定子冷却水贫氧控制方式下的水质监督

＊史健赟

（国能浙江北仑第一发电有限公司 浙江 315800）

1.相关标准对发电机定子冷却水水质控制要求

(1)国标GB/T 12145—2016控制要求

GB/T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》,对贫氧模式（溶解氧≤30μg/L）的pH控制标准为7.0～8.9、电导率（25℃）≤2.0μS/cm，铜含量≤20μg/L。

(2)电力行业标准DL/T 561—2013控制要求

DL/T 561—2013《火力发电厂水汽化学监督导则》对不加缓蚀剂的发电机内冷水提出的水质控制标准为：电导率（25℃）：0.4～2.0μS/cm，铜含量≤20μg/L，对贫氧模式（溶解氧≤30μg/L）的pH控制标准为7.0～8.0。

(3)电力行业标准DL/T 801—2010控制要求

DL/T 801—2010《大型发电机内冷水质及系统技术要求》水质控制标准为：电导率（25℃）：0.4～2.0μS/cm，对贫氧模式（溶解氧≤30μg/L）的pH控制标准为7.0～9.0。

(4)某电厂东芝发电机手册对发电机定子冷却水水质的控制要求

表1 发电机手册对发电机定子冷却水水质的控制要求

(5)某电厂运行规程中的定子冷却水水质控制指标

电导率（25℃）≤0.5μS/cm，铜含量≤20μg/L。

综上所述，在控制定子冷却水贫氧运行的前提下，pH控制在7.0～8.0是符合相关标准要求的一种水质控制方式。同时，基于东芝发电机手册对电导率0.5μS/cm的控制要求，一般只能提升pH到7.5左右，pH根本提升不到8以上。如果pH大于8时，电导率将超过东芝发电机手册要求的0.5μS/cm控制指标。

2.定子冷却水水质贫氧控制下的监督情况

(1)水质监督项目和控制值

①监测方式和项目。在线监测：定子冷却水系统安装了在线电导率表，分别在发电机进口、发电机出口、去离子器出口各安装1块。离线监测：含铜量、pH值、溶解氧。②水质控制指标。溶解氧≤30μg/L、电导率（25℃）≤0.5μS/cm、铜含量≤20μg/L、pH7～8.9。

(2)运行情况

①正常运行下的线棒腐蚀情况。从某电厂三台东芝发电机组近20年的运行数据来看，贫氧控制下，定子冷却水系统运行情况良好，水质指标符合控制要求。

(3)发电机定子线棒空心铜导线内壁腐蚀的异常处理及酸洗后水质评价

①事件经过。某电厂三号机在A修后投运，出现定冷水系统压差异常上升，流量持续下降的问题。2021年12月10日，经定冷水系统酸洗，系统流量和压差恢复到A修前水平。

②定子冷却水系统酸洗后的水质评价。

A.水质控制指标：水质控制按照机检修前的控制方式，即：溶解氧≤30μg/L、电导率（25℃）≤0.5μS/cm、铜含量≤20μg/L、pH7～8.9。

B.酸洗后水质控制评价：从酸洗后的水质指标分析数据来看，定子冷却水pH、铜离子、溶解氧均在各标准控制的要求内，同时也符合东芝发电机手册中对定冷水的水质要求。其中铜离子取样化验结果如表2所示。

图1 铜的腐蚀速率与溶氧的关系图

表2 酸洗后定子冷却水系统铜离子分析数据（μg/L）

(4)溶氧对腐蚀影响

通过图2可以看出，当水中的溶氧含量在200～400μg/L之间时，铜的腐蚀速率出现峰值。当溶解氧较多时（一般认为大于4mg/L），铜线表面会氧化形成致密氧化层，以阻挡铜的腐蚀。当溶解氧含量小于30μg/L时，可以将铜的腐蚀速率控制在较低水平。

3.定子冷却水系统pH提升试验

(1)试验目的

2013年，根据GB/T 7064—2008和DL/T 801—2010两个标准中对发电机定冷水水质的控制要求，五号机组定冷水水质的控制方式进行调整，通过优化树脂配比的方式，目标将定冷水水质pH值提高至8.0～8.5，同时控制电导率小于东芝发电机要求的0.5μS/cm，以减少对发电机线棒的腐蚀。主要技术参数：①定冷水水质：定冷水pH值＞8.0；电导率0.6～1.3μS/cm；铜离子含量＜5μg/L。②树脂有效使用寿命：1年以上。

(2)具体实施情况

①第一次树脂添加及使用情况

A.2014年3月18日，五号机组定冷水专用树脂提供单位按照技术协议，由厂家的人员到现场进行树脂的现场调配和安装。由原来的罗门哈斯AMBERLRREIRN 160树脂更换为专用的XG-100型树脂，同时完成树脂的清洗工作。清洗结束后，出水电导率为0.2～0.3μS/cm，小于0.5μS/cm的控制指标。B.2014年3月19日，五号机组定冷水系统水箱和管道完成注水，下午起开始启动定冷水泵，打发电机外循环。就地从小混床出口和定冷水箱出口两个点进行取样分析，电导率均在0.1μS/cm左右，pH7.5～7.6。C.2014年3月28日，五号机组并网，对相关的定冷水水质情况进行检查。就地取样分析结果，去离子装置混床出水：电导率0.3μS/cm，pH7.8～8.0，发电机出口定冷水的铜离子分析结果小于5μg/L。D.2014年4月10日，新树脂更换后投入运行两周以来，五号机组定冷水电导率数据基本稳定。就地取样分析，pH8.0左右（31℃），电导率就地表计读数为发电机进口和去离子装置混床出口均为0.3μS/cm左右。2014年4月18日到10月22日数据如表3所示。

