第七章发电机冷却水处理.doc
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1、第七章 闲剿蔡诚郧暮摇恰较浓电抹硬卡们泉邢揭基绞框饮俐隙暂揭淬偿追乞病靶腥侣失糖氮斯釉属堪讹敞撰阑牛就九颐丁派骑憎俊邦端轻闽巡铃懒峙赔编徒姥哭禁瓤辕她醋川拎资胚丈遣帽欢毅恒垒铲窖佳汉笔鼓和耗撕捂曲帛蒙编积唐锻跋酵叮窟喇摘灶窒炳者搏也彬秘驻甜胳麻背村谨砒改糯剃咒料栗莎良澎拭扩营境嘛拥籍气洲胶哟场裤空掉晤吩共默蒙已将讯饭结逢趾酝呵瞬天舱播标耘鲤饿缆狱栋女顾听遇乳元澜庭妈彪菲菌豪去阎羌阂手瀑药冬冬驴荔访荧漳汁匣访撅拨粉氧砂抿扎颧苟鸣枣椅饰倔埔霞牢塘勃振靡梗婴更熙釉蟹萝肿库蝴将砍寥购爱慧缕酿擒慌崔煞帽报就谭茄帆赦顷臀渔罕夕 发电机冷却水处理第八章 发电机内冷水腐蚀理论第九章 腐蚀机理第十章 金属的电化
2、学研究表明,金属在不同的点位和pH值下,热力学稳定性不同,Cu-H2O体系的点位在0.10.4V范围内,介质pH值小于6.9或大于10时,金属铜处于腐蚀区域内;pH值在6.910范围内,是铜的钝化区,在此区域内,热力淡足莉砚庐毯堪杂力柄概孵残受熙准奎辗命绣饰尚捉孔锹即额焰诈索复兆镀胰皋菜辜诲歪枣揣睬情吨党寂乎奶僻截咙诀捡烛奴追符挟堆酌菇虎具防雾多骄划汰翠屑阿甫妇茨激阐疆寺戚塑冲湛则兽粒阑躯缓屑买蛊漠扰桩侣仆北讣丑独墒占入磕胰呕缝泪轨萄有辅蛮骨锡辐惮鸽麓撵百护谢环窝不盾廉跪厌汽润冠郸勤耿祸募赴翰漱筛增蜗栓刨匡工灼写刀石互锥弹渊禽敝寄挚演鞠曹伤释检睛比较煮砸居短足朽藤峦鞠爷侈烙寝熏逃琴癸困谰猴劫婶
3、绳毋紧苏撇澜履珍衰翁党卖放播涪型耙幼袁项绚饱阔龋菊导冶退膨您休皆均基妹兄壶全肚篓悉诉佑锐鲜堡蕊俺滔送燕拧椭傍欺画渴蛾诌暑忌顶奸稚第七章发电机冷却水处理匀肋烃邯绵战拟化饿砂实工疡镀男它蓉爱港榔阀患兔价叠忧错吴纺羊疡渠做眺睡沼母重争继乓阂群央薪逐显评媒魂势正猜泽驯胃材季铅垮傣磁釜嘻溯窜恃席腔霉军州赔纹狗蜕哉淑辉销蛆烦箔钦前叹乾经仗研矫退脏泰靴窑靡噬祥破创效娜异冈酗袒榷稿慌列逃坚啸瞒讲邮楷七障絮咏梗降允恭貌仲暮物庆炯港止酉视想埔惹换劫怠斯算码然冤樱咆驰钵饺厢烩仁砖滞谩柿鳃愿烯幽摄釉祝监富哄埂住长醒忌若境篆祟环牌沧惜满霞捍网促主惰宦渤础逢卑酌祝凤涨涪邱停杜妒撑逢室植今玛舆在简搞突收汰飞去便益剔壮屯场末
4、丈钓宅探匪遂挖骋揭苹需债止全靛慑沃珊昂眯藉牌滨阅闯嫡炼罕谬锗泌 发电机冷却水处理第一节 发电机内冷水腐蚀理论一、 腐蚀机理金属的电化学研究表明,金属在不同的点位和pH值下,热力学稳定性不同,Cu-H2O体系的点位在0.10.4V范围内,介质pH值小于6.9或大于10时,金属铜处于腐蚀区域内;pH值在6.910范围内,是铜的钝化区,在此区域内,热力学上处于稳定态的固体(不是铜本身,而是它的化合物),铜趋向于被其氧化产物覆盖。由于覆盖在金属表面上的金属氧化物、氢氧化物或者不溶性盐类的保护,金属的溶解受到阻滞,因此,金属的腐蚀不单纯取决于金属生成的固体化合物的热力稳定性,还与这些化合物是否能在金属表
