嵩嶼電廠發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線腐蝕原因分析及控制措施

引言

嵩嶼電廠4#汽輪發(fā)電機(jī)為雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī),機(jī)組運(yùn)行期間 ,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻水銅離子含量長期超標(biāo)。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)沒有設(shè)置凈化裝置,一直依靠補(bǔ)充除鹽水的方式來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子冷卻水水質(zhì),正常運(yùn)行時(shí)保持一定量溢流,但轉(zhuǎn)子冷卻水中含銅(Cu2+）量超標(biāo),長期在200 μg/L左右,無法達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

1發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線腐蝕影響因素分析

1.1 轉(zhuǎn)冷水pH值、含氧量影響

發(fā)電機(jī)空心銅導(dǎo)線容易受到轉(zhuǎn)冷水pH值影響而腐蝕,水質(zhì)酸堿度將對銅導(dǎo)線的保護(hù)膜產(chǎn)生腐蝕作用,只有當(dāng)轉(zhuǎn)冷水水質(zhì)處于弱堿性時(shí),對銅保護(hù)膜的腐蝕影響最小,基本處于穩(wěn)定保護(hù)狀態(tài)。研究資料表明:當(dāng)水質(zhì)pH值高于7.9 ,水中含氧量小于30μg/L時(shí),銅導(dǎo)線被腐蝕的速度將大幅降低。但又不能一味大幅提高水質(zhì)pH值,否則將使得轉(zhuǎn)冷水的電導(dǎo)率逐漸增加。

1.2水中二氧化碳含量影響

二氧化碳主要來源于轉(zhuǎn)冷水箱的呼吸口及補(bǔ)充水,其溶入轉(zhuǎn)冷水系統(tǒng)后生成重碳酸離子HC03- 。轉(zhuǎn)冷水系統(tǒng)大多是以除鹽水作為補(bǔ)充水,部分電廠也有使用原設(shè)計(jì)的凝結(jié)水作為補(bǔ)充水 ,并對轉(zhuǎn)冷水進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)。當(dāng)除鹽水中溶入大量二氧化碳時(shí),水質(zhì)偏酸性,銅表面的氧化膜容易遭受破壞,加劇銅的腐蝕。

1.3影響銅導(dǎo)線腐蝕速率的其他因素

轉(zhuǎn)冷水溫度雖然對銅的溶解度有較小的影響,但是由于其沒有實(shí)際的控制意義,因此可以忽略不計(jì)。

綜上所述,為降低發(fā)電機(jī)空心銅導(dǎo)線持續(xù)腐蝕造成的影響,確保轉(zhuǎn)冷水具備可靠的絕緣性以及散熱性能,需要著重注意以下幾點(diǎn):

（1）降低轉(zhuǎn)冷水中氧氣（O₂）及二氧化碳（CO₂）含量:

（2）在電導(dǎo)率控制在合適值,確保轉(zhuǎn)冷水處于可靠的絕緣范圍內(nèi)的前提下,應(yīng)盡可能提高水質(zhì)pH值:

（3）盡可能減少轉(zhuǎn)冷水中的雜質(zhì)性離子,以確保水質(zhì)電導(dǎo)率得到有效降低。

2減緩發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線腐蝕的常用方法

對國內(nèi)主流的轉(zhuǎn)冷水處理技術(shù)進(jìn)行調(diào)研得知,降低銅導(dǎo)線腐蝕速率常用的方法分為四類:緩蝕劑校正處理法、凝結(jié)水置換調(diào)節(jié)法、小混床離子交換法、微堿化處理法。

2. 1 緩蝕劑校正處理法

通過添加銅緩蝕劑與轉(zhuǎn)冷水中銅離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),生成覆蓋于銅導(dǎo)線表面的保護(hù)膜。但是當(dāng)緩蝕劑添加過多時(shí)易在線棒內(nèi)產(chǎn)生沉積物,不利于空心銅導(dǎo)線內(nèi)水的正常流通,而且該方法難以使水中pH值及電導(dǎo)率同步達(dá)到要求。

2.2凝結(jié)水置換調(diào)節(jié)法

采用加氨調(diào)節(jié)后的凝結(jié)水對轉(zhuǎn)冷水箱進(jìn)行補(bǔ)水置換,但當(dāng)凝汽器汽側(cè)出現(xiàn)泄漏時(shí),容易造成轉(zhuǎn)冷水水質(zhì)惡化。同時(shí),凝結(jié)水中為提高給水pH值會(huì)添加稀氨水,同樣會(huì)與銅導(dǎo)線發(fā)生破壞性反應(yīng)。

2.3小混床離子交換法

使用氫型樹脂和氫氧型樹脂的旁路小混床對轉(zhuǎn)冷水進(jìn)行旁路凈化處理,由于混床出水為高純水,其緩沖性較差,當(dāng)系統(tǒng)溶入CO₂和O₂時(shí),水質(zhì)呈酸性,樹脂將過早地吸附飽和,加速銅線棒的腐蝕。

2.4微堿化處理法

通過向轉(zhuǎn)冷水中添加堿化劑,從而達(dá)到提升水質(zhì)pH值的目的。

2.4.1直接加堿法

采用裝有氫型和氫氧型樹脂的小混床加堿法,降低轉(zhuǎn)冷水中的雜質(zhì)性離子,再加入適當(dāng)濃度的NaOH,確保pH值和電導(dǎo)率協(xié)調(diào)同步達(dá)標(biāo)。小混床加堿堿化法,需確保在線儀表及調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有較好的可靠性,防止水質(zhì)電導(dǎo)率大幅上升。

