發(fā)電機(jī)定子銅線圈在內(nèi)冷水中的腐蝕與控制
2021-11-08 05:26:22
changyuan
隨著國(guó)家電力建設(shè)的迅速發(fā)展，裝機(jī)容量的不斷增大，發(fā)電機(jī)定子在運(yùn)行過程中由于能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的熱效應(yīng)加劇。為了保證發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，須采用一定的方式對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行冷卻。根據(jù)發(fā)電機(jī)類型和容量的不同，外冷式汽輪發(fā)電機(jī)常用氣體進(jìn)行冷卻，如氫冷或空冷；內(nèi)冷式汽輪發(fā)電機(jī)則采用氣體（氫氣）或液體（水或油）冷卻轉(zhuǎn)子或定子，其中水冷是定子常用的冷卻方式。定子線圈中含有一部分空芯導(dǎo)線，這些導(dǎo)線通水冷卻，可以顯著降低發(fā)電機(jī)各部位的溫度和溫升，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)壽命。但內(nèi)冷水在冷卻定子的同時(shí)，會(huì)造成空芯銅導(dǎo)線的腐蝕。
發(fā)電機(jī)定子線圈的空芯導(dǎo)線一般采用純銅，內(nèi)冷水采用去離子水。內(nèi)冷水中的可溶性離子含量很低，金屬在其中的腐蝕相對(duì)緩慢。發(fā)電機(jī)定子內(nèi)冷水系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)電導(dǎo)率要求高，銅導(dǎo)線的腐蝕不僅會(huì)使水質(zhì)惡化，電導(dǎo)率超標(biāo)，更會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的工作效率和安全。
定子內(nèi)冷水環(huán)境的腐蝕因素
不同于其他設(shè)備中的冷卻水，電力行業(yè)對(duì)定子內(nèi)冷水的水質(zhì)要求十分嚴(yán)格，針對(duì)國(guó)內(nèi)大型發(fā)電機(jī)定子內(nèi)冷水的水質(zhì)情況，制定了明確的標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1039-2016《發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水處理導(dǎo)則》。
電導(dǎo)率是評(píng)價(jià)內(nèi)冷水水質(zhì)的重要指標(biāo)，電導(dǎo)率高低代表內(nèi)冷水中溶解性離子含量的多少，定子內(nèi)冷水經(jīng)循環(huán)使用后，可能會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)密封性不好、離子交換樹脂失效或pH值過高，導(dǎo)致其電導(dǎo)率逐漸增大。
溶解氧含量是影響純銅在內(nèi)冷水中腐蝕的關(guān)鍵指標(biāo)，溶解氧直接參與銅的腐蝕過程，是內(nèi)冷水中銅腐蝕的陰極去極化劑。維持內(nèi)冷水的低溶氧量可以大幅降低純銅導(dǎo)線的氧腐蝕。封閉管路中流通的內(nèi)冷水中溶解氧量相對(duì)較低。為進(jìn)一步減小內(nèi)冷水中的溶解氧，過去有電廠采用除氧劑對(duì)內(nèi)冷水進(jìn)行除氧處理。然而，除氧劑的加入會(huì)大幅升高內(nèi)冷水電導(dǎo)率及電廠的運(yùn)行成本，其在內(nèi)冷水中的使用并不廣泛。
