SVANTA—4型发电机内冷水调节装置原理及应用

洪现海

摘 要：SVANTA-4型发电机内冷水调节装置是发电机定冷水系统的专用水质处理装置，该装置采用特殊的离子交换树脂，通过特殊的离子交换工艺处理，使发电机内冷水经过处理含有氢氧化钠，水质因此得到调节，提高定冷水的PH 值，降低定冷水的电导率和铜离子浓度，使发电机定冷水各项水质指标优于国家标准。减缓了发电机铜线棒的腐蚀。给发电机安全运行提供保障。

关键词：铜腐蚀原理；离子交换；Cu- H2O体系电位-pH 铜腐蚀与pH值关系

一、应用背景

SVANTA-4型发电机内冷水调节装置在我厂二三期应前，我厂的发电机内冷水处理方式采用传统的处理工艺是随发电机配套过来的小混床处理装置。其原理是取出内冷水循环水量的8%通过小混床旁路处理，除去内冷水中的铜离子和其他杂质离子，降低内冷水的电导率和铜离子浓度，维持发电机内冷水的电导率和铜离子浓度达到标准要求，内冷水水质基本能满足《大型发电机内冷却水质及系统技术要求（DL/T801-2002）》中内冷水pH值大于7.0，铜离子小于40μg/L，但2011年5月实施的《大型发电机内冷却水质及系统技术要求（DL/T801-2010）》要求，内冷水pH值在不除氧的情况下由原来的7.0～9.0提高到8.0～9.0，铜离子由原来的不大于40μg/L提高到不大于20μg/L。

为提高内冷水水质，达到标准要求，减缓发电机铜线棒腐蚀，决定采用新的处理工艺，因此SVANTA-4型发电机内冷水调节装置在我厂得到应，而且运行良好。

二、铜导线腐蚀的影响及提高内冷水pH的原因

1、影响铜在冷却水（内冷水）中均匀溶解腐蚀的因素主要有水的pH值、溶解氧以及溶解二氧化碳的含量，此外在腐蚀过程中生成的二价铜离子对铜的腐蚀有加速作用。这一腐蚀过程的反应如下：

⑴.电化学腐蚀反应：

Cu+ 1/2 O2= CuO

2Cu+ 1/2 O2= Cu2O

Cu+ Cu2+ = 2Cu+

⑵.二氧化碳的溶解和铜氧化物的溶解：

CO2+ H2O= H2CO3

H2CO3= H++HCO3-

CuO+ 2H+= Cu2++H2O

Cu2O+ 2H+= 2Cu++H2O

⑶.一价铜离子进一步氧化：

2Cu+ +1/2 O2 +H2O= 2Cu2+ +OH-

2Cu+ +1/2 O2 = CuO+ Cu2+

⑷.二次腐蚀产物的生成： Cu2+ +2OH-= CuO+ H2O

上述反应交替进行，从而导致铜的腐蚀和腐蚀产物的沉积。

2、Cu- H2O体系Cu腐蚀-钝化-免蚀的理论条件与防腐机理

（1）在Cu- H2O体系电位-pH平衡图上，溶液中的含Cu物质以金属铜离子（Cu+、Cu2+ 、Cu3+ ）含Cu水合物（Cu2O3·nH2O）和铜的酸根（HCuO2-、CuO22-、CuO2-）形态稳定存在的区域，是Cu的理论上的腐蚀电位-pH条件区域；金属Cu以单质Cu形势稳定存在的区域，则是Cu的理论上的免蚀条件区域。根据理论分析计算和判断，Cu- H2O体系Cu腐蚀-钝化-免蚀的理论条件区域如图中几条曲线划分的区域所示。

Cu- H2O体系电位-pH平衡图

由图可知，金属铜的热力学免蚀区与H2O的热力学稳定区部分重叠，这一现象表明，在pH≥7.80和有氧化剂（溶解氧）存在时，金属铜表面形成的氧化物具有稳定性，能对金属铜基体起到保护作用。

（2）水的pH值对铜腐蚀的影响

有的资料介绍，当内冷水的电导率≤1.0μS/cm；pH值从6～6.5提高到8.0～8.5，对铜的腐蚀速度能降低100倍。这也是我们内冷水水质控制在8 ～9的理论所在。从水的纯度、pH值对铜溶解图也可以看出。

水的纯度、pH值对铜溶解图

三、SVANTA-4型发电机内冷水调节装置工作原理

SVANTA-4型发电机内冷水调节装置采用当今先进的离子交换技术和国内首创pH、电导可调节技术，装置利用树脂吸附水中的阴阳离子，同时在电场的作用下水和树脂反应生成微量的碱性物质，化学反应原理如下：

除离子：

Cu2+ + 2H-R = Cu2+-2R + 2H+

HCO3-+ OH-R = HCO3-R +OH-

H+ +OH- =H2O

微碱化：

H2O+Na-R=（电场作用下）H-R+NaOH

这样，控制发电机内冷水的pH在8.00～9.00电导率在<1.0μS/cm.。同时达到净化水质并抑制腐蚀作用，但pH值不宜高于9， 如果大于9 水对铜的腐蚀速度同样会加快。

四、SVANTA-4型发电机内冷水调节装置运行注意事项

1、装置的初次投运或更换树脂后，均需要对装置进行冲洗，才能运行。投运前，首先确保SVANTA-4型发电机内冷水调节装置内部所有阀门为关闭状态，包括装置进水一次阀SV1以及装置出水一次阀SV2。

2、正常运行 閥门状态为V03、V05、V06、V07全开，调节V01开度使FI3流量为1000L/H，V04微开（使流量计FI2的流量为50L/H）。

3、当设备正常运行时控制在pH值 微高于8 电导率略<1.0μS/cm，最好减少水换水。

4、定期检查是否有树脂泄漏现象发生，仪表工作是否正常，为了确保工作的可靠性，该设备应由专人负责定期检查和维护。

总之，发电机微碱性处理技术（调节装置）选用特殊的离子交换树脂，并采用独特的树脂床层结构，使内冷水经过处理后含有微弱的氢氧化钠，水质因此得以调节，内冷水铜含量一般低于10μg/L；该技术应用减缓了发电机铜线棒的腐蚀。目前该技术已在我厂2台300MW和2台330MW发电机内冷水系统得到成功应用。

参考文献：

[1]周本省 主编 《工业水处理技术》

[2]肖作善 王蒙聚编著《热力发电场水处理 》

[3]李本高 主编《现代工业水处理技术》

[4]《热力设备系统的腐蚀与控制技术》