表3 2014年4月—10月连续七个月的运行情况（取样点为发电机进口水样）

②第二次树脂添加及使用情况

A.11月6日，厂家对五号机组定冷水系统失效树脂进行了整体更换。更换的树脂共250L，依然采用了杭州西港水处理科技有限公司研制的定冷水专用树脂。树脂型号和配比与前一次相比基本相同，略有改进。新树脂换上以后，进行了10min冲洗，至出水电导率0.3μS/cm（手测）后，再投入使用。

B.11月10日，五号机组定冷水去离子器更换树脂后，在线电导率表读数（就地）为0.34μS/cm，手测铜离子浓度，去离子交换器出水：0.6μg/L，发电机进口：8.8μg/L。水质情况已正常。

C.从2014年11月份第二次更换树脂以来运行12个月，离子交换器出水电导率基本维持在0.5μS/cm以下，对应的铜离子平均为5μg/L左右，pH7.2～7.5，达不到标准要求的8.0～8.5。至12月22日铜离子已开始上升，2016年1月4日测得离子交换器出水的铜离子是13μg/L，定冷水的铜离子18μg/L，树脂已失效，更换新树脂。2015年1月28日到2016年1月数据如表4～表5所示。

表5 第二次更换树脂后发电机进口的定子冷却水水质数据（二）

D.2017年5月份机组检修后启动，检修五号机组发电机定子绝缘不合格，判断为定子冷却水电导率偏高。后经讨论决定，将XG-100型树脂重新更换为罗门哈斯AMBERLRREIRN 160树脂，降低定冷水电导率后，发电机定子绝缘合格。罗门哈斯AMBERLRREIRN 160树脂使用至现在，五号机组发电机定子运行正常。

(3)pH提升试验小结

从五号机组先后更换定冷水专用树脂及其使用的情况来看，与原罗门哈斯AMBERLRREIRN 160树脂相比，主要有以下几个结论：

①杭州某水处理科技有限公司研制的定冷水XG-100型专用树脂对于定冷水pH的提升效果不明显，达不到pH提升到8.0以上的要求（这主要与东芝发电机要求控制的电导率小于0.5μS/cm的要求有关）。系统整体铜离子是有所降低的，从2015年几台机组的定冷水全年的铜离子数据看，控制在10～15μg/L，而试验机组五号机组则将平均值控制在5μg/L左右。②当XG-100型定冷水专用树脂失效时，电导率变化并不明显，而铜离子上升却很快。对于水质监督和控制而言，这样的运行方式是不可靠的。而罗门哈斯树脂在使用中以电导率控制为标准，其数值上升是一个缓慢变化过程。正常时定冷水电导率在0.1μS/cm左右，距离0.5μS/cm的指标有很大的空间，所以安全系数高。③XG-100型定冷水专用树脂在使用过程中，对树脂的配比及失效时的更换和安装，都需要厂方的专业人员到现场进行操作，因此不如罗门哈斯AMBERLRREIRN 160树脂使用来得方便。另外它不是通用型树脂，只能单一来源采购，在树脂备品及计划采购方面，不如原罗门哈斯树脂，不能保证树脂失效时得到及时更换。④在树脂的价格方面，罗门哈斯AMBERLRREIRN 160树脂当年的单价为150元/升，更换一次38000元左右；而XG-100型专用树脂当年的单价为250元/升，折合62000元/套左右，价格上接近翻倍。在使用周期上，一般正常情况下罗门哈斯AMBERLRREIRN 160树脂3～4年左右更换一次。而XG-100型定冷水专用树脂使用期限只有1年，更换频率远远低于罗门哈斯AMBERLRREIRN 160树脂。⑤XG-100型定冷水专用树脂运行几个月后定冷水电导率已基本接近0.5μS/cm的东芝发电机厂家控制值，可能引起定子绝缘降低，运行风险增大。⑥其他问题。A.树脂比较贵，采购麻烦，而且属于单一来源采购。B.树脂使用周期短，第一次只有8个月，第二次刚好1年，更换操作过于频繁。C.铜离子穿透时，电导率上升不明显，日常监督困难。D.树脂更要厂家专门到人员现场进行操作，冲洗也需要他们的人员，实施比较麻烦。E.根据东芝发电机对电导率0.5μS/cm的控制要求和限制，所以pH根本提升不到8以上，一般只有7.5左右，达不到提升pH的要求。

4.贫氧水质控制的建议

（1）在贫氧水质控制下，东芝发电机组定子冷却水水质指标数据符合国标和行标的要求。20多年来的水质控制符合预期，建议维持当前水质控制方式。（2）pH提升与东芝发电机手册电导率控制相冲突，建议加强与东芝公司的联系沟通和参数确认，在满足发电机手册控制指标的前提下开展相关试验。同时，从五号机组2014年和2015年两次更换树脂提升pH的试验情况来看，效果不理想。（3）加强检修期间的线棒溶氧控制，一次检修工作中，应控制空心导线内壁与空气接触时间累积不超过7天，防止贫氧和富氧模式频繁切换。若进行吹扫作业，建议使用氮气。（4）机组启动前应对定冷水压力、流量进行核对，若发现异常应及时处理。（5）若运行中发现定冷水系统腐蚀现象，可采用流量、温度扰动等措施临时处理，必要时停机进行化学清洗。