某廠發(fā)電機(jī)定冷水水質(zhì)差的原因分析與處理

楊雙華 藺大鵬

(1.三河發(fā)電有限責(zé)任公司,河北三河 065201;2.廊坊供電公司,河北廊坊 065000)

某廠發(fā)電機(jī)定冷水水質(zhì)差的原因分析與處理

楊雙華1藺大鵬2

(1.三河發(fā)電有限責(zé)任公司,河北三河 065201;2.廊坊供電公司,河北廊坊 065000)

某廠二期機(jī)組定冷水水質(zhì)自投產(chǎn)以來(lái)總是不達(dá)標(biāo),本文對(duì)其原因進(jìn)行分析并通過(guò)系統(tǒng)改造徹底解決存在的問(wèn)題。

定冷水 水質(zhì) 超凈化裝置

1 引言

大型發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中定子線棒由于各種損耗會(huì)產(chǎn)生熱量,這部分熱量如果不能被及時(shí)的帶走,將會(huì)引起線圈溫度升高,加劇絕緣老化,最終達(dá)到無(wú)法容許的程度。這時(shí)就必須采用合適的冷卻方式有效的帶走各種損耗所產(chǎn)生的熱量,使發(fā)電機(jī)各部分溫升控制在允許范圍內(nèi),保證發(fā)電機(jī)安全可靠的運(yùn)行。水具有很大的比熱和導(dǎo)熱系數(shù),價(jià)格低廉,無(wú)毒無(wú)害,不助燃,不可燃,無(wú)爆炸危險(xiǎn)。冷卻效果好,允許承受的電磁負(fù)荷比空冷、氫冷高,提高了材料的利用率,因此大型發(fā)電機(jī)廣泛采用定子繞組水內(nèi)冷的方式。采用水冷方式的發(fā)電機(jī),對(duì)水質(zhì)有嚴(yán)格的要求,定冷水的PH值、導(dǎo)電率、銅離子含量必須在合格范圍內(nèi),否則將會(huì)造成水路堵塞或造成定子空心銅導(dǎo)線腐蝕漏水引起發(fā)電機(jī)定子繞組短路事故的發(fā)生。

2 系統(tǒng)概述

某廠二期工程300MW機(jī)組,汽輪發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN300220B型,該型汽輪發(fā)電機(jī)采用水氫氫冷卻方式,即:發(fā)電機(jī)定子線組(包括定子線圈,定子引線,定子出線)水內(nèi)冷卻,轉(zhuǎn)子線圈氫內(nèi)冷卻,定子鐵心和結(jié)構(gòu)件為氫氣表面冷卻[1]。

機(jī)組定子冷卻水系統(tǒng)由一套獨(dú)立閉式自循環(huán)系統(tǒng)組成,系統(tǒng)中設(shè)置有自動(dòng)水溫調(diào)節(jié)器和離子交換器等輔助裝置,還有監(jiān)視水溫、水壓、電導(dǎo)率、流量等參數(shù)的表計(jì),并可在超限時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

水質(zhì)要求:電導(dǎo)率 0.5～1.5μs/cm(20℃時(shí))

PH值 7-8

硬度 小于等于每升2微克當(dāng)量

系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后,水質(zhì)會(huì)逐漸變差,系統(tǒng)配置的離子交換器專(zhuān)為提高系統(tǒng)中純水水質(zhì)而設(shè)置,不允許直接處理生水。離子交換器為混合床式,即陰離子樹(shù)脂和陽(yáng)離子樹(shù)脂以2:1的比例混合裝填在同一床體內(nèi)。其過(guò)流量約5m3/h,占系統(tǒng)總流量的8%左右。系統(tǒng)補(bǔ)水取自機(jī)組除鹽水箱補(bǔ)水,除鹽水水質(zhì)為PH值7.8～8.5,電導(dǎo)小于0.2us/cm。

3 發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的原因分析

為滿足發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的對(duì)地絕緣要求,內(nèi)冷水使用低電導(dǎo)率的除鹽水。由于除鹽水的酸堿緩沖容量很小,當(dāng)與空氣中的CO2接觸時(shí),pH值迅速下降。一般情況下,暴露于空氣中的除鹽水的pH值在6.0～6.5之間。當(dāng)空氣中的CO2與除鹽水達(dá)到溶解平衡時(shí),除鹽水的pH值可低至5.7。由于發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較特殊,實(shí)際運(yùn)行中難于做到完全密封,尤其是雙水內(nèi)冷機(jī)組。因此,低電導(dǎo)率的內(nèi)冷水必然在低pH 值的工況下運(yùn)行。在pH值低于6.8的工況下,銅處于腐蝕區(qū)。實(shí)際上,當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水于空氣接觸時(shí),其pH值在6.0～6.5之間,所以銅線棒將產(chǎn)生腐蝕,腐蝕產(chǎn)物溶入內(nèi)冷水中,必然導(dǎo)致內(nèi)冷水Cu2+濃度升高,電導(dǎo)率增大。另外,由于內(nèi)冷水與空氣直接接觸,大量的氧氣直接溶解進(jìn)入內(nèi)冷水中,其濃度可達(dá)2000～5000μ g/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)值的30μg/L。高濃度的溶解氧也是導(dǎo)致銅線棒腐蝕的原因,同樣會(huì)導(dǎo)致內(nèi)冷水Cu2+濃度升高,電導(dǎo)率增大。

