一种发电机空芯铜导线失效钝化膜的内冷水离子交换缓释微酸化柔性在线清洗系统和方法

摘要

本发明公开了一种发电机空芯铜导线失效钝化膜的内冷水离子交换缓释微酸化柔性在线清洗系统和方法，调节发电机内冷水中的Cu2+至一定浓度范围，将部分内冷水引入到旁路循环处理系统中的RH离子交换器，利用离子交换器缓释出的H+微酸化内冷水至一定pH范围，使内冷水进入主循环冷却系统后选择性溶解空芯铜导线内的失效钝化膜。本发明利用内冷水中Cu2+在RH离子交换器中交换出H+所形成的微酸性溶液，选择性地溶解空芯铜导线内表面的CuO膜，避免了常规化学清洗采用低pH溶液停运期间清洗的局限，能及时消除因铜氧化物沉积导致的系统异常现象，阻止铜导线腐蚀的进一步累积和恶化，保障发电机安全经济运行。

说明书

技术领域

本发明属于发电设备化学清洗工程技术领域，具体涉及一种发电机空芯铜导线失效钝化膜的内冷水离子交换缓释微酸化柔性在线清洗方法。

背景技术

在发电机定子内冷水系统长期运行、停运和检修过程中，由于多种原因，空芯铜导线可能会发生比较严重的腐蚀。沉积的腐蚀产物会造成冷却水流量下降、局部过热等问题，影响机组的安全经济运行，甚至造成发电机非计划停运。因此，在内冷水系统运行过程中，需要严格监测其运行状态。当系统状态符合化学清洗的判据时(DL/T 801-2010大型发电机内冷却水质及系统技术要求[S].北京:中国电力出版社,2010)，需要采取化学清洗的方法去除空芯铜导线内表面的腐蚀产物。

常规化学清洗是在发电机停运期间，对拆下的铜导线进行分组清洗或对内冷水系统进行整机清洗，利用酸洗剂中的有机酸或无机酸溶解、剥离铜腐蚀产物。空芯铜导线化学清洗是一种常用的疏通铜导线阻塞通路、恢复铜导线换热性能的处理方法(BAUER T,SVOBODA M,SVOBODA R.Corrosion and Deposits in Water-Cooled Generator Statorwindings:Part 3:Removal of Flow Restrictions[J].PowerPlant Chemistry,2019,21(1):10-22；贺峰,刘斌,蒋晓斌,等.水内冷发电机定子线棒堵塞的化学清洗[J].清洗世界,2007(10):36-38)。宋雷等为解决某1000MW发电机定子线棒堵塞的问题，对温度异常的线棒进行了单根冲洗，检测出线棒内的堵塞物约90％为CuO，采用溶垢、缓蚀小试试验确定了化学清洗剂的配方和清洗控制参数，对内冷水系统进行了“水冲洗-酸洗-水冲洗-漂洗-水冲洗”。清洗结果表明，整机化学清洗效果显著且具有较高的技术经济性，内冷水系统的各项测试指标均接近发电机出厂前或者开始试运时的水平，相比于传统的单根线棒逐根处理节约了大量的工作量(宋雷.1000MW发电机定子线棒的化学清洗[J].清洗世界,2009,25(9):9-12)。李浩良等分析了某内冷水系统线棒超温的原因，认为是定子线棒腐蚀产物沉积导致的。之后，他们对内冷水系统进行了整机的化学清洗。整机化学清洗后，线棒层间温差、绝缘引水管出水温差等各项参数恢复到正常水平(李浩良,潘剑南,李晓刚,等.1000MW汽轮发电机定子冷却水系统化学清洗技术[J].大电机技术,2017(06):5-9)。

常规化学清洗方法虽然可以解决空芯铜导线因腐蚀产物堆积而堵塞的问题，但是存在以下两个问题：①常规化学清洗只能在发电机停运期间进行。一般来说，内冷水系统的化学清洗工期有限。为了增强对铜腐蚀产物的溶解、剥离能力，所使用酸洗剂的浓度较高。这使得溶液的电导率会超出内冷水系统正常运行2.0μS/cm的控制上限(叶春松.纯水中微量铜腐蚀控制原理及应用技术研究[D].上海:同济大学,2002；DL/T 1039-2016发电机内冷水处理导则[S].北京:中国电力出版社,2016)。所以，常规化学清洗只能在发电机停机期间进行。这一限制条件使得常规化学清洗不够灵活，无法根据内冷水系统实时状态做及时的处理；②化学清洗液的pH过低，同时溶解了具有保护作用的Cu

发明内容

本发明的目的是，针对现有腐蚀空芯铜导线化学清洗技术存在的问题，提供一种发电机空芯铜导线失效钝化膜的内冷水离子交换缓释微酸化柔性在线清洗方法，实现在发电机运行状态下对系统进行化学清洗，选择性溶解空芯铜导线内表面的CuO膜，及时消除内冷水流量下降、铜导线超温等异常现象，为发电机安全经济运行提供保障。

