化情況。相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3所示。 兩次打開此排空門期間，定冷水系統(tǒng)銅離子質(zhì)量濃度漲至50100用兒，pH降至 7.07.5之間；關(guān)閉此排空門后，系統(tǒng)的銅含量、pH能恢復(fù)正?？刂品秶鷥?nèi)。圖3排空門打開前后的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)原因分析3.1發(fā)電機(jī)定子線棒腐蝕的主要影響因素Cu-H2O體系電位-pH平衡圖（25C ）見圖4、圖5。Cu2O、CuO、Cu2O3膜產(chǎn) 生鈍化作用。由圖4、圖5可知，金屬銅的熱力學(xué)免腐蝕區(qū)與H2O的熱力學(xué)穩(wěn)定 區(qū)

8、部分重疊，那么金屬銅在H2O中具有足夠的穩(wěn)定性，在無氧化劑或能與銅離子 生成可溶性絡(luò)合物的水溶液中，金屬銅一般不發(fā)生腐蝕，金屬銅處于免蝕區(qū)；但 在有氧化劑的酸性溶液或強(qiáng)堿性條件下，金屬銅處于腐蝕區(qū)；在中性或弱堿性條 件下和有氧化劑存在時，金屬銅表面形成的氧化物具有穩(wěn)定性，能對金屬銅基體 起到保護(hù)作用，從而使金屬鈍化。圖4 Cu-H2O體系電位-pH平衡圖圖5簡化的Cu-H2O體系的電位-pH平衡圖3.1.1溶解氧的影響銅在純水中的腐蝕，并非隨著水中氧的濃度成比例升高，而是先升高后下降， 如圖1所示。這主要是因?yàn)镃u2+、Cu+的氧化物有不同的溶解度，而含氧量會改 變Cu2+和Cu+的比例。因此

9、，水中含氧量改變，也會改變銅的溶解和析出。水中 溶解氧對銅腐蝕的影響，國內(nèi)外都有一致的結(jié)論，即在含氧量很低（貧氧）和很 高（富氧）時，銅腐蝕速度都較低，水中含氧量介于兩者之間時腐蝕速度最高。 水與大氣接觸時，水一般都是處于富氧狀態(tài)下的。定冷水氧質(zhì)量濃度在貧氧條件 下大于50g/L或富氧條件下小于1mg/L時都應(yīng)及時處理。3.1.2pH的影響水的pH對銅的腐蝕速度有明顯的影響，在中性及弱堿性范圍時，銅表面的 初始氧化亞銅保護(hù)膜能穩(wěn)定存在，不會被溶解；在弱酸性范圍時，銅表面就很難 有穩(wěn)定的保護(hù)膜存在；在酸性范圍時，將會直接溶解銅表面的保護(hù)膜，并對銅造 成很大程度的腐蝕。3.1.3溶解二氧化碳的影響

10、溶解二氧化碳對純水的pH和電導(dǎo)率有明顯影響，對定冷水系統(tǒng)的防腐極為 不利。它主要有兩方面的危害：其一，二氧化碳溶于水后使水的pH降低，銅氧 化物的溶解度增大；其二，它可以參與化學(xué)反應(yīng)，使銅的氧化膜由CuO或Cu2O 轉(zhuǎn)化為堿式碳酸銅，該物質(zhì)在水流的沖刷下極易脫落。總之，二氧化碳破壞了初 始氧化層的保護(hù)作用，使腐蝕繼續(xù)進(jìn)行下去，并且其腐蝕速度隨溶解在水中的二 氧化碳質(zhì)量濃度的增大而增大4。3.2對#5發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)銅含量超標(biāo)的原因分析通過對#5發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)水質(zhì)的監(jiān)督，由2.2中的內(nèi)容可知系統(tǒng)內(nèi)的溶解 氧高達(dá)2mg/L以上，此系統(tǒng)屬于富氧系統(tǒng)，因此，溶解氧對系統(tǒng)銅線棒腐蝕作用 極其微弱；#5

