缩短启机期间发电机定子冷却水系统水质调整时间的措施分析

摘要：在机组启机阶段，发电机定子冷却水系统（MKF）水质是汽轮机冲转前的关键指标之一，缩短启机期间发电机定子冷却水系统水质调整时间，可以对发电机系统安全稳定运行和机组顺利启动起到非常重要的作用。通过调查研究，利用在机组启机阶段将MKF系统的补水转为精处理系统后凝结水以及向MKF系统内加入氨水等操作，缩短MKF水质调整时间，为发电机系统安全稳定运行和机组顺利启动提供了有力支持。

关键词：MKF;溶氧;pH;凝结水;加氨

0    引言

发电机定子冷却水系统（MKF）主要是用化学除盐水冷却发电机定子线圈以保证发电机的正常工作[1]。大修启机前发电机转子冷却水系统（MKG）升压至0.2 MPa后，发电机定子冷却水系统（MKF）投运，根据运行规程中关于MKF水质的要求，MKF水质合格后，汽轮机才允许进行冲转操作，否则应尽快调整水质。

作为关键指标之一，MKF水质关系到机组的安全稳定运行。如果水质不能及时调节合格，机组启动将存在安全风险。因此，缩短启机期间MKF水质调整时间，可以对发电机系统安全稳定运行和机组顺利启动起到非常重要的作用。

1    存在问题

根据运行规程，启机阶段MKF水質调节开始的标志为系统冲洗及充水结束，水质调整结束的标志为各指标合格且稳定。启机阶段MKF系统的水质指标有3个，分别为pH值、溶氧浓度、电导率，具体控制范围如表1所示。

其中MKF充水前使用除盐水对系统进行冲洗，冲洗指标之一为电导率≤5 μS/cm，所以在调整期之前的冲洗阶段就已经完成了对电导率的调整。对各指标调整时长进行统计，如表2所示。

根据调查结果进行分析：各指标为同步调节，从开始调节算起，pH指标为最后完成的指标，且时间远远大于其他指标，明显拖慢了水质调节的进度;而较低的pH值会导致发电机空芯铜导线表面的保护膜溶解，加剧铜腐蚀，不利于发电机安全稳定运行。所以，缩短pH值的调节时间为缩短MKF水质调节时间首先应该考虑的目标。

2    影响因素

2.1    影响MKF系统pH值合格的因素

在MKF充水阶段，使用的是电导率小于5.0 μS/cm的新制除盐水，pH值在5.6～8.0，小于MKF系统pH值的要求;同时由于除盐水中杂质较少，即使投运MKF62AT001钠型阳床来提高系统pH值，作用效果也不明显。通过对技术程序进行查找和分析，将MKF补水来源改为凝结水。由于田湾核电站二回路采用氨和联氨调节水质，氨主要作用为调节二回路的pH值，此时影响MKF系统pH值是否合格的因素主要为凝结水中加氨量。

如表3所示，根据氨浓度和pH值对应关系，计算理论加药量。

按照凝结水目标氨浓度1 mg/L来进行加药，理论上凝结水pH值应该达到9.42。

加药后对凝结水进行取样，测量pH值，测量结果如表4所示。

从表4可以看出，加药后凝结水的pH值随着时间逐渐减小，加药50 min后凝结水的pH值已经小于8.0，不满足启机阶段工艺要求。根据运行规程要求，凝结水精处理系统不能全旁路，同时，由于氯离子排带原因，精处理系统不能实现氨化运行，导致加入的氨水大部分被消耗掉，这就造成pH值逐渐减小。以往加药时没有考虑LD床对氨的消耗，导致单次计算加氨量不准确，凝结水引入定子冷却水系统后无法实现对pH值的要求。

2.2    影响MKF系统溶氧合格的因素

在MKF充水阶段，使用的是电导率小于5.0 μS/cm的新制除盐水，没有经过除氧，氧含量较高。MKF投运后，目前使用的是氮气吹扫头部水箱的方式，吹扫效率已达最高，这是目前发电行业主流的除氧方式。所以，单纯以加强吹扫的方式缩短溶氧调节时间不具有可实现性。启机阶段MKF补水为除盐水，没有经过除氧处理，氧含量较高，这就延长了MKF系统溶氧合格的时间。

