技术
继电保护 定子冷却水
摘要：发电机定子冷却水长期采用小混床 间断换水处理的运行方式时,pH经常小于7.0,铜离子含量大多数时间大于40μg/L,不能满足DL/T801—2002要求。采用定冷水超净化处理系统后,定冷水水质明显改善:电导率0.1μs/cm～μS/cm,pH7.2～7.8,铜离子小于40μg/L。
关键词:发电机定子冷却水系统超净化处理系统pHDD铜离子
作者简介:吕新栋，青岛发电厂化水副主任。1993年毕业于青岛大学化学系，同年7月分配至青岛发电厂，1996年8月任化学专工。先后参加了青岛发电厂水处理的调试、改造，#2机组的投产调试，废水处理的改造等工作。
收稿日期:2004-06-20
1概述
某发电厂#1、#2汽轮发电机均为上海电机厂生产，冷却方式为水-氢-氢。原有的定子冷却水系统采用与发电机配套的小混床处理。由于小混床不能使定子冷却水水质达标，之后又采取小混床 间断换水的处理方式。从投运以来，PH一直处于不合格范围内，定子水的含铜量经常处于超标状态。
由于定子冷却水水质关系到机组安全运行，是化学监督项目的重点之一。长期以来一直未能找到有效的解决方案，使定子冷却水的PH、DD和铜离子三项同时达标。为解决该问题，化水车间曾尝试采用加药方式处理。当采用加药处理时发现，虽然铜离子含量可以达到标准要求，但系统的电导率不能维持在标准要求之内。经调研，发现加药处理还存在加药频繁，水质波动的缺点，并且有缓蚀剂或缓蚀剂与金属形成螯合物在空心导线中沉积的安全隐患。1998年，华能岳阳电厂一号发电机定子绝缘损坏重大事故的发生，使定子冷却水采用加药处理的方式被怀疑。同时咨询发电机生产厂，生产厂表示不赞成加药处理。
鉴于2002年一种内冷水超净化处理装置在全国数十家电厂的成功应用后，各项指标符合标准要求，因此在2003年#1机组大修过程中，为#1对原有的小混床拆除，改装为内冷水超净化处理装置。该装置自2003年4月投运以来，各项指标符合DL/T801-2002的要求。
2小混床 间断换水处理定子冷却水时存在问题、原因分析及解决办法
2．1装置概况
某发电厂#1发电机冷却水量为55T/h。采用小混床旁路部分处理的运行方式。小混床规格为罐体直径400mm，高度1800mm，设计压力0.6MPa，最大处理水量为8T/h。小混床装填凝胶型强碱、强酸混合树脂，阴阳树脂比例为2：1。
2．2存在问题
小混床旁路处理装置自1995年12月投运以来，定子冷却水水质一直处于不合格范围内。表现为PH小于7.0，铜离子含量大于40ug/l，电导率基本处于合格，但有时大于2.0us/cm，甚至出现过严重的超标现象。
如在#1机组投运初期的96年1-5月，含铜量一直大于200ug/l，大大超出国家标准的要求。之后也曾发生过铜离子含量在712ug/l的现象。还有，运行过程中曾发生过CO2置换过程中的泄漏现象，定子冷却水导电、含铜量都严重超标。针对系统中漏入CO2发生酸性腐蚀的情况，在严重时，曾向系统内加入微量的NaOH以调节系统的PH值，最后使定子水PH值保持在7.11，但系统的电导率偏高，有时甚至超标。
使用小混床还存在使用周期短的缺点，一般使用周期仅为6—8个月。6—8个月后如不更换树脂，则电导率上升很快，含铜量也随之增长，须采取大量换水的方式来维持系统电导率合格。即使采取更换树脂，也只能使电导率在一定时间内合格，PH和铜离子含量仍不能达到DL/T801-2002的要求。失效后的树脂，取出后发现阳树脂呈明显绿色，分析认为是由于吸附过量的Cu2 造成。可见定子冷却水系统在此运行方式下，系统的铜空心导线的腐蚀情况比较严重。
定子冷却水小混床 间断换水的处理虽然可以使电导率合格，含铜量维持在一定的范围内，但是要维持这一数值需要定期进行换水，需要投入人力和大量换水，是一种浪费。另外这种处理方式是一种被动处理方式，虽然指标控制在一定的范围，但是实际系统还是存在腐蚀，树脂更换越频繁，换水量越大说明系统腐蚀越严重。为此曾经考虑过镀膜防护处理，但由于发电机厂家要求DD严格控制在2.0us/cm以下以及其他一些原因，所以此种防护处理未能实施。
因此，在以前的工作中只能加强定子冷却水水质监督，增加化验频度，在定子冷却水电导率上升时大量换水。采取以上措施后，保证了电导率在合格范围内，杜绝了由于电导率超标引起的不安全事故发生，PH和铜离子虽然达不到标准要求，但基本处于稳定，一般PH可维持在6.4，铜离子小于200ug/l。因此采取小混床 间断换水的处理方式处理定子冷却水，有一定的效果，但不能使定子冷却水水质达标。即给机组的安全经济运行造成了隐患，又浪费了大量的除盐水，并且还增加了工人的劳动强度。表1统计了2002年—2003年2月以来#1发电机定子冷却水铜离子和电导率概情况。
表12002年—2003年2月#1发电机定子冷却水水质
由表1的统计数字可见：统计期间，定子冷却水的铜离子含量平均值处于66.23—87ug/L之间，大于DL/T801-2002规定的小于40ug/L；PH一直处于6.27—6.77之间，不符合标准大于7的要求；电导率符合标准要求，小于2us/cm。