本发明的技术思路是，采用由H型阳离子交换树脂组成的RH离子交换器旁路循环处理内冷水，利用RH与内冷水中Cu

所述离子交换微酸化是利用RH离子交换器缓释出的酸，溶解空芯铜导线内表面的氧化物膜。采用RH离子交换器旁路处理内冷水，RH与内冷水中的Cu

Cu

CuO+2H

系统中Cu

Cu

VdC

式中，

V—发电机内冷水系统的水容积，m

C

C

Q—主循环冷却流量，m

q—旁路循环处理流量，m

所述选择性溶解空芯铜导线内表面的CuO膜是利用CuO和Cu

CuO+2H

Cu

25℃时，上述两个化学反应的平衡关系式如下：

log[Cu

log[Cu

以Cu

所述根据交换器进、出水pH和电导率的变化趋势确定在线清洗的终点指：在RH离子交换器旁路循环运行的过程中，与RH树脂发生离子交换反应的Cu

本发明的技术方案是：一种发电机空芯铜导线失效钝化膜的内冷水离子交换缓释微酸化柔性在线清洗方法，调控发电机内冷水中的Cu

调控发电机内冷水中的Cu

将RH离子交换器出水返回到内冷水箱，缓慢调节溶液pH(25℃)为6.04-6.42、电导率(25℃)为0.420μS/cm-1.893μS/cm，将内冷水箱中的微酸性溶液引入到主循环冷却系统中的发电机空芯铜导线，选择性地溶解其内表面失效钝化膜CuO。

在线监测RH离子交换器进、出水的pH和电导率，当RH离子交换器进、出水的pH和进、出水的电导率接近时，发电机空芯铜导线失效钝化膜柔性在线清洗达到了清洗的终点。

一种发电机内冷水离子交换缓释微酸化在线清洗空芯铜导线失效钝化膜的系统，包括主循环冷却系统和在线清洗旁路循环系统，所述主循环冷却系统包括内冷水水箱、内冷水在线电导率表、内冷水在线pH表、内冷水循环泵及定子绕组；在线清洗旁路循环系统主要包括内冷水水箱、RH离子交换器出水在线电导率表、RH离子交换器出水在线pH表、RH离子交换器进水流量计及RH离子交换器。

上述的一种发电机内冷水离子交换缓释微酸化在线清洗空芯铜导线失效钝化膜的系统，所述主循环冷却系统还包括内冷水取样阀和压力调节阀；所述在线清洗旁路循环系统还包括RH离子交换器进水阀、RH离子交换器出水阀。

一种发电机内冷水离子交换缓释微酸化在线清洗空芯铜导线失效钝化膜的系统的使用方法，离子交换缓释微酸化在线清洗方法包含以下步骤：

(1)停止加碱，准备微酸化启动条件：

停止内冷水系统正常运行时的加碱操作；

以非连续取样的方式采集内冷水水样，测定内冷水中的Cu

当测得Cu

(2)投运RH离子交换器，旁路循环溶解CuO：

打开RH离子交换器进水阀、RH离子交换器出水阀，通过压力调节阀控制旁路循环处理流量为主循环冷却流量的1％-10％；

在离子交换微酸化在线清洗过程中，监测内冷水和RH离子交换器出水的电导率和pH；

在清洗稳定期间，RH离子交换器出水的pH为5.35-5.86，内冷水pH稳定在6.04-6.42、电导率0.420μS/cm-1.893μS/cm；

在清洗后期，内冷水的pH逐渐下降、电导率逐渐上升，当将系统内的CuO基本溶解完全后，内冷水和RH离子交换器出水的pH和电导率基本相等。

本发明的有益效果是：本发明采用上述技术方案，通过RH离子交换器旁路循环处理内冷水，利用RH离子交换器缓释出的H

附图说明

图1为本发明一种发电机内冷水离子交换缓释微酸化在线清洗空芯铜导线失效钝化膜的系统的结构示意图。

图中1.内冷水水箱；2.内冷水在线电导率表；3.内冷水在线pH表；4.内冷水循环泵；5.定子绕组；6.RH离子交换器进水流量计；7.RH离子交换器；8.RH离子交换器出水在线电导率表；9.RH离子交换器出水在线pH表；10.内冷水取样阀；11.压力调节阀；12.RH离子交换器进水阀；13.RH离子交换器出水阀。

具体实施方式

实施例1

发电机内冷水离子交换缓释微酸化在线清洗空芯铜导线失效钝化膜的系统如图1所示，包括主循环冷却系统和在线清洗旁路循环系统。

主循环冷却系统主要包括内冷水水箱1、内冷水在线电导率表2、内冷水在线pH表3、内冷水循环泵4及定子绕组5，配有内冷水取样阀10和压力调节阀11；

在线清洗旁路循环系统主要包括内冷水水箱1、RH离子交换器出水在线电导率表8、RH离子交换器出水在线pH表9、RH离子交换器进水流量计6及RH离子交换器7，配有RH离子交换器进水阀12、RH离子交换器出水阀13。