定子線圈的腐蝕現(xiàn)狀
定子線圈在內(nèi)冷水中的腐蝕問題會(huì)造成安全事故。盡管采取了多重控制銅腐蝕的措施，內(nèi)冷水系統(tǒng)還是會(huì)不時(shí)出現(xiàn)銅的腐蝕產(chǎn)物沉積，這會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)定子造成損害，進(jìn)而導(dǎo)致電廠的強(qiáng)制停電。沉積物堆積的部位主要是冷卻水流經(jīng)的一些小通道和彎道，有些部位橫截面積只有幾平方毫米，少量氧化銅或其他腐蝕產(chǎn)物沉積就會(huì)阻塞通道并導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過熱，近年來國(guó)內(nèi)不少電廠都發(fā)生過這類問題。
山東某電廠總裝機(jī)660MW的發(fā)電機(jī)在檢查維護(hù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)定子內(nèi)冷水系統(tǒng)的濾網(wǎng)線棒表面附著有淡綠色的腐蝕產(chǎn)物，分析發(fā)現(xiàn)其主要成分是堿式碳酸銅。發(fā)生腐蝕的原因可能是定子內(nèi)冷水系統(tǒng)的密封性不好，空氣中的CO2和O2進(jìn)入并與銅線棒發(fā)生反應(yīng)。對(duì)發(fā)電機(jī)出入口濾網(wǎng)及內(nèi)冷水系統(tǒng)進(jìn)行沖洗后，線棒溫度回歸正常。
秦山第二核電廠某QFSN-650-2型發(fā)電機(jī)歷經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，冷卻水系統(tǒng)出入口水壓大幅偏離正常值，對(duì)定子空芯導(dǎo)線檢修發(fā)現(xiàn)其內(nèi)壁有黑色腐蝕產(chǎn)物附著，主要成分為氧化銅。對(duì)定子線圈沖洗酸洗后，線棒出入口水壓恢復(fù)正常。
湖南某電廠水-氫-氫冷式發(fā)電機(jī)定子繞組和線圈槽出水溫度異常，定子內(nèi)冷水系統(tǒng)進(jìn)出水口壓力上升。停機(jī)檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，錐形濾網(wǎng)上有少量深色氧化物沉積在濾網(wǎng)孔隙中。對(duì)定子內(nèi)冷水回路進(jìn)行化學(xué)清洗后，進(jìn)出水口壓力及溫度恢復(fù)正常值，故障排除。
國(guó)內(nèi)某電廠QFSN-660-2-22型汽輪發(fā)電機(jī)，運(yùn)行7年后，定子線棒水路流通截面嚴(yán)重堵塞，致使線棒絕緣損壞，造成定子線棒接地，發(fā)電機(jī)跳閘停機(jī)。事故分析認(rèn)為造成線棒堵塞的原因是定子內(nèi)冷水系統(tǒng)及補(bǔ)水系統(tǒng)密封裝置不完善，水質(zhì)受到二氧化碳污染，使pH偏離規(guī)定值，同時(shí)，在溶解氧的作用下，銅腐蝕加劇，產(chǎn)生的銅氧化物堵塞管路，使得線棒過熱膨脹并在應(yīng)力作用下發(fā)生絕緣損壞，導(dǎo)致定子在運(yùn)行中因接地故障而發(fā)生跳閘停機(jī)事故。
為去除內(nèi)冷水系統(tǒng)中的銅腐蝕產(chǎn)物，電廠常配備過濾系統(tǒng)。如微粒過濾器，用以除去內(nèi)冷水中的微粒物，包括可能從銅表面釋放的氧化銅或氧化亞銅。下圖為定子過濾器上附著的紅色沉積物。檢查過濾器濾芯發(fā)現(xiàn)濾芯上紅色沉積物的化學(xué)成分主要為氧化亞銅以及銅單質(zhì)，還包括黑色的氧化銅顆粒。這些沉積物的附著會(huì)導(dǎo)致定子線圈冷卻水流量下降，定子線棒及出水溫度上升，影響發(fā)電機(jī)組的正常工作。