上述種種因素的疊加就是發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的pH值、電導(dǎo)率、Cu2+濃度和溶解氧濃度等水質(zhì)指標(biāo)不能達(dá)標(biāo)的實(shí)質(zhì)原因[2]。

4 運(yùn)行中存在問(wèn)題

某廠二期機(jī)組定冷水自投運(yùn)以來(lái),定冷水PH值經(jīng)常小于7,且銅離子含量在20～200ug/L范圍內(nèi)變化,為此不得不頻繁的對(duì)定冷水進(jìn)行換水以提高水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)中配置的小混床不能滿足定冷水運(yùn)行中的水質(zhì)要求。我國(guó)有五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)涉及到發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的水質(zhì)指標(biāo),它們分別是:DL/T 561-95、DL/T 801-2010、DL/T 889-2004、DL/T 1039-2007和GB/T 12145-2008。2007年之前的國(guó)內(nèi)大多數(shù)300MW及以上機(jī)組設(shè)計(jì)中發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的處理方法均為“小混床處理法”,小混床內(nèi)裝有陰陽(yáng)兩種離子交換樹(shù)脂,分別用來(lái)除去水中的陰離子和陽(yáng)離子,達(dá)到凈化水質(zhì)的目的,但都存在pH不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。根據(jù)DL／T 801-2010大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求規(guī)定:發(fā)電機(jī)定子空心銅導(dǎo)線冷卻水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)PH值8.0～9.0,導(dǎo)電率為0.4～2.0us/cm,銅離子含量≤20ug/l,將PH值由7升至8時(shí),銅的腐蝕率可下降為1/6,由8升至8.5時(shí),銅腐蝕率可下降為1/15[3]。可見(jiàn),提高PH值對(duì)抑制銅腐蝕有顯著的效果,故新的國(guó)標(biāo)規(guī)定定冷水PH值應(yīng)大于8。

5 問(wèn)題原因分析

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)檢查分析,確認(rèn)我廠原裝小混床存在的主要問(wèn)題有4個(gè)方面:(1)原裝小混床本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,沒(méi)有配水裝置,存在偏流、漏樹(shù)脂、運(yùn)行周期不穩(wěn)定等問(wèn)題,出水水質(zhì)不理想。(2)我廠原裝小混床內(nèi)裝普通型樹(shù)脂,樹(shù)脂中常泄漏大量低分子聚合物,對(duì)系統(tǒng)存在污染并使小混床出水pH偏低,系統(tǒng)pH常≤7.0,不符合國(guó)標(biāo)規(guī)定pH≥8.0的要求。(3)普通樹(shù)脂交換容量小,需每隔3～6個(gè)月抽出樹(shù)脂一次進(jìn)行體外再生,不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且偶爾一次再生不理想就會(huì)造成投運(yùn)失敗后水質(zhì)嚴(yán)重不合格,需重新再生。(4)原裝小混床處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題:系統(tǒng)設(shè)計(jì)中缺少一些必要的在線儀表,無(wú)法連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)水質(zhì),樹(shù)脂捕捉器的設(shè)置也存在樹(shù)脂漏入發(fā)電機(jī)的可能性。

6 問(wèn)題的解決

由于原裝小混床系統(tǒng)存在上述多種不完善和技術(shù)問(wèn)題,我廠在2013年4月對(duì)定冷水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造,加裝定冷水超凈化裝置,即:將小混床處理的系統(tǒng)改為大混床+微堿化系統(tǒng)。

6.1 超凈化裝置簡(jiǎn)介

XL-07系列發(fā)電機(jī)冷卻水超凈化裝置,是專(zhuān)門(mén)用于內(nèi)冷水系統(tǒng)旁路處理的專(zhuān)利產(chǎn)品,設(shè)計(jì)出力為內(nèi)冷水量的5—10%,設(shè)計(jì)壓力0.6MPa,試驗(yàn)壓力0.75 MPa。該系統(tǒng)由超凈化裝置、特種樹(shù)脂、樹(shù)脂捕捉器、在線監(jiān)測(cè)儀表等部分組成,并配備相應(yīng)的儀表和儀表柜。加堿裝置啟停由超凈化裝置出口電導(dǎo)表控制,設(shè)定啟停電導(dǎo)分別為1.0μs/cm、2.0μs/cm;加藥量由PID調(diào)節(jié)器控制。堿液為濃度1%的NaOH溶液;堿箱液位應(yīng)每半月檢查一次,當(dāng)液位低于20L時(shí),應(yīng)及時(shí)配置堿液[4]。

6.2 新問(wèn)題的出現(xiàn)