11、發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)改造后，正常運(yùn)行過程中系統(tǒng)pH 一般均在89 （如圖4、圖5所示），可知在此pH區(qū)間內(nèi)，若沒有其他干擾因素存在的情況下， 銅基本不會出現(xiàn)較強(qiáng)的腐蝕，此區(qū)間是銅的穩(wěn)定區(qū)（因?yàn)樘岣呓橘|(zhì)的pH進(jìn)入中 性或弱堿性范圍，銅氧化物的溶解度會降低，銅表面的初始氧化銅和氧化亞銅膜 可穩(wěn)定存在，不會被溶解），但系統(tǒng)的銅離子含量仍然偏高，說明有其他因素干 擾使得銅線棒表面的氧化膜被破壞。通過監(jiān)測觀察2月27日處理“6.9m （標(biāo)高） 定冷水系統(tǒng)電加熱器出口排空門座螺栓松動這個缺陷前后的#5發(fā)電機(jī)定冷水水 質(zhì)，可知定冷水pH逐漸有所上升，銅質(zhì)量濃度也有較大的下降，由85用/L左右 降至40用/L左右

12、，并且在投運(yùn)加堿裝置維持pH在8.0左右時，系統(tǒng)的銅離子質(zhì) 量濃度由40g/L左右下降至20g/L以下，以及通過監(jiān)測觀察5月份#5機(jī)組定冷 水系統(tǒng)電加熱器出口排空門打開前后的#5發(fā)電機(jī)定冷水水質(zhì)，可知銅質(zhì)量濃度由 0上漲至近90用/L，同時pH也有較明顯的變化，因此由圖2和圖3長期的分析 數(shù)據(jù)可以判斷所謂的其他因素即為CO2的影響。電加熱器出口排空門位于回水管 道上，當(dāng)13.7m （標(biāo)高）發(fā)電機(jī)內(nèi)回水回流0m （標(biāo)高）經(jīng)過此處時，由于重力作 用，此處呈負(fù)壓狀態(tài)，當(dāng)打開電加熱器出口排空門時，水流會帶大量空氣進(jìn)入系 統(tǒng)，久而久之，系統(tǒng)內(nèi)的CO2達(dá)到了一定的濃度，正如原因3.1.3分析的一樣， CO

13、2不但使得系統(tǒng)pH下降，而且還破壞了銅線棒的氧化膜，與銅的氧化膜CuO 或Cu2O反應(yīng)生成了堿式碳酸銅，該物質(zhì)在水流的沖刷下極易脫落，銅線棒表面 保護(hù)膜脫落后，使腐蝕繼續(xù)進(jìn)行下去，是定冷水銅含量一直超標(biāo)的主要原因，也 便是主過濾器濾芯變?yōu)樗{(lán)綠色的主要原因所在。#5發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)仍有待解決的問題該電廠兩臺同型號的發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)做了同樣的技術(shù)改造，#5發(fā)電機(jī)定冷 水系統(tǒng)的加堿量遠(yuǎn)小于#6機(jī)組的情況下，不僅系統(tǒng)的電導(dǎo)率遠(yuǎn)小于#6機(jī)組，系 統(tǒng)的pH也高于#6機(jī)組，總的來說系統(tǒng)的水質(zhì)情況要優(yōu)于#6機(jī)組，對此，提出一 點(diǎn)建議：待#6機(jī)組停運(yùn)檢修時，組織電氣、機(jī)務(wù)相關(guān)專業(yè)對系統(tǒng)的嚴(yán)密性進(jìn)行徹 底檢查，尤其對系統(tǒng)的管道法蘭和所有接合面的防滲漏墊片進(jìn)行徹底檢查（系統(tǒng) 運(yùn)行時管道振動大，防止出現(xiàn)運(yùn)行中無法處理的漏點(diǎn)），同時防滲漏墊片不得使 用石棉紙板及抗老化性能差（如普通耐油橡膠等）、易被水流沖蝕或影響水質(zhì)的 密封墊材料，應(yīng)采用加工成型的成品密封墊。結(jié)束語總之，發(fā)電機(jī)定子冷卻系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它對發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn) 定運(yùn)行至關(guān)重要。隨著發(fā)電機(jī)的不斷發(fā)展對發(fā)電機(jī)冷卻水水質(zhì)勢必提出更高的要 求。對此，我們務(wù)必通過生產(chǎn)實(shí)踐，結(jié)合水質(zhì)異常處理經(jīng)驗(yàn)，不斷提高冷卻系統(tǒng) 出水水質(zhì)，以滿足發(fā)電