定子過濾器上附著的紅色沉積物
對(duì)于定子線圈的腐蝕控制，需要系統(tǒng)分析定子線圈腐蝕的影響因素，制定合理的防護(hù)措施，下面將從定子內(nèi)冷水水質(zhì)、緩蝕劑、工作環(huán)境等多個(gè)角度提出控制策略。
定子線圈腐蝕的影響因素
1 溶解氧的影響
定子內(nèi)冷水系統(tǒng)通常呈密封狀態(tài)，但在實(shí)際運(yùn)行過程中不可避免會(huì)有少量空氣進(jìn)入系統(tǒng)，造成內(nèi)冷水中銅導(dǎo)線腐蝕。
銅的腐蝕產(chǎn)物與溶解氧含量有關(guān)。當(dāng)溶解氧質(zhì)量濃度低于100μg/L時(shí)，銅被氧化成氧化亞銅；當(dāng)溶解氧質(zhì)量濃度為200~300μg/L時(shí)，氧化亞銅繼續(xù)被氧化生成氧化銅，且在此條件下銅的腐蝕速率最大。研究表明，銅發(fā)生腐蝕時(shí)，其表面通常會(huì)生成雙層膜，內(nèi)層為Cu2O，外層為CuO層，且Cu2O和CuO在水中的溶解度均受溶解氧含量的影響，一般來說較低的溶解氧含量會(huì)大幅降低銅的腐蝕速率。此外，氧化物膜的穩(wěn)定性也受溶解氧含量的影響，當(dāng)內(nèi)冷水中的溶解氧含量小于20μg/L時(shí)，Cu2O穩(wěn)定存在；而當(dāng)溶解氧含量高于20μg/L時(shí)，CuO可以穩(wěn)定存在。
2 pH值的影響
內(nèi)冷水pH值對(duì)銅的腐蝕過程有影響顯著。在酸性介質(zhì)中，氫離子可以破壞銅表面氧化膜的穩(wěn)定性。在中性或堿性介質(zhì)中，銅表面發(fā)生氧化產(chǎn)生的氧化亞銅膜穩(wěn)定性較好，對(duì)金屬基體具有良好的保護(hù)作用。pH還會(huì)影響氧化亞銅的溶解速率，在一定范圍內(nèi)，升高溶液pH可以使氧化亞銅的溶解速率處于較低水平，但是pH過高又會(huì)促進(jìn)Cu2O向CuO轉(zhuǎn)變。pH升高還會(huì)對(duì)氧化膜的厚度產(chǎn)生明顯影響，在堿性溶液（pH為7.5~8.5）中，采用原子力顯微鏡觀察銅表面的腐蝕產(chǎn)物膜，發(fā)現(xiàn)其在pH7.5溶液中形成的氧化膜厚度為30~60nm，在pH8.5溶液中形成的氧化膜厚度顯著增加，達(dá)到400nm，且完整覆蓋銅表面的氧化膜具有更高的粗糙度和更好的附著力。
3 溶解二氧化碳的影響
一旦內(nèi)冷水系統(tǒng)密封不完全，空氣中的二氧化碳就會(huì)溶解在內(nèi)冷水中，生成碳酸，碳酸繼續(xù)電離出H+，從而降低內(nèi)冷水的pH。內(nèi)冷水中溶解的二氧化碳還會(huì)與銅表面的氧化膜Cu2O反應(yīng)，生成堿式碳酸銅。因此，當(dāng)內(nèi)冷水中同時(shí)存在溶解氧和二氧化碳時(shí)，與Cu2O反應(yīng)會(huì)使銅的耗氧腐蝕得到促進(jìn)，而且生成的堿式碳酸銅不易在空芯銅導(dǎo)線內(nèi)壁附著，容易被水流沖刷而隨內(nèi)冷水在系統(tǒng)中流動(dòng)，進(jìn)一步損壞銅表面的氧化膜而加劇銅導(dǎo)線的腐蝕。腐蝕加速使內(nèi)冷水中Cu2+?CO32+等雜質(zhì)離子濃度顯著增大，進(jìn)而提高了內(nèi)冷水的電導(dǎo)率。固態(tài)腐蝕產(chǎn)物還可能在銅導(dǎo)線的內(nèi)壁堆積，影響銅導(dǎo)線的傳熱性能并降低內(nèi)冷水的流量，使得內(nèi)冷水的冷卻效果下降。
