发电机冷却水水质标准探讨

发电机冷却水水质标准探讨摘要：发电机冷却水控制ｐＨ、电导率和水中铜离子含量，是为了保证发电机有足够的电气绝缘性能和防止对空芯铜导线产生侵蚀性。发电机冷却水水质标准有ＳＤ163—1985、ＧＢ12145—1989、ＧＢ7604—1986，其控制指标各异。阐述了三个标准中电导率、ｐＨ不同的原因，根据理论计算和实际分析，按ＳＤ163—1985控制电导率在5.0μＳ/ｃｍ以内，既能保证发电机的电气绝缘性能，又可通过提高ｐＨ值或向冷却水中加入缓蚀剂，达到防腐目的。因此，建议采用ＳＤ163—1985作为发电机冷却水水质标准。关键词：发电机冷却水；铜腐蚀；电气绝缘性能由于水内冷发电机具有单机容量大、体积小、重量轻等特点，因此，在电厂中得到广泛应用。国外大型水内冷机组采用的是全密闭式冷却水系统，系统内充以惰性气体，维持正压，防止氧和二氧化碳的进入，并用除氧装置和混和床来控制电导率及去除铜离子，调节冷却水水质无氧，从而提高发电机的绝缘性能和防止腐蚀。国内由于投资及多方面的原因，做到完全密封比较困难。一般采用敞开式冷却水系统。不论是密闭式还是敞开式，冷却水电导率的控制在国内外差异较大，一般在0.5～10μＳ/ｃｍ。电导率控制的高低，应从电气绝缘性能和腐蚀角度考虑。冷却水电导率越小，电气绝缘性能越好，但水质的ｐＨ不易控制，ｐＨ偏低，易发生铜腐蚀。应寻求一个既能保证发电机绝缘性能，又能防止铜管腐蚀的控制标准。1发电机冷却水控制标准1.1发电机冷却水水质的要求由于发电机冷却水是在高压电场中作冷却介质。应以保证发电机安全、经济运行为前提，其基本要求是：(1)有足够的绝缘性能，即较低的电导率。电导率高，冷却水中的离子含量多，在电场作用下会导电，而水系统的外壳接地。所以，发电机冷却水水质不良会引起发电机绕阻对地短路，导致泄漏电流和损耗增加，严重时还会发生电气闪络，闪络时除了泄漏电流急剧增大外，还会引起闪络部位的水沸腾，形成高压的水和蒸汽混合物，破坏了冷却水的正常循环，甚至损坏设备。(2)对发电机的空芯铜导线和冷却水系统应无侵蚀性，即要有较高的ｐＨ值。如果有侵蚀性，则铜腐蚀产物在空芯铜导线的内表面沉积，使热传导受到阻碍，造成发电机线圈温升增加，腐蚀产物甚至会堵塞空芯铜导线而造成线圈过热，水压降增大，直接影响发电机的出力，最终可能导致发电机线圈的损坏。(3)不允许发电机冷却水中的杂质在空芯铜导线内结垢。由于冷却水水质纯净，没有硬度或硬度非常小，不会结钙、镁垢。但如果有腐蚀产物或灰尘等进入，会使其附着在铜管上，可定期进行清洗除去。1.2控制标准基于对发电机冷却水的要求，冷却水水质应有适宜的ｐＨ值、电导率和较低的铜离子含量。发电机冷却水控制有部颁标准和国家标准，但对电导率的控制指标不相同，表1为原水利部标准(ＳＤ163—1985)、表2为国家标准(ＧＢ12145—1989)规定的发电机冷却水水质。表1水内冷发电机冷却水质量标准(ＳＤ163—1985)处理方式电导率/μＳ·ｃｍ-1(25℃)铜/μｇ·Ｌ-1ｐＨ(25℃)添加缓蚀剂≤5≤406.8不添加缓蚀剂≤5≤2007.6表2水内冷发电机冷却水质量标准(ＧＢ12145—1989)处理方式电导率/μＳ·ｃｍ-1(25℃)铜/μｇ·Ｌ-1ｐＨ(25℃)添加缓蚀剂≤10≤406.8不添加缓蚀剂≤10≤2007.0而国家标准(ＧＢ7064—1986)《汽轮发电机通用条件》中对发电机冷却水水质要求如下：(1)100ＭＷ以下发电机冷却水电导率不大于5.0μＳ/ｃｍ；(2)100ＭＷ及以上不大于2.0μＳ/ｃｍ。