某厂发电机定冷水水质差的原因分析与处理

2014-12-23杨双华蔺大鹏

中国科技纵横 2014年24期

关键词：混床电导pH值

杨双华蔺大鹏

(1.三河发电有限责任公司,河北三河 065201;2.廊坊供电公司,河北廊坊 065000)

某厂发电机定冷水水质差的原因分析与处理

杨双华1蔺大鹏2

(1.三河发电有限责任公司,河北三河 065201;2.廊坊供电公司,河北廊坊 065000)

某厂二期机组定冷水水质自投产以来总是不达标,本文对其原因进行分析并通过系统改造彻底解决存在的问题。

定冷水水质超净化装置

1 引言

大型发电机在运行中定子线棒由于各种损耗会产生热量,这部分热量如果不能被及时的带走,将会引起线圈温度升高,加剧绝缘老化,最终达到无法容许的程度。这时就必须采用合适的冷却方式有效的带走各种损耗所产生的热量,使发电机各部分温升控制在允许范围内,保证发电机安全可靠的运行。水具有很大的比热和导热系数,价格低廉,无毒无害,不助燃,不可燃,无爆炸危险。冷却效果好,允许承受的电磁负荷比空冷、氢冷高,提高了材料的利用率,因此大型发电机广泛采用定子绕组水内冷的方式。采用水冷方式的发电机,对水质有严格的要求,定冷水的PH值、导电率、铜离子含量必须在合格范围内,否则将会造成水路堵塞或造成定子空心铜导线腐蚀漏水引起发电机定子绕组短路事故的发生。

2 系统概述

某厂二期工程300MW机组,汽轮发电机型号为QFSN300220B型,该型汽轮发电机采用水氢氢冷却方式,即:发电机定子线组(包括定子线圈,定子引线,定子出线)水内冷却,转子线圈氢内冷却,定子铁心和结构件为氢气表面冷却[1]。

机组定子冷却水系统由一套独立闭式自循环系统组成,系统中设置有自动水温调节器和离子交换器等辅助装置,还有监视水温、水压、电导率、流量等参数的表计,并可在超限时发出报警信号。

水质要求:电导率 0.5～1.5μs/cm(20℃时)

PH值 7-8

硬度小于等于每升2微克当量

系统运行一段时间后,水质会逐渐变差,系统配置的离子交换器专为提高系统中纯水水质而设置,不允许直接处理生水。离子交换器为混合床式,即阴离子树脂和阳离子树脂以2:1的比例混合装填在同一床体内。其过流量约5m3/h,占系统总流量的8%左右。系统补水取自机组除盐水箱补水,除盐水水质为PH值7.8～8.5,电导小于0.2us/cm。

3 发电机内冷水水质不达标的原因分析

为满足发电机运行时的对地绝缘要求,内冷水使用低电导率的除盐水。由于除盐水的酸碱缓冲容量很小,当与空气中的CO2接触时,pH值迅速下降。一般情况下,暴露于空气中的除盐水的pH值在6.0～6.5之间。当空气中的CO2与除盐水达到溶解平衡时,除盐水的pH值可低至5.7。由于发电机内冷水系统的结构较特殊,实际运行中难于做到完全密封,尤其是双水内冷机组。因此,低电导率的内冷水必然在低pH 值的工况下运行。在pH值低于6.8的工况下,铜处于腐蚀区。实际上,当发电机内冷水于空气接触时,其pH值在6.0～6.5之间,所以铜线棒将产生腐蚀,腐蚀产物溶入内冷水中,必然导致内冷水Cu2+浓度升高,电导率增大。另外,由于内冷水与空气直接接触,大量的氧气直接溶解进入内冷水中,其浓度可达2000～5000μ g/L,远远大于标准值的30μg/L。高浓度的溶解氧也是导致铜线棒腐蚀的原因,同样会导致内冷水Cu2+浓度升高,电导率增大。

上述种种因素的叠加就是发电机内冷水的pH值、电导率、Cu2+浓度和溶解氧浓度等水质指标不能达标的实质原因[2]。

4 运行中存在问题

某厂二期机组定冷水自投运以来,定冷水PH值经常小于7,且铜离子含量在20～200ug/L范围内变化,为此不得不频繁的对定冷水进行换水以提高水质标准。系统中配置的小混床不能满足定冷水运行中的水质要求。我国有五个标准涉及到发电机内冷水的水质指标,它们分别是:DL/T 561-95、DL/T 801-2010、DL/T 889-2004、DL/T 1039-2007和GB/T 12145-2008。2007年之前的国内大多数300MW及以上机组设计中发电机内冷水的处理方法均为“小混床处理法”,小混床内装有阴阳两种离子交换树脂,分别用来除去水中的阴离子和阳离子,达到净化水质的目的,但都存在pH不达标的问题。根据DL／T 801-2010大型发电机内冷却水质及系统技术要求规定:发电机定子空心铜导线冷却水水质控制标准PH值8.0～9.0,导电率为0.4～2.0us/cm,铜离子含量≤20ug/l,将PH值由7升至8时,铜的腐蚀率可下降为1/6,由8升至8.5时,铜腐蚀率可下降为1/15[3]。可见,提高PH值对抑制铜腐蚀有显著的效果,故新的国标规定定冷水PH值应大于8。