4 電導(dǎo)率的影響
電導(dǎo)率是評(píng)價(jià)內(nèi)冷水水質(zhì)的一項(xiàng)主要指標(biāo)，從電化學(xué)角度來看，電導(dǎo)率越低則溶液電阻越大，發(fā)生電化學(xué)腐蝕的阻力也就越大，腐蝕電流密度則越小。DL/T 1039-2016《發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水處理導(dǎo)則》規(guī)定的內(nèi)冷水電導(dǎo)率不高于2μS/cm。但也有觀點(diǎn)認(rèn)為，在太純凈的水中金屬的溶解速度反而會(huì)增加，如當(dāng)內(nèi)冷水電導(dǎo)率低于1μS/cm時(shí)，銅的溶解明顯增大，腐蝕加速；當(dāng)內(nèi)冷水的電導(dǎo)率降到0.5μS/cm時(shí)，銅的腐蝕速度增加了1.8倍；當(dāng)其電導(dǎo)率降到0.2μS/cm時(shí)，銅的腐蝕速度增加了35倍，該觀點(diǎn)還需要更多試驗(yàn)來驗(yàn)證。一般來說，僅通過降低內(nèi)冷水的電導(dǎo)率來控制腐蝕不夠嚴(yán)謹(jǐn)，還要結(jié)合其他因素綜合考慮。
定子線圈腐蝕的控制方法
1 改善定子內(nèi)冷水的水質(zhì)
降低內(nèi)冷水的溶解氧含量
目前，電廠常采用氫氣覆蓋在內(nèi)冷水的上方，以隔絕空氣，減少氧氣和二氧化碳溶入內(nèi)冷水中。具體實(shí)施時(shí)在水箱充水之前先將發(fā)電機(jī)內(nèi)充入氫氣并加壓，使其到達(dá)一定的壓力，除去發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)的空氣。之后，向系統(tǒng)中充入冷卻水置換出氫氣。待水箱充滿水后啟動(dòng)泵以一定的壓力使冷卻水進(jìn)入定子繞組線圈，反復(fù)充水使水箱的水位降低，再向水箱內(nèi)充氫氣。通過這樣嚴(yán)格的水-氣置換，安全地排出氧氣和二氧化碳并使系統(tǒng)隔絕了空氣。
也可以在渦輪發(fā)電機(jī)定子繞組到真空箱的冷卻水回流管道間設(shè)計(jì)安裝小型的除氧機(jī)，以進(jìn)一步嚴(yán)格除氧，這可大幅降低定子線圈的腐蝕。國(guó)外有電廠利用該方案進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)定子繞組水冷系統(tǒng)中銅導(dǎo)體的腐蝕速率平均降低了2.1倍，有效阻止了定子線圈的耗氧腐蝕。在氫水冷式渦輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)改造中可以參考此方法。
國(guó)內(nèi)也有采用氮?dú)飧采w的方式除氧。與氫氣覆蓋相比，其隔絕效果略差。主要是因?yàn)榈獨(dú)饷芏扰c空氣相當(dāng)，一旦系統(tǒng)中有空氣進(jìn)入，不易排除干凈。而氫氣密度低，可以覆蓋在水箱頂部，使系統(tǒng)在完全封閉的條件下運(yùn)行，不必?fù)?dān)心水封吹破，冷卻水罐和回水管線均可充滿氫氣，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。使用氫氣密封的唯一缺點(diǎn)就是氫氣是可燃?xì)怏w，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，在設(shè)備運(yùn)行過程中要謹(jǐn)慎使用。
內(nèi)冷水微堿處理
