洪現(xiàn)海
摘 要:SVANTA-4型發(fā)電機內(nèi)冷水調(diào)節(jié)裝置是發(fā)電機定冷水系統(tǒng)的專用水質(zhì)處理裝置,該裝置采用特殊的離子交換樹脂,通過特殊的離子交換工藝處理,使發(fā)電機內(nèi)冷水經(jīng)過處理含有氫氧化鈉,水質(zhì)因此得到調(diào)節(jié),提高定冷水的PH 值,降低定冷水的電導率和銅離子濃度,使發(fā)電機定冷水各項水質(zhì)指標優(yōu)于國家標準。減緩了發(fā)電機銅線棒的腐蝕。給發(fā)電機安全運行提供保障。
關鍵詞:銅腐蝕原理;離子交換;Cu- H2O體系電位-pH 銅腐蝕與pH值關系
一、應用背景
SVANTA-4型發(fā)電機內(nèi)冷水調(diào)節(jié)裝置在我廠二三期應前,我廠的發(fā)電機內(nèi)冷水處理方式采用傳統(tǒng)的處理工藝是隨發(fā)電機配套過來的小混床處理裝置。其原理是取出內(nèi)冷水循環(huán)水量的8%通過小混床旁路處理,除去內(nèi)冷水中的銅離子和其他雜質(zhì)離子,降低內(nèi)冷水的電導率和銅離子濃度,維持發(fā)電機內(nèi)冷水的電導率和銅離子濃度達到標準要求,內(nèi)冷水水質(zhì)基本能滿足《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術要求(DL/T801-2002)》中內(nèi)冷水pH值大于7.0,銅離子小于40μg/L,但2011年5月實施的《大型發(fā)電機內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術要求(DL/T801-2010)》要求,內(nèi)冷水pH值在不除氧的情況下由原來的7.0~9.0提高到8.0~9.0,銅離子由原來的不大于40μg/L提高到不大于20μg/L。
為提高內(nèi)冷水水質(zhì),達到標準要求,減緩發(fā)電機銅線棒腐蝕,決定采用新的處理工藝,因此SVANTA-4型發(fā)電機內(nèi)冷水調(diào)節(jié)裝置在我廠得到應,而且運行良好。
二、銅導線腐蝕的影響及提高內(nèi)冷水pH的原因
1、影響銅在冷卻水(內(nèi)冷水)中均勻溶解腐蝕的因素主要有水的pH值、溶解氧以及溶解二氧化碳的含量,此外在腐蝕過程中生成的二價銅離子對銅的腐蝕有加速作用。這一腐蝕過程的反應如下:
⑴.電化學腐蝕反應:
Cu+ 1/2 O2= CuO
2Cu+ 1/2 O2= Cu2O
Cu+ Cu2+ = 2Cu+
⑵.二氧化碳的溶解和銅氧化物的溶解:
CO2+ H2O= H2CO3
H2CO3= H++HCO3-
CuO+ 2H+= Cu2++H2O
Cu2O+ 2H+= 2Cu++H2O
⑶.一價銅離子進一步氧化:
2Cu+ +1/2 O2 +H2O= 2Cu2+ +OH-
2Cu+ +1/2 O2 = CuO+ Cu2+
⑷.二次腐蝕產(chǎn)物的生成: Cu2+ +2OH-= CuO+ H2O
上述反應交替進行,從而導致銅的腐蝕和腐蝕產(chǎn)物的沉積。
2、Cu- H2O體系Cu腐蝕-鈍化-免蝕的理論條件與防腐機理
(1)在Cu- H2O體系電位-pH平衡圖上,溶液中的含Cu物質(zhì)以金屬銅離子(Cu+、Cu2+ 、Cu3+ )含Cu水合物(Cu2O3·nH2O)和銅的酸根(HCuO2-、CuO22-、CuO2-)形態(tài)穩(wěn)定存在的區(qū)域,是Cu的理論上的腐蝕電位-pH條件區(qū)域;金屬Cu以單質(zhì)Cu形勢穩(wěn)定存在的區(qū)域,則是Cu的理論上的免蝕條件區(qū)域。根據(jù)理論分析計算和判斷,Cu- H2O體系Cu腐蝕-鈍化-免蝕的理論條件區(qū)域如圖中幾條曲線劃分的區(qū)域所示。
Cu- H2O體系電位-pH平衡圖
由圖可知,金屬銅的熱力學免蝕區(qū)與H2O的熱力學穩(wěn)定區(qū)部分重疊,這一現(xiàn)象表明,在pH≥7.80和有氧化劑(溶解氧)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作用。
(2)水的pH值對銅腐蝕的影響
有的資料介紹,當內(nèi)冷水的電導率≤1.0μS/cm;pH值從6~6.5提高到8.0~8.5,對銅的腐蝕速度能降低100倍。這也是我們內(nèi)冷水水質(zhì)控制在8 ~9的理論所在。從水的純度、pH值對銅溶解圖也可以看出。
水的純度、pH值對銅溶解圖
三、SVANTA-4型發(fā)電機內(nèi)冷水調(diào)節(jié)裝置工作原理
SVANTA-4型發(fā)電機內(nèi)冷水調(diào)節(jié)裝置采用當今先進的離子交換技術和國內(nèi)首創(chuàng)pH、電導可調(diào)節(jié)技術,裝置利用樹脂吸附水中的陰陽離子,同時在電場的作用下水和樹脂反應生成微量的堿性物質(zhì),化學反應原理如下:
除離子:
Cu2+ + 2H-R = Cu2+-2R + 2H+
HCO3-+ OH-R = HCO3-R +OH-
H+ +OH- =H2O
微堿化:
H2O+Na-R=(電場作用下)H-R+NaOH
這樣,控制發(fā)電機內(nèi)冷水的pH在8.00~9.00電導率在<1.0μS/cm.。同時達到凈化水質(zhì)并抑制腐蝕作用,但pH值不宜高于9, 如果大于9 水對銅的腐蝕速度同樣會加快。
四、SVANTA-4型發(fā)電機內(nèi)冷水調(diào)節(jié)裝置運行注意事項
1、裝置的初次投運或更換樹脂后,均需要對裝置進行沖洗,才能運行。投運前,首先確保SVANTA-4型發(fā)電機內(nèi)冷水調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部所有閥門為關閉狀態(tài),包括裝置進水一次閥SV1以及裝置出水一次閥SV2。
2、正常運行 閥門狀態(tài)為V03、V05、V06、V07全開,調(diào)節(jié)V01開度使FI3流量為1000L/H,V04微開(使流量計FI2的流量為50L/H)。
3、當設備正常運行時控制在pH值 微高于8 電導率略<1.0μS/cm,最好減少水換水。
4、定期檢查是否有樹脂泄漏現(xiàn)象發(fā)生,儀表工作是否正常,為了確保工作的可靠性,該設備應由專人負責定期檢查和維護。
總之,發(fā)電機微堿性處理技術(調(diào)節(jié)裝置)選用特殊的離子交換樹脂,并采用獨特的樹脂床層結(jié)構,使內(nèi)冷水經(jīng)過處理后含有微弱的氫氧化鈉,水質(zhì)因此得以調(diào)節(jié),內(nèi)冷水銅含量一般低于10μg/L;該技術應用減緩了發(fā)電機銅線棒的腐蝕。目前該技術已在我廠2臺300MW和2臺330MW發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)得到成功應用。
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