当定子线棒温度、内冷水流量等运行状态参数异常时，变流量水冲洗处理对运行状态改善不佳，可以考虑对系统进行内冷水离子交换缓释微酸化在线清洗。

离子交换缓释微酸化在线清洗包含以下步骤：

(1)停止加碱，准备微酸化启动条件：

停止内冷水系统正常运行时的加碱操作；

以非连续取样的方式采集内冷水水样，测定内冷水中的Cu

当测得Cu

(2)投运RH离子交换器7，旁路循环溶解CuO：

打开RH离子交换器进水阀12、RH离子交换器出水阀13，通过压力调节阀11控制旁路循环处理流量为主循环冷却流量的10％；

在离子交换微酸化在线清洗过程中，监测内冷水和RH离子交换器出水的电导率和pH；

在清洗稳定期间，RH离子交换器7出水的pH(25℃)为5.86、电导率(25℃)为0.548μS/cm，内冷水pH(25℃)稳定在6.42、电导率(25℃)0.420μS/cm；

在清洗后期，内冷水的pH逐渐下降、电导率逐渐上升。当将系统内的CuO基本溶解完全后，内冷水和RH离子交换器出水的pH和电导率基本相等，即pH(25℃)5.86、电导率(25℃)0.548μS/cm。

实施例2

发电机内冷水离子交换缓释微酸化在线清洗空芯铜导线失效钝化膜的系统如图1所示，包括主循环冷却系统和在线清洗旁路循环系统。

主循环冷却系统主要包括内冷水水箱1、内冷水在线电导率表2、内冷水在线pH表3、内冷水循环泵4及定子绕组5，配有内冷水取样阀10和压力调节阀11；

在线清洗旁路循环系统主要包括内冷水水箱1、RH离子交换器出水在线电导率表8、RH离子交换器出水在线pH表9、RH离子交换器进水流量计6及RH离子交换器7，配有RH离子交换器进水阀12、RH离子交换器出水阀13。

当定子线棒温度、内冷水流量等运行状态参数异常时，变流量水冲洗处理对运行状态改善不佳，可以考虑对系统进行内冷水离子交换缓释微酸化在线清洗。

离子交换缓释微酸化在线清洗包含以下步骤：

(1)停止加碱，准备微酸化启动条件：

停止内冷水系统正常运行时的加碱操作；

以非连续取样的方式采集内冷水水样，测定内冷水中的Cu

当测得Cu

(2)投运RH离子交换器7，旁路循环溶解CuO：

打开RH离子交换器进水阀12、RH离子交换器出水阀13，通过压力调节阀11控制旁路循环处理流量为主循环冷却流量的10％；

在离子交换微酸化在线清洗过程中，监测内冷水和RH离子交换器出水的电导率和pH；

在清洗稳定期间，RH离子交换器7出水的pH(25℃)为5.45、电导率(25℃)为1.397μS/cm，内冷水pH(25℃)稳定在6.12、电导率(25℃)1.374μS/cm；

在清洗后期，内冷水的pH逐渐下降、电导率逐渐上升。当将系统内的CuO基本溶解完全后，内冷水和RH离子交换器出水的pH和电导率基本相等，即pH(25℃)5.45、电导率(25℃)1.397μS/cm。

实施例3

发电机内冷水离子交换缓释微酸化在线清洗空芯铜导线失效钝化膜的系统如图1所示，包括主循环冷却系统和在线清洗旁路循环系统。

主循环冷却系统主要包括内冷水水箱1、内冷水在线电导率表2、内冷水在线pH表3、内冷水循环泵4及定子绕组5，配有内冷水取样阀10和压力调节阀11；

在线清洗旁路循环系统主要包括内冷水水箱1、RH离子交换器出水在线电导率表8、RH离子交换器出水在线pH表9、RH离子交换器进水流量计6及RH离子交换器7，配有RH离子交换器进水阀12、RH离子交换器出水阀13。

当定子线棒温度、内冷水流量等运行状态参数异常时，变流量水冲洗处理对运行状态改善不佳，可以考虑对系统进行内冷水离子交换缓释微酸化在线清洗。

离子交换缓释微酸化在线清洗包含以下步骤：

(1)停止加碱，准备微酸化启动条件：

停止内冷水系统正常运行时的加碱操作；

以非连续取样的方式采集内冷水水样，测定内冷水中的Cu

当测得Cu

(2)投运RH离子交换器7，旁路循环溶解CuO：

打开RH离子交换器进水阀12、RH离子交换器出水阀13，通过压力调节阀11控制旁路循环处理流量为主循环冷却流量的10％；

在离子交换微酸化在线清洗过程中，监测内冷水和RH离子交换器出水的电导率和pH；

在清洗稳定期间，RH离子交换器7出水的pH(25℃)为5.35、电导率(25℃)为1.781μS/cm，内冷水pH(25℃)稳定在6.04、电导率(25℃)1.893μS/cm；

在清洗后期，内冷水的pH逐渐下降、电导率逐渐上升。当将系统内的CuO基本溶解完全后，内冷水和RH离子交换器出水的pH和电导率基本相等，即pH(25℃)5.35、电导率(25℃)1.781μS/cm。