一般電廠都使用除鹽水或凝結(jié)水作為定子線圈的內(nèi)冷水。除鹽水中的雜質(zhì)離子含量極低，電導(dǎo)率小，符合電力行業(yè)有關(guān)定子內(nèi)冷水的標(biāo)準(zhǔn)。由于內(nèi)冷水電導(dǎo)率很低，幾乎無緩沖性，當(dāng)空氣中的CO2溶入后會(huì)使內(nèi)冷水的pH低于7，較低pH條件下銅導(dǎo)線的腐蝕更為嚴(yán)重。因此，維持內(nèi)冷水的pH在合適的范圍是緩解銅導(dǎo)線腐蝕的行之有效的方法。
國(guó)內(nèi)過去對(duì)定子內(nèi)冷水的要求比較低，通常使用凝結(jié)水并在凝結(jié)水系統(tǒng)連接加氨裝置。內(nèi)冷水中微量的氨可以使其pH保持在8.8以上，但添加氨水會(huì)增大內(nèi)冷水的電導(dǎo)率，且氨還會(huì)與銅離子反應(yīng)產(chǎn)生絡(luò)合物堵塞線圈，如果系統(tǒng)中有混床水處理裝置還會(huì)造成樹脂污染，使之失效。
另外，也有采用NaOH來調(diào)節(jié)內(nèi)冷水pH至8~9，但綜合內(nèi)冷水中存在的其他離子如Cu2+,Cu+等，這種處理方式可使內(nèi)冷水的總電導(dǎo)率超過2μS/cm，且隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，電導(dǎo)率不斷增加，甚至?xí)^5μS/cm，電導(dǎo)率過高的內(nèi)冷水不符合定子線圈的絕緣要求。在使用堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)內(nèi)冷水的pH時(shí)，pH和電導(dǎo)率很難同時(shí)達(dá)到要求。目前較為可靠的提高內(nèi)冷水pH的方法是采用特殊的離子交換使內(nèi)冷水呈弱堿性，同時(shí)滿足內(nèi)冷水的電導(dǎo)率要求，達(dá)到緩解定子線圈腐蝕的目的。
小混床處理
小混床處理的目的是除去冷卻水中的雜質(zhì)離子，電廠常用的小混床有RNa-ROH型樹脂混床和RH-ROH型樹脂混床。許多電廠在實(shí)際生產(chǎn)中常將RNa-ROH型樹脂和RH-ROH型樹脂配合使用。利用RH-ROH型樹脂控制冷卻水的電導(dǎo)率，利用RNa-ROH型樹脂控制內(nèi)冷水的弱堿性，使內(nèi)冷水的電導(dǎo)率和pH同時(shí)滿足要求，控制內(nèi)冷水電導(dǎo)率為1~5μS/cm、pH為7~9，既滿足了內(nèi)冷水的水質(zhì)要求，又最大程度地降低了定子線圈的腐蝕。
2 添加緩蝕劑
在內(nèi)冷水中添加緩蝕劑是傳統(tǒng)的定子空芯銅線圈腐蝕控制方法，較早開發(fā)的緩蝕劑有2-巰基苯駢噻唑（MBT）和苯并三氮唑（BTA），其因?qū)?nèi)冷水中銅腐蝕具有優(yōu)異的緩蝕效果而被廣泛使用。這兩種緩蝕劑對(duì)純銅具有相同的緩蝕機(jī)理，即緩蝕劑分子在銅表面以化學(xué)或物理吸附的方式形成吸附膜，將銅基體與腐蝕介質(zhì)隔離，以抑制銅的腐蝕。但這兩種緩蝕劑在使用過程中均存在一定的缺陷。如在使用時(shí)需嚴(yán)格控制緩蝕劑濃度，濃度過低非但不能起緩蝕作用，反而會(huì)加速銅腐蝕；而濃度太高也會(huì)降低其緩蝕效果，這是因?yàn)檫@類緩蝕劑在銅表面的吸附成膜方式：使用濃度較低時(shí)，隨著緩蝕劑濃度的增加，緩蝕率逐漸增大，此時(shí)緩蝕劑分子傾向于在與銅表面平行的方向吸附；緩蝕劑達(dá)到最佳濃度后，繼續(xù)增加緩蝕劑濃度則會(huì)引起分子間的排斥力，導(dǎo)致緩蝕劑分子的垂直或非平面吸附，使緩蝕率下降。BTA發(fā)揮最佳緩蝕作用的濃度遠(yuǎn)小于MBT，且其加入對(duì)溶液電導(dǎo)率的影響不大。另外MBT在使用時(shí)必須加堿溶解，這會(huì)增加內(nèi)冷水的電導(dǎo)率。添加傳統(tǒng)緩蝕劑在一定程度減緩了定子線圈的腐蝕，但由于MBT等緩蝕劑的水溶性較差，容易以不溶態(tài)附著在線圈內(nèi)壁而影響內(nèi)冷水的冷卻效果。