二期機(jī)組發(fā)電機(jī)定冷水改造完成后,定冷水PH值有了很大改善,大部分時(shí)間能夠達(dá)到8.0以上,但還存在著調(diào)整特性不好的現(xiàn)象,造成定冷水PH值以及電導(dǎo)數(shù)值超標(biāo)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,例如:定冷水PH值仍小于8.0時(shí),但超凈化裝置出口電導(dǎo)就已經(jīng)大于2.0μs/cm了,加堿裝置自動(dòng)停止。所以一直不能?chē)?yán)格的控制定冷水質(zhì)從而影響發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。通過(guò)進(jìn)一步檢查調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)改造后的定冷水凈化系統(tǒng)還存在兩個(gè)問(wèn)題。

(1)導(dǎo)電度儀表取樣位置存在不合理現(xiàn)象。導(dǎo)電度儀表與PH值儀表安裝位置不一致,致使測(cè)量產(chǎn)生誤差,PH值和導(dǎo)電度總是不匹配。原定冷水導(dǎo)電度的測(cè)點(diǎn)裝在濾網(wǎng)出口,距離超凈化裝置入口較遠(yuǎn),超凈化裝置出口的電導(dǎo)測(cè)點(diǎn)靠近加藥點(diǎn),這使得所測(cè)得的超凈化裝置出口電導(dǎo)偏高。而PH值測(cè)點(diǎn)裝在超凈化裝置的混床入口管道,混床出口的測(cè)點(diǎn)更靠近混床。(2)堿液箱的通氣孔與大氣直接相通,這樣就會(huì)造成空氣中的二氧化碳與堿液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)影響堿液的PH值,不合格的堿液制劑被加入定冷水系統(tǒng)后會(huì)使得定冷水電導(dǎo)增加而PH值增加不多的現(xiàn)象。

6.3 系統(tǒng)的再次優(yōu)化

針對(duì)以上問(wèn)題,我廠再次進(jìn)行優(yōu)化。首先對(duì)定冷水導(dǎo)電度測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行移位,改造后將定冷水導(dǎo)電度的測(cè)點(diǎn)改在混床入口,混床出口的測(cè)點(diǎn)更靠近混床。改造后定冷水電導(dǎo)監(jiān)測(cè)數(shù)值能更好的體現(xiàn)超凈化裝置入、出口的電導(dǎo),同時(shí)定冷水PH與導(dǎo)電度儀表取樣位置一致,可以更好的檢測(cè)水質(zhì)。其次,對(duì)堿液箱通氣孔加裝吸收二氧化碳的呼吸器,防止二氧化碳污染堿液,徹底避免了藥劑在使用期間特性的變化對(duì)加藥品質(zhì)的影響。最后,為提高定冷水凈化裝置的可靠系數(shù),對(duì)原來(lái)的小混床做恢復(fù)備用改造。在原來(lái)的小混床中添加陰陽(yáng)樹(shù)脂,下層約30L陰樹(shù)脂,上層越30L陽(yáng)樹(shù)脂,陽(yáng)樹(shù)脂為混合型樹(shù)脂,對(duì)定冷水中的鈉離子和銅離子都有吸附作用。原來(lái)的小混床與920L的大混床并列連接。

6.4 改造后實(shí)際運(yùn)行效果

通過(guò)兩次改造后,目前定冷水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,定冷水PH值和導(dǎo)電度均符合要求,銅離子含量也在20ug/l以下,定冷水換水次數(shù)也大大降低,既提高了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全系數(shù),又節(jié)約了除鹽水。值班人員在正常運(yùn)行中需要監(jiān)視超凈化裝置出口的電導(dǎo)狀態(tài),加堿裝置未投運(yùn)時(shí),出水電導(dǎo)連續(xù)24小時(shí)大于2.0us/cm;或加堿裝置投運(yùn)時(shí),出水電導(dǎo)大于2.5us/cm。出水水質(zhì)如果達(dá)到以上任意一條,則判定超凈化裝置失效,須將其解列,退出運(yùn)行。

7 結(jié)語(yǔ)

定冷水水質(zhì)是大型發(fā)電機(jī)運(yùn)行中監(jiān)視的一項(xiàng)重要指標(biāo),內(nèi)冷水pH值提高,銅離子濃度和電導(dǎo)率降低,能有效阻止發(fā)電機(jī)定子銅線棒腐蝕和防止內(nèi)冷水通道堵塞,保證發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行,減少檢修率,延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)使用壽命,由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于節(jié)水效益。同時(shí)由于大大減少了換水次數(shù),也減輕了值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

[1]三河發(fā)電有限責(zé)任公司.二期設(shè)備說(shuō)明書(shū),2008.

[2]聞人勤等.發(fā)電機(jī)定冷水銅導(dǎo)線腐蝕的原因及影響因素分析[J].華北電力技術(shù),2003(3):15-17.

[3]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求,DL/T801-2010.

[4]西安協(xié)力動(dòng)力科技有限公司.發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水超凈化裝置使用說(shuō)明書(shū).P5.

楊雙華(1982—),男,河北三河人,軟件工程碩士學(xué)位,工程師,研究方向:火電廠集控運(yùn)行專(zhuān)業(yè);藺大鵬(1982—),男,河北廊坊人,經(jīng)濟(jì)師,法學(xué)學(xué)士學(xué)位,廊坊供電公司營(yíng)銷(xiāo)部安全員。