2.4.2離子交換微堿化法

在混床（或分床）中填裝鈉型強(qiáng)酸陽樹脂及氫氧型強(qiáng)堿陰樹脂,當(dāng)水中金屬陽離子及非金屬陰離子分別與鈉型樹脂中的鈉離子、強(qiáng)堿陰樹脂中的氫氧根離子產(chǎn)生置換反應(yīng)時(shí) ,即可將氫氧化鈉（NaOH）緩慢釋放出來,有效避免直接加堿液出現(xiàn)的問題:但這個(gè)方法也存在樹脂失效快、pH值升幅不夠、系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)。

3 4#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)冷水凈化裝置改造的基本工藝及技術(shù)

由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)冷水系統(tǒng)密封性不佳,空氣容易進(jìn)入,使轉(zhuǎn)冷水變成空氣的過飽和溶液,同時(shí)我廠通過補(bǔ)充除鹽水的方式來調(diào)節(jié)水質(zhì),除鹽水pH值約為6.5,所以僅通過離子交換樹脂處理方法,很難將轉(zhuǎn)冷水pH值提升至7.2以上,無法確保轉(zhuǎn)冷水處于微堿性工況下運(yùn)行,也很難減緩銅導(dǎo)線的腐蝕。

經(jīng)過對上述幾種處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合比較,并對其他電廠進(jìn)行實(shí)地探討與交流,我廠最終選用"離子交換一加堿堿化"法,即增加一套混床離子交換器和自動(dòng)加堿設(shè)備構(gòu)成的凈化系統(tǒng),如圖1所示。凈化處理裝置出水和轉(zhuǎn)冷水的水質(zhì)通過PLC智能控制,通過調(diào)整加堿量來調(diào)節(jié)水質(zhì)pH值,再加上回水管加裝脫氣器,實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)冷水水質(zhì)的優(yōu)化。

為防止因加堿液過量造成轉(zhuǎn)冷水電導(dǎo)率突升,凈化裝置進(jìn)出口各采用兩塊電導(dǎo)率表進(jìn)行冗余保護(hù),同時(shí)自動(dòng)加堿調(diào)節(jié)設(shè)備配備了多重安全保護(hù)功能。一旦轉(zhuǎn)冷水系統(tǒng)或凈化裝置出水電導(dǎo)率超出保護(hù)設(shè)定值,加堿計(jì)量泵會(huì)及時(shí)聯(lián)鎖保護(hù)停泵:當(dāng)進(jìn)口或出口兩塊電導(dǎo)率表采樣數(shù)據(jù)的偏差值超過設(shè)定值時(shí),控制系統(tǒng)同樣會(huì)自動(dòng)切斷加堿計(jì)量泵電源或控制電流值為4mA,停止往轉(zhuǎn)冷水系統(tǒng)加堿液。

凈化裝置采用電磁計(jì)量泵往轉(zhuǎn)冷水加入適當(dāng)濃度的氫氧化鈉(NaoH)溶液,配置周期根據(jù)實(shí)際消耗量決定。裝置經(jīng)氫型和氫氧型樹脂混合離子交換器調(diào)節(jié)電導(dǎo)率,合理設(shè)定電導(dǎo)率控制范圍 ,有效保證pH值運(yùn)行范圍在7.2～8.0,控制銅離子(Cu²⁺)含量在40μg/L以內(nèi)。根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)密閉性較差的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在轉(zhuǎn)子冷卻回水管道上加裝了脫氣器(內(nèi)設(shè)鮑爾環(huán)填料),以脫除水中部分溶解氣體,實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率和pH指標(biāo)的有效控制。

4應(yīng)用效果

目前我廠4#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)冷水旁路凈化裝置已運(yùn)行4個(gè)多月 ,如表1所示,轉(zhuǎn)冷水的pH值、電導(dǎo)率、銅離子含量基本穩(wěn)定,轉(zhuǎn)冷水完全無須采用換水補(bǔ)排手段,水質(zhì)指標(biāo)全部符合國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

查詢4#機(jī)轉(zhuǎn)冷水凈化裝置歷史數(shù)據(jù)可知,轉(zhuǎn)冷水進(jìn)口pH值穩(wěn)定在7 .36左右 ,進(jìn)口電導(dǎo)率在3 .71 μs/cm左右,如圖2所示。

通過對凈化裝置PLC控制參數(shù)的設(shè)定,可以自動(dòng)控制加堿計(jì)量泵的工作時(shí)間和頻率,自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)冷水的pH值和電導(dǎo)率,也可以采用人工調(diào)節(jié)方式進(jìn)行加堿計(jì)量泵的啟停和工作頻率的控制。

目前,我廠為防止轉(zhuǎn)冷水凈化裝置加堿過量導(dǎo)致電導(dǎo)率超標(biāo),采取表2所示控制措施對加堿計(jì)量泵進(jìn)行多重管控。

5 結(jié)語

本文簡要介紹了當(dāng)前減緩發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線腐蝕的常用方法,突破傳統(tǒng)內(nèi)冷水處理單一技術(shù)方法,綜合應(yīng)用多種手段,徹底解決了困擾我廠多年的安全生產(chǎn)隱患,在保證轉(zhuǎn)冷水電導(dǎo)率合格的前提下,將水質(zhì)pH值升至一個(gè)理想值,為降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)冷水銅離子含量提供了借鑒和參考。