根據(jù)內(nèi)冷水系統(tǒng)的特點(diǎn)和環(huán)保要求，若要采用緩蝕劑控制銅在內(nèi)冷水中的腐蝕，需要結(jié)合內(nèi)冷水環(huán)境研究設(shè)計(jì)更合適的緩蝕劑。一般用于內(nèi)冷水的緩蝕劑需滿足以下三點(diǎn)使用要求：
（1）低毒環(huán)保，隨著環(huán)保要求的提高以及內(nèi)冷水水質(zhì)要求，銅緩蝕劑通常都要求添加量少，毒性小，無污染。
（2）緩蝕性能更好，銅緩蝕劑分子大多是依靠其有機(jī)基團(tuán)與金屬表面的化學(xué)吸附，以隔絕介質(zhì)中腐蝕性離子的侵蝕作用。
（3）使用時(shí)不應(yīng)對(duì)內(nèi)冷水的電導(dǎo)率產(chǎn)生較大影響，以一定量加入時(shí)既能有良好的緩蝕率，又能滿足內(nèi)冷水的低電導(dǎo)率要求。這些年研究的一些新型銅緩蝕劑主要有唑類和氨基酸類以及席夫堿有機(jī)緩蝕劑。
唑類緩蝕劑目前研究較多，基于傳統(tǒng)緩蝕劑改進(jìn)衍生出一系列新型唑類緩蝕劑，如2-MBT，其有機(jī)分子中氮或硫的存在可以通過與銅形成配位鍵來提高其緩蝕性能，溶解在溶液中的2-MBT還可以與銅反應(yīng)形成絡(luò)合物，該絡(luò)合物可在銅表面起保護(hù)作用。四唑類衍生物，如5-苯基四唑，鄰溴5-苯基四唑等，其通過Cu-N鍵與銅表面原子發(fā)生化學(xué)吸附，且動(dòng)電位極化分析其既能抑制陽極銅的溶解過程，還能抑制陰極氧的還原，所形成的吸附膜具有較高的吸附能和覆蓋度，緩蝕性能突出，甚至在較強(qiáng)的酸性溶液中都能穩(wěn)定發(fā)揮其緩蝕性能，可作為酸洗緩蝕劑應(yīng)用于定子銅導(dǎo)線在停機(jī)期間的酸洗過程。
氨基酸和席夫堿類緩蝕劑作為銅緩蝕劑的研究已有多年。氨基酸類緩蝕劑在結(jié)構(gòu)上存在氨基基團(tuán)，可作為良好的吸附位點(diǎn)吸附于銅表面而發(fā)揮緩蝕作用。較早研究的氨基酸類有機(jī)緩蝕劑有聚天冬氨酸（PASP）、半胱氨酸（Cys）、蛋氨酸（Met）、丙氨酸（Ala）等。對(duì)于微堿性的內(nèi)冷水環(huán)境，半胱氨酸也有良好的緩蝕性能。半胱氨酸分子中除含氨基基團(tuán)外，還存在a-SH基團(tuán)，在堿性條件下也可吸附在銅表面形成Cu（I）cys保護(hù)膜，Cu（I）cys配合物因其較高的穩(wěn)定性而具有有效的緩蝕作用。席夫堿是含有R2C=NR基團(tuán)的胺、酮或醛的縮合產(chǎn)物，其分子結(jié)構(gòu)中的亞氨基團(tuán)極易與金屬配合，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的配合物，從而起到良好的緩蝕作用。雖然一些新型緩蝕劑較傳統(tǒng)緩蝕劑在緩蝕性能或環(huán)保上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但若要實(shí)際應(yīng)用，還需驗(yàn)證其是否能滿足內(nèi)冷水的要求。
3 嚴(yán)格的水質(zhì)監(jiān)測(cè)
