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           目前国内300MW级及以上的机组中,除早期国产机组全部采用双水内冷外,引进机组或引进技术国内制造的机组绝大部分均采用水—氢—氢冷却方式,即定子采用水冷却,转子和铁芯采用氢冷却。由于该冷却系统不同于以往的双水内冷系统,有些电厂起初并没有意识到这一点,系统水质控制仍采用双水内冷系统的调节方式和控制标准,使有的机组发生了一些问题。
           采用定子水内冷的机组均附有定子线圈冷却水系统。它一般由下列部件组成:循环泵、冷却器、水箱、过滤器、离子交换混床、流量计、温度计及导电度表等。影响冷却水水质的主要因素是冷却水箱的密封型式。
所有的制造厂对定子冷却水的水质要求是:低电导率,以避免放电;铜材基本无腐蚀,以防止空芯铜导线内部结垢及运行维护费用尽可能少。为了满足上述要求,必须对定子冷却水水质进行处理。为了保证低电导率,一般均采用二级除盐水作为补给水,并在系统中设有处理能力为2%～10%总流量的离子交换混床;为了减少铜材的腐蚀,还需对冷却水水质进行控制。冷却水水箱密封形式的不同,水质控制方式也有所不同。

1     密封式水箱冷却水系统水质控制
1.1 中性除氧运行方式
           冷却水接触的材质主要是铜和不锈钢,由于不锈钢具有相当好的耐腐蚀性,所以处理目的主要是防止空芯铜导线的腐蚀。铜在含氧水中与氧发生氧化还原反应,生成氧化铜和氧化亚铜。氧化铜在铜材的表面形成一薄层覆盖层。铜在水中的腐蚀速率主要取决于水的纯度、水中含氧量及pH值,图1、图2、图3分别显示了铜在不同工况下的腐蚀情况。

           从图1、图2、图3中可得出如下结论:
——铜的腐蚀速率随水纯度的增加而降低,pH相同时较纯的水中铜的腐蚀速率就较小;
——在纯度一定、含氧量一定的水中,铜的腐蚀速率随pH的变化而变化,在pH8～9时为最低;
——纯度一定、pH值一定时,水中溶氧不同,铜的腐蚀速率也明显不同,一般在小于20μg/L时,腐蚀速率已相当低;在200～300μg/L时,腐蚀速率最高;含氧量进一步提高时,铜的腐蚀速率又趋于稳定。
           基于上述三者之间的关系,只要将定子冷却水电导率控制在小于0.1μS/cm、溶解氧在7μg/L以下,铜材的腐蚀速率可保持在相当低的水平,有效防止腐蚀产物在铜导线内沉积。
(1) 控制指标
           主系统电导率小于0.3μS/cm;离子交换混床出水电导率小于0.15μS/cm;溶解氧小于20μg/L;铜离子浓度小于20μg/L(应尽量小)。
(2) 可能存在的问题若冷却水系统密封失效,空气将进入定子冷却水系统,引起溶氧超标。空气中的二氧化碳还引起pH明显下降,使铜的腐蚀速率剧增,冷却水中氧化铜、氧化亚铜、铜离子的浓度就会大幅度上升,有可能使铜导线内沉积氧化铜和氧化亚铜垢。为此,当定期监督发现溶解氧浓度上升时,应及时分析原因并进行消缺,然后充入高纯度氮气对定子冷却水进行脱氧处理。
(3) 运行监督要求应连续检测主系统和旁路系统的电导率,定期监测水中溶氧及铜离子浓度等。
1.2     碱性除氧运行方式
           由图1、2、3可知,高纯度水中加入适当碱化剂,将pH提高到8～9,可使铜的腐蚀速率进一步下降。由此发展了碱性除氧控制法。目前有两种碱化方式:
(1) 水中加入一定量的稀氢氧化钠溶液;
(2) 冷却水系统的离子交换混床采用钠型阳树脂,利用系统中腐蚀产生的微量铜离子与钠型树脂交换后释放的微量氢氧化钠进行pH的控制。
           碱性除氧法运行控制指标如表1所示。

           碱性除氧法与中性除氧法相比,最大优点是系统对空气的侵入不敏感,在pH为8.5～9时,含氧量对铜的腐蚀速率的影响相对较小;另外,由于加入了微量氢氧化钠使得整个系统具有较大的缓冲作用,二氧化碳对pH的影响较小,短时的密封失效也不会象中性除氧法那样影响大。其缺点是离子交换混床的运行周期将明显缩短,所以运行中应严格监督系统电导率及pH的变化情况,混床失效应及时调换树脂。
1.2.1   运行监督要求
           应连续检测主系统和旁路系统的电导率和氢电导率;定期监测水中溶氧、铜离子和钠离子等浓度。

2     敞开式水箱冷却水系统水质控制
           敞开式冷却水质受空气的影响很大,尤其是水箱串联接入的循环系统循环时,定子冷却水与空气充分接触,使水中溶氧处于过饱和状态,大量二氧化碳也被带入系统。因此必须进行除CO2、除盐及pH控制,否则就有可能会发生由于系统pH过低而造成铜严重腐蚀,并在铜导线内沉积结垢。
(1) 系统应采用容量较大的离子交换混床进行除盐和除二氧化碳,尽量保持冷却水的高纯度;
(2) 调节pH至8～9,碱化的方式有:以含氨凝结水(pH为9左右)作为冷却水系统的补给水,调节冷却水pH至8.5左右,电导率为1～2μS/cm;或者直接在离子交换混床出口加入氢氧化钠稀溶液对冷却水pH进行调节。
           维持上述水质指标,可使铜的腐蚀率保持在较小的范围,但是由于冷却水不断与空气接触,空气中的微量二氧化碳就不断进入系统中,与碱化剂反应,形成碳酸盐,使离子交换混床的运行时间炎缩短、系统pH下降、电导率上升,引起铜材严重腐蚀。为了保证处理效果,在运行时应经常换水,并严密控制系统的pH和电导率。任何指标超标时就加大换水量。
           在水-氢-氢冷却方式的定子冷却水系统中,由于氢侧总是有少量氢气通过聚四氟乙烯管微孔等处漏入水中,造成定子冷却水中氢气呈饱和状态,水中氢气的存在将影响Cu-Cu²⁺和Cu-Cu⁺的氧化还原电位值,使系统的氧化还原状态发生变化,铜材表面形成的腐蚀产物形态也发生变化。原来在氧化状态下使用效果很好的缓蚀剂防腐处理效果在该系统中就不一定好用,如果误用,有可能造成系统中的Cu²⁺、Cu+被还原成极细微的颗粒铜沉积在铜导线内,引起导线堵塞,且不易清洗干净。

3   双水内冷定、转子冷却水水质控制
           国外的双水内冷机组由于水箱采用充氮密闭,并设钯树脂催化器进行除氧,所以多采用中性除氧法或碱化除氧法进行处理。而国产双水内冷机组基本上均采用敞口式水箱,且部分系统不设离子交换混床,所以在水质调节上惯用下列两种方式。
(1) 用含氨凝结水作为补给水,并保持一定量溢流,控制pH>7、电导率<10μS/cm、Cu<20μg/L,离子交换混床不投入运行,水质靠调节溢流水量来控制(有些电厂按此方式已运行十几年,未发生大问题)。
(2)采用除盐水作为补给水,在系统中加入BTA缓蚀剂进行防腐,控制pH>6.8、电导率<10μS/cm、BTA浓度5μg/L左右,水质靠每天补加一定量BTA和调换一定量冷却水来保持,只要水质控制在上述指标,可保持冷却水中铜离子的浓度<20μg/L,运行效果较好。