3    实施措施

3.1    对于溶氧的措施

通过查阅资料，并联系国内外使用类似水质调节手段的火电厂和核电厂，发现可以使用精处理系统后凝结水作为MKF系统的补水来源，该处凝结水溶氧含量<20 μg/L，满足MKF对溶氧的要求。2018年12月，大修后启机阶段，系统投运后，随即将MKF补水改为精处理系统后的凝结水，同时加大MKF的换水速度，溶氧呈迅速下降趋势，在6 h后达到合格要求。

3.2    对于pH值的措施

MKF没有设计直接的加药管线，想要对MKF系统加药，只能从补水来源系统想办法。查阅系统图纸，发现MKF在凝结水的补水管线距离二回路凝结水加药点很近。在机组日常运行中，会有少量的氨扩散到MKF补水管线。在启机阶段，二回路加药点还未切换到凝结水的时候，可以利用二回路凝结水加药点加入氨水，进而提高MKF系统的pH值。

对于药剂水解效率低这一要因，通过查阅系统运行原理，发现系统中存在一个钠型树脂床（MKF62AT001），可将NH3吸收并排除钠离子，可利用该设备实现pH值的快速提升。

3.2.1    将精处理系统的氨消耗量计算在内，通过理论计算确定加药量和加药频度

如表5所示，通过NH3与pH值的对应关系可以发现，系统中氨浓度越高，pH值越高。

由于pH值的要求为8～9，所以从表5可知，MKF系统水质的氨浓度需保证在0.02～0.2。

3.2.2    计算精处理系统对氨的消耗量

查询并统计了以往六次大修启机时的精处理系统流量，如表6所示。

从表6可以看出，凝结水精处理系统消耗了约80%的氨。为保证MKF系统pH值在合格范围内，加入药剂量应为MKF系统需求量的5倍或以上。

3.2.3    计算理论加氨量

MKF系统水装量约为90 t，氨浓度目标值为0.2 mg/L，用无限稀释公式计算，需要加入212 g左右的氨，则凝结水加药点需加入212×5=1 060 g左右的氨。通常氨水的配制浓度为2%左右，对应浓度为20 g/L，因此需要加入药剂的体积为1 030/20=53 L。

向MKF系统内加氨时还应注意，如果氨浓度过高，不能及时投运MKF62AT001钠型阳床，可能发生铜氨络合反应而腐蚀铜部件，再加上除盐水中含有大量的溶解氧和二氧化碳，不利于发电机长期安全运行[2]。所以，在启机初期执行向凝结水中加氨操作时，需要提前计算，加药操作要准确。在凝结水中加入氨后，要及时查看MKF的在线pH表，如果pH值不能稳定在8.0以上，则需要向凝结水中再次加少量氨。

4    实施效果

以上措施实施后，对2018—2019年三次启机期间定子冷却水系统水质调节时间进行统计，具体情况如表7所示。

由表7可直观地看出，三次启机期间定子冷却水系统水质调节时间均值为7.5 h。

5    结语

综上所述，将启机期间定子冷却水补水来源换成精处理后凝结水和向MKF系统内加入氨水溶液，能够有效缩短水质调节的时间。系统水质调节时间由调整前的15.08 h缩短到了调整后的7.5 h，提高了系统的可靠性，保证了机组安全稳定运行。

[参考文献]

[1] 蒋国元.WWER-1000核电站机械与电气[M].北京：原子能出版社，2009.

[2] 陈国忠.发电机内冷却水处理方法的探索与应用[C]//第四届火电行业化学（环保）专业技术交流会论文集，2013：75-78.

收稿日期：2020-05-12

作者简介：李寒峰（1985—），男，山西临汾人，工程师，研究方向：核电厂水化学分析与监督。