发电机内冷水的处理方式

浅谈发电机内冷水的处理方式
1　概述
一般大型发电机常采用双水内冷式，即发电机定子和转子全部采用水冷却，也有的是定子用水冷却，转子和铁芯采用氢冷却的。发电机内冷水通常选用除盐水作为冷却水质，凝结水作为备用水源。除盐水纯度高，能够满足绝缘要求，但是pH值较低，一般在6．0～6．8之间，使得发电机定子线棒始终处于热力学不稳定区，（根据Cu—H2O体系的电位—pH平衡图）对系统有一定的侵蚀性，据介绍：铜、铁金属在水中遭受的腐蚀是随着水溶液pH值的降低而增大的。铜、铁在pH＝8左右为腐蚀的钝化区，见图1。
由于内冷水的pH低，使水中含铜量及电导率均在高限，腐蚀产物还可能在线棒的通流部分沉积，引起局部过热，甚至造成局部堵死，影响发电机组的安全运行。运行过程中水冷器的泄漏以及水冷器投运前未经冲洗或冲洗不彻底等都会使生水中的杂质进入内冷水系统，造成系统腐蚀和堵塞，因此对发电机内冷水进行处理是十分必要的。
2　发电机内冷水水质要求及质量标准
2．1　水质要求
由于内冷水在高电压电场中作冷却介质，因此各项质量要求必须以保证发电机安全经济运行为前提。发电机内冷水水质应符合如下技术要求：
a．有足够的绝缘性能（即较低的电导率），以防止发电机线圈的短路。
b．对发电机铜导线和内冷水系统无腐蚀性。
c．不允许发电机内冷水中的杂质在空心导线内结垢，以免降低冷却效果，使发电机线圈超温，导致绝缘老化和失效。
2．2质量标准
根据GB／T12145－1999《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》的规定，我国发电机内冷水质量标准如下：
电导率（25℃）≤2．0μs／cm
铜含量＜200μg／L
pH值（25℃）＞6．8
3　常用的发电机内冷水处理方法
内冷水的处理主要是为了降低内冷水中的铜、铁等杂质含量，防止内冷水对铜导线的腐蚀，确保机组的安全运行。常用的处理方法有：溢流排水法、添加铜缓蚀剂处理法、小混床（氢型离子交换器）旁路处理法、氢型＋钠型双套小混床旁路处理法、小混床＋NaOH处理法、超净化处理法等。
3．1　溢流排水法
发电机内冷水箱采取连续大量补入除盐水或凝结水，并保持溢流排水的运行方式，来控制内冷水导电率≤2．0μs／L。
该处理方法简单易行，无须处理设备的投资和维护，也能够满足发电机内冷水水质的要求，但存在着不可改变的弊端：
a．通过连续的补水，使得内冷水质指标达到合格范围内，但由于补水和系统中水质的pH值较低，因此并未真正抑制铜导线的腐蚀，只是将腐蚀过程转化为连续稀释过程。
b．水资源浪费严重　

连续大量的排水，造成除盐水、凝结水的浪费。以1台200 MW机组为例，内冷水补水按5 t／h，年运行300d计，每a将消耗除盐水36 000 t。虽然有些电厂将这部分排水回收到凝汽器，但被腐蚀析出电离的铜离子增加了给水系统的杂质含量。
c．系统安全性差　除盐水、凝结水一旦受到污染，发电机内冷水水质也随之遭受冲击污染，危及设备的安全运行。特别是采用凝结水作为补水时，当凝汽器突然泄漏时，会殃及内冷水系统，严重时将导致停机事故的发生。
采用凝结水补水的处理方式在凝汽器严密，汽水品质优良及有保护措施的条件下较为有效，否则不提倡使用。
3．2添加铜缓蚀剂处理法
向内冷水中投加一定量的铜缓蚀剂，如MBT、BTA、TTA等，其作用是铜缓蚀剂与水中铜离子络合生成难溶沉淀，覆盖在铜表面，形成暂时保护膜，以减缓铜基体的腐蚀，见图2。
这种方法简单，实施方便，价格低廉。可以减轻和抑制内冷水对铜导线的腐蚀，但同时存在以下不足：
a．铜缓蚀剂在铜表面形成的保护膜为单分子膜，膜层薄，易破损，防护性差　必须连续保持水中一定量的铜缓蚀剂，否则水中铜离子含量会很快升高。 b．加入铜缓蚀剂后，水的电导率会升高，易造成电导率超标　缓蚀效果与补水水质、发电机铜导线表面状况及药品的加入方式和加入量有很大关系，最佳剂量和控制标准及药品浓度的现场检测较为困难。
c．安全性能差　在内冷水水流较缓慢的区域发现铜缓蚀剂的析出或形成粘泥，这些粘泥和腐蚀产物易在空心铜导线中沉积形成污垢，严重时堵塞水流，使线棒超温，最终烧毁线棒。1998年，华能岳阳发电厂1台362 MW机组曾因发电机内冷水加BTA铜缓蚀剂后，各项指标难以控制而最终导致发电机烧毁事故发生。
因此，发电机组特别是大机组，内冷水系统应慎重采用添加铜缓蚀剂处理方法。
3．3　小混床（氢型离子交换器）旁路处理法
让部分内冷水通过装有阴、阳离子交换树脂的混合离子交换器，以除去水中各种阴、阳离子，达到净化水质的处理方法。系统示意见图3。
当内冷水经过氢型离子交换器时，水中的阳离子Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋与树脂中的交换基团H＋进行交换，反应式如下：
该处理方法能够达到净化内冷水质的目的，使内冷水导电率维持在合格范围内。缺点是：内冷水经小混床离子交换后，水中H＋含量增多，使水质pH值进一步降低，有时低至5．0左右，更加剧了对铜导线的腐蚀。
目前该处理方式应用较为广泛。但这种“治标不治本”的处理方式是其致命缺陷。鉴于此，目前一些新建机组一般都不采用这种处理方式。
3．4　氢

