發(fā)電機定子線棒腐蝕的原因分析及防范措施探討

1、貴賓會員zhuh提供-發(fā)電機定子線棒腐蝕的原因分析及防范措施探討庹文群(華能岳陽電廠湖南岳陽414002摘要 對水冷式發(fā)電機空心銅導(dǎo)線的腐蝕因素進(jìn)行了分析,就2008 年2 月3 月對華能系統(tǒng)29 家電廠所采用的防腐蝕措施的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行了分析比較,結(jié)合現(xiàn)場實踐經(jīng)驗,提出了幾種安全可行的防腐蝕措施。關(guān)鍵詞 發(fā)電機定子線棒腐蝕防范措施探討大型發(fā)電機的冷卻方式有“水-氫-氫”、“水-水-氫”、“水-水-空” 三種,我國汽輪發(fā)電機組廣泛采用“水-氫-氫”冷卻方式,即定子繞組用水內(nèi)冷,轉(zhuǎn)子繞組用氫內(nèi)冷,定子鐵芯及其他部分用氫冷。水內(nèi)冷發(fā)電機最大的問題就是銅導(dǎo)線的腐蝕,其危害一方面是引起冷卻水中銅離子含量

2、增加,使冷卻水的電導(dǎo)率上升,從而導(dǎo)致發(fā)電機泄漏電流的增加,另一方面是腐蝕產(chǎn)物在空芯銅導(dǎo)線內(nèi)的沉積,這有可能使空芯銅導(dǎo)線內(nèi)部發(fā)生堵塞,從而導(dǎo)致銅導(dǎo)線的溫度明顯上升,甚至導(dǎo)致絕緣受損。根據(jù)對華能系統(tǒng)所屬電廠采取的銅線棒防腐蝕措施及其水質(zhì)狀況的調(diào)查,結(jié)合我廠的實際情況,就發(fā)電機空心銅導(dǎo)線的腐蝕原因及其防范措施進(jìn)行探討。1 銅的腐蝕機理銅腐蝕的根本原因是冷卻水中存在著溶解氧和溶解二氧化碳,此外在腐蝕過程中生成的二價銅離子對銅的腐蝕有加速作用。這一腐蝕過程的反應(yīng)如下: 2發(fā)電機定子線棒腐蝕的影響因素由CuH2O 體系電位pH 平衡圖可知,金屬銅的熱力學(xué)免蝕區(qū)與H2O 的熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)部分重疊,那么金屬銅在

3、H2O 中具有足夠的穩(wěn)定性,在無氧化劑或能與Cu 離子生成可溶性絡(luò)合物的水溶液中,金屬銅一般不發(fā)生腐蝕,金屬銅處于免蝕區(qū);但在有氧化劑的酸性溶液或強堿性條件下,金屬銅處于腐蝕區(qū);在中性或弱堿性條件下和有氧化劑存在時,金屬銅表面形成的氧化物具有穩(wěn)定性能對金屬銅基體起到保護(hù)作用,從而使金屬銅鈍化。 銅在純水中的腐蝕,并非隨著水中氧的濃度成比例升高,而是先升高后下降,見圖2。這主要是因為Cu2+、Cu+的氧化物有不同的溶解度,而含氧量會改變Cu2+和Cu+的比例。因此,水中含氧量改變,也會改變銅的溶解和析出。從溶解氧方面考慮降低銅線棒的腐蝕方法有:采用貧氧運行方式,控制溶解氧濃度在較低水平(<

4、30g/L,達(dá)到防腐的目的,如:華能石洞口二廠就有非常成功的運行經(jīng)驗,系統(tǒng)充氮密封,維持含氧量小于20g/L,內(nèi)冷水小混床旁路處理水量僅占系統(tǒng)水量的3%左右,pH 值為7,而其含銅量小于5g/L,電導(dǎo)率小于0.15S/cm。采用富氧運行方式,有些國家發(fā)展了通空氣以降低銅的腐蝕工況,在我國鄒縣電廠首例運用,該方法在發(fā)電機正常運行中,不應(yīng)加入空氣,防止帶入CO2,應(yīng)向內(nèi)冷水系統(tǒng)中加入純氧,并應(yīng)避免內(nèi)冷水溶氧量在60-600g/L 區(qū)間,防止腐蝕過快發(fā)生銅腐蝕產(chǎn)物脫落及二次沉積。后來證明這種方法并不可取實用,存在較大的風(fēng)險。所以我國不提倡高氧運行方式。2.2 二氧化碳的影響二氧化碳對于冷卻水系統(tǒng)的防