5 问题原因分析

通过对系统检查分析,确认我厂原装小混床存在的主要问题有4个方面:(1)原装小混床本身结构设计不合理,没有配水装置,存在偏流、漏树脂、运行周期不稳定等问题,出水水质不理想。(2)我厂原装小混床内装普通型树脂,树脂中常泄漏大量低分子聚合物,对系统存在污染并使小混床出水pH偏低,系统pH常≤7.0,不符合国标规定pH≥8.0的要求。(3)普通树脂交换容量小,需每隔3～6个月抽出树脂一次进行体外再生,不仅费时费力,而且偶尔一次再生不理想就会造成投运失败后水质严重不合格,需重新再生。(4)原装小混床处理系统设计存在的问题:系统设计中缺少一些必要的在线仪表,无法连续检测系统水质,树脂捕捉器的设置也存在树脂漏入发电机的可能性。

6 问题的解决

由于原装小混床系统存在上述多种不完善和技术问题,我厂在2013年4月对定冷水处理系统进行改造,加装定冷水超净化装置,即:将小混床处理的系统改为大混床+微碱化系统。

6.1 超净化装置简介

XL-07系列发电机冷却水超净化装置,是专门用于内冷水系统旁路处理的专利产品,设计出力为内冷水量的5—10%,设计压力0.6MPa,试验压力0.75 MPa。该系统由超净化装置、特种树脂、树脂捕捉器、在线监测仪表等部分组成,并配备相应的仪表和仪表柜。加碱装置启停由超净化装置出口电导表控制,设定启停电导分别为1.0μs/cm、2.0μs/cm;加药量由PID调节器控制。碱液为浓度1%的NaOH溶液;碱箱液位应每半月检查一次,当液位低于20L时,应及时配置碱液[4]。

6.2 新问题的出现

二期机组发电机定冷水改造完成后,定冷水PH值有了很大改善,大部分时间能够达到8.0以上,但还存在着调整特性不好的现象,造成定冷水PH值以及电导数值超标现象时有发生,例如:定冷水PH值仍小于8.0时,但超净化装置出口电导就已经大于2.0μs/cm了,加碱装置自动停止。所以一直不能严格的控制定冷水质从而影响发电机的安全运行。通过进一步检查调研和现场检查发现改造后的定冷水净化系统还存在两个问题。

(1)导电度仪表取样位置存在不合理现象。导电度仪表与PH值仪表安装位置不一致,致使测量产生误差,PH值和导电度总是不匹配。原定冷水导电度的测点装在滤网出口,距离超净化装置入口较远,超净化装置出口的电导测点靠近加药点,这使得所测得的超净化装置出口电导偏高。而PH值测点装在超净化装置的混床入口管道,混床出口的测点更靠近混床。(2)碱液箱的通气孔与大气直接相通,这样就会造成空气中的二氧化碳与碱液发生化学反应影响碱液的PH值,不合格的碱液制剂被加入定冷水系统后会使得定冷水电导增加而PH值增加不多的现象。

6.3 系统的再次优化

针对以上问题,我厂再次进行优化。首先对定冷水导电度测点位置进行移位,改造后将定冷水导电度的测点改在混床入口,混床出口的测点更靠近混床。改造后定冷水电导监测数值能更好的体现超净化装置入、出口的电导,同时定冷水PH与导电度仪表取样位置一致,可以更好的检测水质。其次,对碱液箱通气孔加装吸收二氧化碳的呼吸器,防止二氧化碳污染碱液,彻底避免了药剂在使用期间特性的变化对加药品质的影响。最后,为提高定冷水净化装置的可靠系数,对原来的小混床做恢复备用改造。在原来的小混床中添加阴阳树脂,下层约30L阴树脂,上层越30L阳树脂,阳树脂为混合型树脂,对定冷水中的钠离子和铜离子都有吸附作用。原来的小混床与920L的大混床并列连接。

6.4 改造后实际运行效果

通过两次改造后,目前定冷水系统运行稳定,定冷水PH值和导电度均符合要求,铜离子含量也在20ug/l以下,定冷水换水次数也大大降低,既提高了发电机的运行安全系数,又节约了除盐水。值班人员在正常运行中需要监视超净化装置出口的电导状态,加碱装置未投运时,出水电导连续24小时大于2.0us/cm;或加碱装置投运时,出水电导大于2.5us/cm。出水水质如果达到以上任意一条,则判定超净化装置失效,须将其解列,退出运行。