型＋钠型双套小混床旁路处理
为提高小混床出水pH值，降低系统铜腐蚀，将原小混床处理工艺改为双套小混床处理法，即在氢型小混床系统的基础上增设1台钠型小混床，2台混床并联运行，对内冷水进行微碱性处理。钠型混床阳、阴树脂按一定的比例混合，树脂采用NaOH再生，再生后阳树脂为钠型，阴树脂为氢氧型，这就相当于在运行中向内冷水中加入微量的NaOH，可使内冷水的pH值保持在微碱性（7．0～8．0）的范围。运行中用pH值分析仪、电导仪作为内冷水的监测仪表，根据内冷水的pH值和电导率的变化来控制2台混床进、出口门的开度，从而稳定机冷水pH值在一定范围内。
该处理方法性能稳定、运行可靠，能够满足发电机内冷水水质的要求。处理后的内冷水pH≥7．0，电导率和铜含量都能达到标准要求，可有效减缓和抑制对发电机铜导线的腐蚀。设备的一次性投资也较少。该方式的不足之处在于：树脂失效周期较短，一般为数月，更换树脂及运行中调节操作和控制较为频繁。
3．5　小混床＋NaOH处理法
现在有些新建发电厂对内冷水系统进行小混床处理的同时，加入NaOH来达到控制内冷水水质的目的。
系统采用密闭式循环冷却，部分发电机内冷水经过小混床处理，降低水中的离子含量，同时向系统连续加入NaOH稀释溶液，使内冷水pH值保持在8～9，以减轻内冷水对铜导线的腐蚀。在经小混床、碱化加药后（支路）和直接进入发电机内冷水流路（主流路）上分别安装1台导电率仪，以监测内冷水导电率，同时控制加药泵的运行。发电机内冷水加药控制指标如下：
1．0μs／cm＜主流路导电率≤2．2μs／cm0．2μs／cm＜支路导电率≤2．8μs／cm
加药箱内NaOH浓度控制在10～20 g／1，保证内冷水自动加药装置的稳定运行。在加药箱上方通风口处加入固体NaOH和Ca（OH）2的混合物，以防止空气中的CO2进入加药箱与溶液形成碳酸盐。
该系统运行稳定、技术先进，使内冷水pH值提高到8～9，有效地抑制了内冷水对发电机铜导线的腐蚀。
缺点：由于该方式是直接加入强电解质NaOH，对运行指标的控制和设备可靠性的要求都极高，一旦某个环节出现问题，将会引起内冷水的电导急剧上升，直接威胁机组的安全运行，因此对设备的可靠性能要求较高，且价格也较昂贵。
3．6　超净化处理法
最近，国内出现了一种发电机内冷水超净化处理装置。它是在小混床处理的基础上进行了改进。采用独特结构的双层床离子交换器，内装有高交换容量的特种树脂对内冷水进行旁路处理，并对内冷水箱安装CO2吸收器，防止因水位波动呼吸作用引起的空气中的杂质粉尘以及CO2的污染，净

化内冷水水质，减缓内冷水对系统的腐蚀。系统示意见图4。
由于该装置采用的是特种均粒树脂，使用前进行了深度再生和特殊处理，不仅树脂的使用周期延长到1～2a，且可使内冷水的pH值达到7．0以上，从根本上减缓和抑制了对铜导线的腐蚀。该装置已在多台发电机组的内冷水系统中应用，效果理想。
4　结论
以上是几种发电机内冷水处理常用的方法，各有利弊，在现场应用时应根据发电机组的类型、大小、冷却方式以及补水水质等因素加以选择确定。从安全可靠和经济性方面综合考虑，笔者认为，超净化处理法和氢型＋钠型双套小混床旁路处理法简单、安全、可靠，具有一定的推广意义。
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