5、腐是極為不利的。它主要有兩方面的危害:其一,二氧化碳溶于水后使水的pH 降低,氧化銅的溶解度增大;其二,它可以參與化學(xué)反應(yīng),使銅的氧化腐蝕產(chǎn)物由Cu2O 轉(zhuǎn)化為堿式碳酸銅,該物質(zhì)的腐蝕產(chǎn)物在水流的沖刷下極易剝落?？傊?二氧化碳破壞了初始氧化層的保護(hù)作用,使腐蝕繼續(xù)進(jìn)行下去,并且其腐蝕速度隨溶解在水中的二氧化碳質(zhì)量濃度的增大而增大。2.3 pH 的影響在水中,銅的電極電位低于氧的電極電位,從化學(xué)熱力學(xué)的觀點看,銅是能被氧化腐蝕的,腐蝕反應(yīng)能否不斷地進(jìn)行下去,取決于腐蝕產(chǎn)物的性質(zhì),如果它在銅表面的沉積速度很快,而且又很致密,就起到了保護(hù)作用,即形成了所謂的保護(hù)膜;反之,腐蝕沉積物不能形成保護(hù)膜,腐

6、蝕就會不斷地進(jìn)行下去。銅的氧化膜的形成和防腐性能,與溶液的pH 值關(guān)系密切,提高介質(zhì)的pH 值,可降低氧化銅的溶解度,但過高的pH 值會使CuO 轉(zhuǎn)變成Cu2O,使保護(hù)膜溶解,實際上,在水中銅的自然腐蝕電位為0.20.3 V,對照poubix 電位pH 圖可知, pH=710,銅處于最穩(wěn)定狀態(tài),腐蝕速度較小。2.4 溫度的影響一般地說,溫度升高,腐蝕速度也會增加。對于密閉式隔離系統(tǒng)的發(fā)電機,溫度升高,氧化作用加快,導(dǎo)致腐蝕加快;對于敞開系統(tǒng)的發(fā)電機,一方面溫度升高使腐蝕加快,另一方面溫度升高會使水中氣體溶解度降低,減緩腐蝕;在敞開系統(tǒng)的發(fā)電機中,溫度由30升到60時,腐蝕逐漸加大;溫度繼續(xù)上升

7、,腐蝕逐漸減小,形成一種所謂的“中間大,兩頭小”狀態(tài)。2.5 流速冷卻水的流動產(chǎn)生兩方面的影響:2.5.1 水的流速越高,機械磨損越大;另外,水的流速超過一定值時,還會產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。2.5.2 水的流動會加速水中腐蝕性物質(zhì)向金屬表面遷移,并破壞鈍化膜。大量的實驗數(shù)據(jù)表明,銅的腐蝕速度會隨流速的增大而增大。3 調(diào)查情況為了弄清不同處理方式對發(fā)電機定子線棒腐蝕的影響,2008 年2 月3 月對華能系統(tǒng)29 家電廠的發(fā)電機冷卻水的處理方式進(jìn)行了調(diào)查,調(diào)研結(jié)果如表1 所示。 從調(diào)查情況看,對于發(fā)電機內(nèi)冷水防腐的處理方法,多種多樣,現(xiàn)就其各自的優(yōu)劣分析如下。3.1 中性水工況除氧防腐技術(shù)在水箱內(nèi)充入一定

8、壓力的惰性氣體氮氣,使氧和二氧化碳不能進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi),對防止氧腐蝕和二氧化碳酸性腐蝕起到一定作用,它的條件是系統(tǒng)必須嚴(yán)密,使用脫氧脫碳水,并引入離子交換系統(tǒng),實際運行狀況,水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)良,其含銅量小于5g/L,電導(dǎo)率小于0.15S/cm。3.2 堿性水工況防腐技術(shù)3.2.1 Na+H 型雙混床旁路處理使用Na 型混床(R-Na/R-OH 和H 型混床(R-H/R-OH 雙混床并聯(lián)運行的堿性運行方式,對部分內(nèi)冷卻水進(jìn)行處理。當(dāng)內(nèi)冷卻水pH 值偏低時,通過加大鈉型混床的流量來提高pH 值;當(dāng)內(nèi)冷卻水電導(dǎo)率偏高時,可通過加大氫型混床水流量來降低電導(dǎo)率。這種運行方式雖然具有調(diào)節(jié)靈活、無需加藥、安全性好等優(yōu)點

