600 MW超超临界机组发电机内冷水铜超标原因及对策

胡宗亮，贺国志

（山东中实易通集团有限公司，山东 济南 250002）

1 概况

华润电力菏泽发电有限公司一期2×600 MW超超临界1号机组于2011年3月17日顺利通过168 h试运行，移交试生产。锅炉为北京巴威锅炉厂生产的超超临界参数直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、燃煤锅炉。额定蒸发量2 002 t/h，过热蒸汽出口压力为25.28 MPa，汽轮机为东方汽轮机厂生产的超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机，型号：N660-5/600/600，发电机为东方电机厂生产的QFSN-660-2型发电机，额定功率600 MW，冷却方式为水-氢-氢冷。发电机内冷水系统主要包括内冷水箱、内冷水泵、小混床、冷却器、过滤器等，系统如图1所示。

2 问题描述

1号机组于2011年2月28日点火，开始整套启动，3月 1日开始 CO2置换空气，3月 2日开始氢气置换CO2，3月3日下午，氢气置换合格，汽轮机定速3 000 rpm，电气总启动试验开始，于3月4日凌晨首次并网成功，接着进行带负荷试运。在试运过程中，汽水取样间手工取样处已有发电机内冷水水样，但是由于新机组启动阶段需化验的项目多而且频繁，化验人员少，工作比较忙碌，电厂化学生产部门未能对发电机内冷水样进行及时的连续监测。直到3月8日，取样化验内冷水质，如表1所示。

图1 发电机内冷水系统图

目前，有5个标准涉及到发电机内冷水的控制指标， 分别是：DL/T561-95、DL/T801-2002、DL/T889-2004、DL/T1039-2007、GB/T12145-2008。这些标准都大同小异。其中，DL/T801-2002是电气专业和化学专业共同制定的电力行业标准，平时在电厂调试和电厂实际运行中采标率也最高，并且为使该标准更切合实际，由中国电厂化学委员会组织有关专家于2009年对该标准进行了修编，修编后的发电机内冷水标准如表 2［1］。

参照该标准，可见华润菏泽电厂1号机组内冷水的电导率、pH、ρ（Cu2+）等指标均超出 DL/T801-2002标准要求，尤其是铜超标严重，达50倍标准值。

3 原因分析及处理措施

从化验结果看，铜腐蚀量较大，可见铜腐蚀速率较高，影响铜腐蚀速率因素主要有pH值、溶解氧、CO2电导率。

3.1 pH值、溶解氧对铜腐蚀速率的影响

pH值、溶解氧对铜腐蚀速率的影响如图2所示。

图2 铜腐蚀速率与pH、溶解氧的关系

由图2可以看出，对于闭式循环的定子冷却水而言，当内冷水pH＞8.0时，水中的溶解氧对铜的腐蚀速率影响不明显，可以忽略不计；当内冷水pH≤8.0时，水中的溶解氧对铜的腐蚀速率影响变的非常大［2］。单就pH值一个指标而言，pH值越低，铜的腐蚀速率就越大，pH值越高，铜的腐蚀速率就越低。当然，现实中，内冷水pH值变化有一定的范围，一般在6～9之间。结合华润菏泽1号机组实际情况，1号机组内冷水箱补水系统有两路，一路是除盐水箱来水，另一路是凝结水泵出口来水。在启动调试阶段，内冷水系统补水全部来自除盐水，除盐水pH值一般为6.8左右，呈弱酸性，但进入内冷水系统前经小混床旁路处理至pH≥7后进入内冷水闭式循环系统中。可见，内冷水的低pH值不是由补水引起的。后来又取样化验内冷水溶解氧含量为0，所以可以排除溶解氧对铜腐蚀速率的影响。