在內(nèi)冷水系統(tǒng)配置相應(yīng)的進(jìn)出口水監(jiān)測(cè)裝置，在線監(jiān)測(cè)壓力、流量、溫度及電導(dǎo)率等參數(shù)。另外配置斷水保護(hù)在線監(jiān)測(cè)、漏水檢測(cè)裝置，以提高內(nèi)冷水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)水平。同時(shí)需注意，儀表冷卻不良或定子內(nèi)冷水系統(tǒng)水質(zhì)參數(shù)設(shè)定不當(dāng)都會(huì)帶來空芯銅導(dǎo)線的腐蝕問題。完善的監(jiān)測(cè)裝置可以幫助系統(tǒng)工程師監(jiān)視水質(zhì)并將參數(shù)保持在設(shè)計(jì)值之內(nèi)。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，一旦冷卻水系統(tǒng)水流量或壓力，以及進(jìn)出口水溫出現(xiàn)異常，水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將立即反饋異常信息，并提供充裕的時(shí)間使發(fā)電機(jī)恢復(fù)正常工作，防止冷卻水系統(tǒng)進(jìn)一步阻塞。
定子線圈的保養(yǎng)
1 化學(xué)清洗
定子內(nèi)冷水系統(tǒng)的腐蝕產(chǎn)物沉積在空芯銅導(dǎo)線內(nèi)壁會(huì)造成內(nèi)冷水流量下降，影響傳熱并導(dǎo)致定子線圈的局部過熱而影響定子正常工作，因此在發(fā)電機(jī)停機(jī)期間常采用化學(xué)清洗藥劑清洗內(nèi)冷水系統(tǒng)管路，以除去管壁上的腐蝕產(chǎn)物和其他垢層。影響化學(xué)清洗質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一是選取合適的清洗劑。清洗劑的選擇通常需要滿足以下條件：
（1）不能對(duì)銅導(dǎo)線造成較大腐蝕。
（2）銅氧化物去除率較高。
目前應(yīng)用于發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)的清洗劑主要有冰醋酸、檸檬酸、氨基磺酸、羥基乙酸等。通常采用氨基磺酸和羥基乙酸的復(fù)合酸，并配合加入一定量的緩蝕劑例如BTA。
緩蝕劑的作用是在清洗過程中抑制清洗劑對(duì)銅導(dǎo)線的腐蝕?；瘜W(xué)清洗的對(duì)象不僅是定子線圈，還包括發(fā)電機(jī)空芯線棒內(nèi)表面、換熱器、濾網(wǎng)、內(nèi)冷水水箱定子水泵及相連接的管道等。
內(nèi)冷水流通的整個(gè)回路均應(yīng)清洗，特別是洗除管壁或彎道處沉積的銅氧化物，過濾器和過濾篩等也須徹底清洗從而恢復(fù)內(nèi)冷水的流量。
清洗的順序是先水洗再酸洗，最后再水洗。而且在酸洗的過程中要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)清洗劑中的銅離子含量，待其濃度達(dá)到平衡時(shí)才可停止酸洗。水洗時(shí)要使用符合要求的除鹽水，待出水口的pH達(dá)到8~9，電導(dǎo)率小于2μS/cm時(shí)，清洗過程完成。
清洗結(jié)束后應(yīng)烘干定子線圈，后續(xù)通常還要對(duì)定子繞組進(jìn)行絕緣測(cè)試，檢測(cè)定子絕緣是否達(dá)到實(shí)際運(yùn)行要求。