其中，ｐＨ为6.5～8.0。1.2.1三个标准中电导率不同的原因分析三个标准中对电导率要求的差异不是由于标准的改进造成的，它们是从不同角度考虑并在各自领域发挥作用的现行标准。ＳＤ163—1985和ＧＢ12145—1989由电力行业提出，前者作为部颁标准，后者升为国家标准。是根据运行经验和理论计算制定的。ＧＢ12145—1989相应要求偏低，适应范围更广。ＧＢ7064—1986与ＧＢ12145—1989无直接联系，它是由设备制造行业提出，从提高发电机绝缘性能考虑对水质要求较严格。目前，随着小机组的逐渐淘汰，一般都为100ＭＷ及以上机组，则要求电导率不大于2.0μＳ/ｃｍ。1.2.2按国标(ＧＢ7064—1986)控制的难点发电机制造厂家按国标(ＧＢ7064—1986)规定，拟定运行参数，电厂遵照厂家要求控制电导率不大于2.0μＳ/ｃｍ，ｐＨ值在6.5～8.0，但在执行过程中遇到困难。(1)ｐＨ值和电导率不能同时达标：发电机冷却水的补充水为除盐水或凝结水，也可将除盐水和凝结水按一定比例补充。电厂中除盐水其ｐＨ值为7.0，电导率小于0.2μＳ/ｃｍ。但除盐水箱不严密，受二氧化碳等溶解气体的影响，除盐水的ｐＨ值低于7.0，电导率变为1.0μＳ/ｃｍ。溶解的二氧化碳越多，ｐＨ值越低。每升除盐水最多可溶解1ｍｇ的二氧化碳，ｐＨ值将降至5.5。发电机冷却水补除盐水后，ｐＨ值在6.4，电导率为1.5μＳ/ｃｍ，电导率合格，但ｐＨ值偏低，会发生铜腐蚀。凝结水为蒸汽作功后的冷凝水，其ｐＨ值为8.0～9.0，电导率为2.0μＳ/ｃｍ左右。ｐＨ值高的原因为凝结水含有微量氨，但凝结水的电导率受给水加氨调整的影响大。如发电机冷却水补充凝结水，随着冷却水溶解气体的增多，电导率必然会增大，超过控制的2.0μＳ/ｃｍ。表3为某厂补充不同水质补充水，发电机冷却水水质情况。表3补充水为除盐水和凝结水时发电机冷却水水质情况补充水ｐＨ(25℃)电导率/μＳ·ｃｍ-1(25℃)Ｃｕ2+/μｇ·Ｌ-1除盐水6.341.2380凝结水7.544.520凝结水和除盐水按比例混合补充，由于给水加氨量及运行工况的变化，凝结水电导率也会发生变化，具体实施可操作性差，现场也无法控制。向冷却水中加入铜缓蚀剂可防止铜的腐蚀，但铜缓蚀剂的加入势必增加电导率，即使补充除盐水也会使电导率超过2.0μＳ/ｃｍ。综上所述，不论采用何种办法，ｐＨ值、铜离子含量和电导率不能同时达到要求。(2)ｐＨ值控制在6.9以下不能防止铜腐蚀：在有溶解氧的情况下，在除盐水或含盐量不高的冷却水中，其表面将因全面均匀腐蚀而生成具有双层结构的氧化膜，底层为氧化亚铜，表层为氧化亚铜或氧化铜。铜的电极电位高，ｐＨ值在铜的腐蚀中起关键作用，当ｐＨ值低于6.9时，水质显弱酸性，水中的氢离子与铜的氧化膜反应。此时，铜处于腐蚀区，表面很难形成稳定的表面膜，铜的腐蚀急剧增加。发电机冷却水在敞开系统中，氧和二氧化碳的溶解，一方面，使冷却水的ｐＨ值低于6.9，发生铜腐蚀。