2.3原因分析
2.3.1采用小混床处理，装填的是普通的凝胶型强酸、强碱混合树脂，不论其比例如何，其出水都接近除盐用混床出水水质。由于强酸树脂交换能力和交换容量大大优于强碱树脂，定子冷却水中金属阳离子与强酸树脂反应，置换出H ，而强碱树脂与阴离子反应不如前者彻底，因此导致经小混床处理后出水中的H 含量较多，使出水显微弱酸性。
2.3.2弱酸环境的除盐水对铜有明显的腐蚀作用。根据铜-H2O体系的电位-PH平衡图，25℃时，在电位0.1—0.38V以上，PH6.95以下，会出现Cu2 ，即是铜的腐蚀区。[1]
2.3.3间断换水的运行方式下，一般采用除盐水箱补水。由于除盐水箱存在CO2污染的问题，水的PH更低，并且由于溶解有CO2，CO2在水中电离，导致纯水的电导率有所升高，达到0.4us/cm。因此，采用该水作为补充水会使定子冷却水的PH进一步降低。
2.4解决办法
根据以上原因分析可知，解决定子冷却水水质的根本在于在保持电导率合格的同时，提高PH值。由于理论纯水电导率在25℃时为0.0568us/cm，对应PH为7.0。假设碱性工况下水中PH全部是由OH-引起，计算得电导率为0.303us/cm、2.0us/cm时对应pH为8.0、8.894。因此，使水中显弱碱性而同时保证电导率符合标准要求理论上是可行的。
由于实际应用时，PH的测量误差较大，为保证出水的PH不因为测量误差而降低到7以下，因此需要控制PH下限略高比较合适，如7.2。上限的控制理论上不超过8.894。如果以仪表显示值为准时，考虑到测量误差，也以控制在7.2-9.0为宜。
基于上述原理，采用特殊类型树脂和特殊结构的一种内冷水专用的超净化处理装置（已申请国家专利）在全国数十家电厂应用后，各项指标符合标准要求，因此决定采用该系统对#1发电机定子冷却水系统改造。
3定子冷却水采用超净化处理装置处理的情况
针对#1机组定子冷却水系统存在问题，在2003年3大修过程中，对#1发电机定子冷却水系统实施改造。拆除系统原有的小混床，改装该套装置。该装置投运以来，定子冷却水各项指标符合DL/T801-2002的要求。
超净化处理装置正式调试历时96个小时。安装结束后，首先对该装置用除盐水正冲洗、定子冷却水正冲洗，出水水质合格后，回收至定子冷却水箱，并入系统运行。运行初期一个小时内，超净化处理装置出水电导率由0.588us/cm持续降低至0.465us/cm，PH由一开始的6.02持续升高至7.00；定子冷却水系统电导率也呈持续下降趋势，由1.051us/cm持续降低至0.514us/cm，PH持续升高，由7.4升高至8.15左右。
之后用在线仪表持续检测超净化装置进口（即定子冷却水）和出口水质，各项指标自调试以来的运行数据如图1、图2和图3所示。
3.1.1电导率的变化趋势分析
#1定子冷却水进出水电导率变化趋势
图1的电导率采用每天的平均值。由图1可知：超净化处理装置并入系统运行后，定子冷却水系统的电导率由开始的0.37us/cm（该装置投运时，系统的电导率在1.0us/cm左右），逐渐降低并趋于稳定，最后稳定在0.18--0.20us/cm。符合标准要求电导率小于2.0us/cm的要求。
超净化处理装置出口的电导率，由刚投入运行时的0.27us/cm，缓慢降低并趋于稳定，保持在0.11--0.14us/cm之间。
同时由图1还可以看出，应用超净化处理装置处理时，在刚投入运行的第一天，定子冷却水系统和超净化装置出水的电导率变化最大，之后变化越来越小，5天后基本稳定。
3.1.2PH的变化趋势
#1定子冷却水系统PH变化趋势图
调试过程中测量了定子冷却水超净化装置的进水PH值，同样使用每日的PH平均值与时间作图。由图2可知：进水PH从一开始的6.91上升，经过一些波动之后，最终PH稳定在7.78—7.85之间。符合标准要求PH大于7.0的要求。
3.1.3铜离子浓度的变化趋势
#1定子冷却水铜离子浓度与时间的变化趋势
未使用该处理装置时，采用小混床 间断换水方式运行，如表1所示，铜离子含量平均值在66.23—87ug/L之间。由图3可知，自该处理装置投入运行之后，内冷水系统的铜离子浓度虽然有较大波动，但总体上呈明显降低趋势。截至5月6日，定子冷却水铜离子含量已达到25ug/L，达到了标准要求小于40ug/L的要求。
4结论
4.1小混床 间断换水的运行方式处理定子冷却水，由于不能提高定子冷却水的PH值，因此没有从根本上解决定子线棒腐蚀的问题。导致系统的铜离子浓度高于标准要求。
4.2内冷水专用超净化处理装置，从根本上提高了定子冷却水系统的PH值，使定子线棒处于相对的钝化状态，从根本上减轻了线棒的腐蚀程度。
4.3按照DL/T801-2002的要求，在小混床 间断换水的运行方式下，定子冷却水除电导率符合标准要求外，PH和铜离子浓度超标。使用内冷水专用超净化处理装置后，PH可以稳定大于7.0，铜离子浓度小于40ug/L。各项指标符合标准要求。