9、,但也存在操作繁瑣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地較多等缺點,水質(zhì)穩(wěn)定性受兩混床流量的制約。3.2.2 Na+H 型單混床旁路處理根據(jù)Na+H 型雙混床處理的原理,將Na 型、H 型陽樹脂和強堿OH 型陰樹脂裝入同一離子交換器中,其樹脂裝載方式見圖4。只通過離子交換的方式就能使內(nèi)冷卻水中含有微量的氫氧化鈉,達(dá)到pH、電導(dǎo)率和含銅量同時合格的要求,采用這種處理方法,系統(tǒng)簡單,占地面積小,水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)良,混床的運行周期也相對較長。某廠采用此技術(shù)處理發(fā)電機內(nèi)冷水后,防腐效果好,水質(zhì)穩(wěn)定,運行中不需任何調(diào)整操作,發(fā)電機進(jìn)口pH 值7.88.1、電導(dǎo)率(25<0.3S/cm、銅<10g/L,華能岳陽電廠的實踐

10、經(jīng)驗,在H-OH 混床(樹脂裝載量44升運行方式下的運行周期只有2030 天,而改為Na+H 型運行后,同樣的樹脂裝載量下,運行周期提高到了七個月以上。3.2.3 H-OH 混床旁路處理+ 堿處理法使用H-OH 型旁路小混床對部分內(nèi)冷卻水進(jìn)行處理,以降低電導(dǎo)率和含銅量,通過加堿來提高pH值,此方法操作煩瑣,系統(tǒng)復(fù)雜,加堿量控制的運行水平直接影響水質(zhì)。3.3 H-OH 混床旁路處理法使用H-OH 型旁路小混床對部分內(nèi)冷卻水進(jìn)行處理,以降低電導(dǎo)率和含銅量。采用此方法處理時,一般內(nèi)冷卻水的pH 值低于7.0,當(dāng)水箱密封不嚴(yán),水中溶有二氧化碳和氧氣時,銅線棒的腐蝕較嚴(yán)重,同時混床運行的周期短,需經(jīng)常更

11、換離子交換樹脂。某廠發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)正常流量44m3/h,定冷水凈化裝置設(shè)計流量1.08m3/h,除鹽裝置樹脂量為:22 升H 型陽樹脂和22 升OH 型陰樹脂,其運行周期一般為2030 天,pH 值大多為5.36.3,電導(dǎo)率大多為2.44.8S/cm,銅含量平均為300500g/L,有時高達(dá)1000g/L。3.4 連續(xù)補水、連續(xù)排放方式采用內(nèi)冷水系統(tǒng)連續(xù)排放、連續(xù)補充(含氨凝結(jié)水的方式。排放水量依據(jù)電導(dǎo)率和含銅量來確定,方法是從內(nèi)冷水水箱上部溢流,從而達(dá)到降低水中含銅量的目的,這種方法是當(dāng)內(nèi)冷卻水水質(zhì)接近標(biāo)準(zhǔn)值時,用除鹽水或凝結(jié)水或凝結(jié)水精處理出水對內(nèi)冷卻水進(jìn)行部分或全部換水,操作簡單,

12、但實際上沒有起到防腐作用,并且用水量大,不好控制各種指標(biāo);因需頻繁換水運行,不僅工作量較大,若操作不當(dāng)還可能影響發(fā)電機的安全運行,并且浪費了大量的除鹽水或凝結(jié)水,再加上除鹽水中含有大量的溶解氧和二氧化碳,凝結(jié)水中氨含量相對較高,易使銅線棒發(fā)生腐蝕。3.5 添加緩蝕劑某電廠采用了加MBT(2-硫基苯駢噻唑的防腐處理方法。具體做法是:將MBT 溶于NaOH 溶液內(nèi)制成母液,加入到內(nèi)冷水箱,維持合適的MBT 質(zhì)量濃度、電導(dǎo)率、pH 值,很明顯,這樣會出現(xiàn)以下問題:因為MBT 不溶于水,要靠加NaOH 來溶解,必然會提高冷卻水的電導(dǎo)率,內(nèi)冷卻水的pH 值和電導(dǎo)率難以同時合格、水質(zhì)不穩(wěn)定;其次,緩蝕劑和銅離子易發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),在線棒內(nèi)產(chǎn)生沉積,影響發(fā)電機安全穩(wěn)定運行。國內(nèi)某電廠曾發(fā)生定子線棒燒毀事故后,用X 衍射儀對損壞線棒進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)垢中存在添加的緩蝕劑與銅離子絡(luò)合產(chǎn)生的沉積物。4 結(jié)論和建議4.1 結(jié)論綜上所述,導(dǎo)致銅線棒腐蝕的根本原因是內(nèi)冷水中存在溶解氧和溶解二氧化碳,最有效的防范措施是中性水工況除氧防腐技術(shù)和堿性水工況防腐技術(shù),而堿性水工況防腐技術(shù),又以Na+H 型單混床旁路處理更為理想。4.2 建議4.2.1 發(fā)電機在運行過程中,應(yīng)在線連續(xù)監(jiān)測內(nèi)冷卻水的電導(dǎo)率和pH 值,定期測量含銅量。4.2.2