化學(xué)清洗后，沉積在銅表面的腐蝕產(chǎn)物被除去，使銅基表面裸露。為了防止裸露的銅表面發(fā)生新的腐蝕，清洗后通常還會(huì)對(duì)銅表面進(jìn)行預(yù)膜處理，處理時(shí)加入堿化劑使新的銅基表面重新氧化生成鈍化膜，從而抑制了侵蝕性離子對(duì)銅基體的腐蝕。但在弱酸性條件下，鈍化膜也易和水中的H+反應(yīng)，釋放出的Cu2+和Cu+進(jìn)入內(nèi)冷水，增加了內(nèi)冷水中的銅含量同時(shí)會(huì)使電導(dǎo)率超標(biāo)。為阻止鈍化膜的溶解，可進(jìn)一步的加入預(yù)膜劑，通常為按一定比例配比的BTA和MBT的混合物。BTA可以與Cu2O反應(yīng)生成穩(wěn)定絡(luò)合膜，具有較好的耐蝕性，MBT則可以增強(qiáng)膜的保護(hù)性。
2 定子線圈的干保養(yǎng)
定子線圈的干保養(yǎng)是國(guó)內(nèi)許多電廠在停機(jī)期間常采納的保養(yǎng)方法。具體措施是在定子長(zhǎng)期停運(yùn)期間，向空芯線圈中吹入干燥空氣，使內(nèi)冷水系統(tǒng)內(nèi)的相對(duì)濕度小于60%，再抽真空進(jìn)一步除去線圈內(nèi)的水分并控制內(nèi)部相對(duì)濕度小于30%，最后向系統(tǒng)內(nèi)充入氮?dú)馐怪幱跓o氧狀態(tài)。為了除去定子線圈結(jié)構(gòu)中某些死角處的水分和氧氣，還需要反復(fù)抽真空以降低線圈內(nèi)的濕度。
實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，定子線圈的干保養(yǎng)可以大幅減少定子線圈內(nèi)的水分和氧氣，從而有效控制定子在停運(yùn)期間的腐蝕。但要完全消除線圈內(nèi)的水和空氣，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和成本對(duì)線圈進(jìn)行反復(fù)的抽真空吹掃。
結(jié)束語
定子線圈的腐蝕與定子內(nèi)冷水的水質(zhì)條件緊密相關(guān)，內(nèi)冷水環(huán)境對(duì)空芯銅導(dǎo)線的腐蝕起主要作用。內(nèi)冷水水質(zhì)控制要綜合考慮水的電導(dǎo)率、pH、溶解氧量、溶解二氧化碳含量等多項(xiàng)指標(biāo)，并改進(jìn)內(nèi)冷水處理技術(shù)。在滿足內(nèi)冷水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，研究開發(fā)新型環(huán)保高效的緩蝕劑也是應(yīng)對(duì)定子腐蝕的重要方向。
此外，在發(fā)電機(jī)停用期間，對(duì)定子線圈的清潔保養(yǎng)也是控制其腐蝕的重要手段。
同時(shí)，需建立有效的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，防止因內(nèi)冷水水質(zhì)惡化而導(dǎo)致銅的腐蝕加劇，進(jìn)而造成內(nèi)冷水流量的下降，甚至堵塞線圈從而危害運(yùn)行安全。
針對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)特殊的腐蝕環(huán)境，未來還需進(jìn)行更多詳細(xì)的研究工作，分析各種因素對(duì)定子銅線圈腐蝕的影響，提出更有效的方法應(yīng)對(duì)定子線圈的腐蝕問題。
作者：于華強(qiáng)，孟新靜，葛紅花
工作單位：上海電力大學(xué) 上海熱交換系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心 上海市電力材料防護(hù)與新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
通信作者：孟新靜，講師，博士，主要從事材料的腐蝕與防護(hù)研究工作。
來源：《腐蝕與防護(hù)》2021年10期