另一方面，水中游离二氧化碳又破坏铜管的初始氧化膜，使铜管表面的氧化铜保护膜变成碱式碳酸铜，反应式如下：2Ｃｕ2Ｏ+2ＣＯ2+2Ｈ2Ｏ+Ｏ2——2ＣｕＣＯ3·2Ｃｕ(ＯＨ)2生成的碱式碳酸铜在水流的冲刷下容易被剥落，铜的基体更易遭到腐蚀，使冷却水中的铜含量明显增加。从表3可看出，ｐＨ值6.34，铜离子达380μｇ/Ｌ，说明要防止铜腐蚀，必须提高ｐＨ值，至少应控制ｐＨ值在7.0以上。但ＧＢ7064—1986控制ｐＨ值6.5～8.0，如ｐＨ值在6.5～6.9，也符合标准，但铜处于腐蚀区，铜的腐蚀没有得到抑制。1.2.3采用部标(ＳＤ163—1985)控制冷却水水质冷却水控制电导率，是绝缘的需要，以防止产生泄漏电流。引起发电机冷却水泄漏电流的部位主要是绝缘引水管，每根绝缘引水管泄漏电流值可由下式计算：(1)式中，Ｉ为泄漏电流值，ｍＡ；ｋ为水的电导率，μＳ/ｃｍ；Ｌ为绝缘引水管的长度，ｃｍ；ｄ为绝缘引水管内径，ｃｍ；ｕ为定子线圈或转子线圈的电压，Ｖ。绝缘引水管的常见规格有Ｄ14ｍｍ×2ｍｍ，Ｄ19ｍｍ×2ｍｍ。长度依定子线圈而定，一般是30～40ｍｍ/ｋＶ。如以13.8ｋＶ发电机定子电压为例，设绝缘引水管长度为500ｍｍ，规格为Ｄ19ｍｍ×2ｍｍ。由(1)式计算，当冷却水电导率为2μＳ/ｃｍ，泄漏电流为0.97ｍＡ；当电导率为10μＳ/ｃｍ时，泄漏电流为4.8ｍＡ。从数据看，泄漏电流值较小，为毫安级。且当电导率为10μＳ/ｃｍ时，相应的绝缘电阻已约10ＭΩ。发电机对绝缘电阻和泄漏电流无明确规定，据介绍，为模拟绝缘引水管试验，用充满水的聚四氟乙烯塑料管在12ｋＶ的电压下进行耐压试验，测得电气闪络的泄漏电流为60～70ｍＡ，考虑金属氧化物或金属颗粒对泄漏电流的影响，冷却水电导率在5.0μＳ/ｃｍ时，泄漏电流为2.4ｍＡ，能满足发电机绕阻绝缘的需要。目前，敞开式冷却水系统大都控制电导率低于5.0μＳ/ｃｍ，保证了机组的安全经济运行。当电导率控制在5.0μＳ/ｃｍ以下，才有条件提高冷却水的ｐＨ值，并可对铜管进行缓蚀处理。当然，在防止腐蚀的同时，应尽量使电导率小一些。从防腐和绝缘角度考虑，推荐使用部颁标准(ＳＤ163—1985)。2发电机冷却水的控制当冷却水的标准确定后，冷却水可按下列方法控制。(1)补充凝结水凝结水的ｐＨ值在8.0～9.0，电导率为2.0μＳ/ｃｍ左右，控制凝结水的补水量，使冷却水的ｐＨ值达7.6以上，电导率不大于5.0μＳ/ｃｍ，达到部颁标准(ＳＤ163—1985)的要求。补充凝结水的缺点：敞开式冷却水系统不严密，氨气挥发，二氧化碳等气体的溶解，将使冷却水ｐＨ值降低。须连续补充凝结水，才能保证冷却水的ｐＨ值。凝结水的补入，冷却水箱须放出部分水，才能保持水量平衡。这部分水直接排掉，损失大，不经济，如回收至凝结水中，铜离子带入锅炉系统，产生铜垢，发生腐蚀。且凝结水的ｐＨ值、电导率随给水的加氨量变化发生波动，使冷却水不易控制，如氨的含量高，使铜管发生氨腐蚀。目前，单纯补凝结水这种方式已逐渐被淘汰。(2)添加缓蚀剂通过补凝结水控制冷却水适宜的ｐＨ值、电导率后，向冷却水中添加缓蚀剂，达到防腐，减少换水的目的。常用的铜缓蚀剂有2—巯基苯并噻唑(ＭＢＴ)、苯并三唑等。近来，一些复合高效缓蚀剂的研究越来越引起人们的重视，有待进一步推广。3结论(1)敞开式发电机冷却水系统的水质控制，从电气绝缘和腐蚀考虑，应使用ＳＤ163—1985标准；(2)应大力推广复合高效的铜缓蚀剂，防止铜腐蚀。