3.2 CO2对铜腐蚀速率的影响

内冷水化验结果pH值为6.56，呈弱酸性，经检测内冷水样中有少量碳酸根存在，可见低pH值是由CO2溶解引起的。分析原因是前期CO2置换时，由于发电机气体置换的排气管与内冷水箱排气管连接在一根排气母管上，且中间没有隔离门，所以在氢气置换CO2时，发生过CO2通过排气管大量漏入内冷水箱导致内冷水电导率持续升高的现象，后来采取在内冷水箱排气管上临时加堵板的方法，保证了气体置换正常进行直到置换合格，氢气纯度98%。后来拆除堵板，恢复系统后，运行中由于发电机氢气压力低，又补过几次氢气，导致原来系统内少量残余CO2通过排气管漏入了内冷水箱，溶解产生H+和碳酸根，发生铜腐蚀的化学反应如下：

经过长时间运行，小混床树脂失效，由于没有在线监测设备，运行部门也没有对内冷水质进行连续取样化验监测，所以未能及时发现。小混床失效后，也没有及时进行排换水工作，铜腐蚀产物在闭式循环系统中不断累积，最终导致了上述定子冷却水系统内铜离子含量严重超标现象的发生。由此可见，主要是CO2的影响，使定子冷却系统内的铜线棒受到了严重腐蚀。

4 处理结果

为了消除由内冷水水质超标引发的影响机组稳定试运行的安全隐患，问题发生后，立即采取了以下措施，尽快使内冷水水质合格：一是彻底进行排换水工作，用新补入的除盐水置换原系统内的不合格水；二是立即更换小混床树脂，并立即投入运行，将原失效树脂送回化验室再生；三是立即对内冷水箱采取充氮气保护措施。跟踪化验内冷水水质如表3所示。

表3 发电机内冷水化验单（3月8日晚-3月9日）

由表3可见，到3月9日上午10：00取样化验内冷水质：pH=7.26，电导率为 1.4 μS/cm。ρ（Cu2+）为36 μg/L。虽然没有达到新标准DL/T801-2002的要求，但已达到DL/T889-2004《电力基本建设热力设备化学监督导则》的要求，见表4。注：1）全密闭式内冷却水系统；2） 铜含量目标值为≤40 μg/L；3）pH 值（25℃）目标值为 7.0～8.5。

表4 DL/T889-2004发电机内冷水质量标准

5 结语

机组运行过程中，应在线连续监测内冷水的电导率和pH值，定期测量含铜量；在线连续监测小混床旁路处理装置出水电导率及pH值，使pH值达到8.0以上，掌握其运行状况，及时更换失效树脂；加强发电机各个参数尤其是冷却水流量、温度的运行分析，及早发现问题，及时处理；加强发电机内冷水系统定期排污工作［3］。

对于象华润菏泽发电有限公司超超临界机组的这样一类高参数、大容量的发电机，铜线棒有腐蚀敏感性高和腐蚀产物容易沉积两个主要特点，而且电导率和pH值的关系对铜线棒腐蚀速率影响显著，图3所示。

图3 电导率、pH对发电机内冷水含铜量的影响

可见，发电机内冷水的电导率并非控制越低越好。有很多厂家要求控制很低，但是这样造成的腐蚀速度反而很大。电导率小于2.0 μS/cm是对发电机绝缘等级的要求，由于牵涉到发电机的安全，因此是必须严格执行的。为了更好的控制内冷水的水质满足DL/T801-2002的新要求，保证机组安全稳定运行，建议引进发电机内冷却水智能净化装置FNC-Ⅰ，该装置为新发明专利，具有不加药、不使用小混床、不排污、pH值任意可调、电导率保证不大于2.0μS/cm等优点。另外该系统可控制内冷水pH值稳定在8.5左右，使铜的腐蚀速率仅为常规处理的1%左右。实践证明，使用该装置的内冷水Cu的质量浓度月平均还不到2 μg/L，小于新标准的期望值 10 μg/L，pH值可稳定在 8.4～8.6之间，符合新标准8.0～9.0的要求，电导率可控制在0.8～1.5 μs/cm范围内，完全符合小于2.0 μs/cm的要求。