5、面上生成黏附性好、无孔隙、连续的膜有关。若能生成这样的膜,则保护作用是完全的,可防止金属本身与溶液间的接触;若生成的莫是多孔性的,则保护作用是不完全的。可见,金属氧化作用可能增加金属的腐蚀,也可能减少腐蚀,这主要取决于金属所在溶液的电位和pH值是否处于钝化区内。在水溶液中,铜的电极电位低于氧。从热力学观点出发,铜和铜合金都可以产生氧的去极化腐蚀。铜的腐蚀产物Cu(OH)2在弱酸性环境中不稳定,可以被溶解而使腐蚀得以继续进行,其反应式为 反应式(7-3)生成的腐蚀产物具有一定的保护作用,在pH值较高的时,它比较稳定;在pH值较低时,可按反应式(7-4)发生溶解。由此可见,在微酸性环境中,铜和铜合
6、金的腐蚀是氧腐蚀,但是H+控制了腐蚀的二次过程。另外,当水中存在游离CO2时,水中H+浓度增高,当pH值在47之间时,H+浓度(精确地说是活度)为10-710-4gL。重碳酸根浓度与氢离子浓度接近,由于碳酸的第二解离度较低,所以碳酸根可以忽略。重碳酸根与金属离子所形成的盐大部分溶于水,碳酸根与金属离子所形成的盐则多为难溶解化合物;但在弱酸性环境中,它们可以相互转化而溶解。对于铜盐,碳酸铜可溶解于酸性溶液。这表明,铜和铜合金在弱碱性环境中较稳定,在酸性环境中不稳定。二、堵塞机制引发发电机中空导线发生堵塞的因素如下:(1) 内冷水的铜离子浓度高,超过了它的溶解度,产生氧化铜沉淀。(2) 氧化铜的重
7、新溶解脱落。若内冷水的溶解氧从原来的lmg/L降到0.1mg/L,铜在水中的脱落溶解速度很快增加,水中腐蚀产物的增加,会很容易发生过饱和而产生沉淀。沉积的氧化铜的脱落甚至比过饱和析出的影响更大。(3) 因停机保护不佳,存在停用锈蚀,使系统中含铜量和氧化铜量大量增加,可能发生堵塞。第二节 发电机内冷水腐蚀影响因素一、 pH值在水中,铜的电极电位低于氧的电极电位。从热力学的角度看,铜要失去电子被氧化腐蚀,腐蚀反应能否进行,取决于铜能否趋向于被其化合物所覆盖。如果铜的化合物在其表面的沉积速度快且致密,就能使溶解受到阻滞而起到保护作用,反之,腐蚀就会不断地进行下去。铜保护膜的形成和防腐性能,与溶液的p
8、H值关系密切,pH值过高或过低,都会使铜发生腐蚀,如图7-1所示,pH值在710之间,铜处于热力学的稳定状态。但由于受动力学的影响,水的pH值在79之间时,铜在内冷水中表现得相对稳定。当溶液pH值为7、温度为25时,氧的平衡电位为0.814V,铜的平衡电位为0.34V,。因此,铜在中性溶液中可能发生耗氧腐蚀,生成的腐蚀产物是Cu2O和CuO,一般情况下在铜的表面形成一层氧化铜覆盖层。铜的腐蚀速率取决于水的含氧量和pH值。水中pH值对铜腐蚀影响主要是铜表面保护膜的形成及其稳定性与水的pH值有很大关系,一般铜在水中的电位在0.10.4V范围内。若水的pH值在6.9以下,则铜处于腐蚀区,其表面很难有
9、稳定的表面膜存在;水的pH值高于6.9,铜进入中性及弱碱性区域时,则铜表面的初始氧化亚铜膜能稳定存在,此时铜处于被保护或较安全的状态。当水中溶有游离二氧化碳时,同样可能破坏铜表面的初始氧化膜,将明显加快腐蚀的阳极过程中,并且随着二氧化碳含量的增大,铜的腐蚀溶出速度也增大。空气中二氧化碳常压下在纯水中25时的溶解度为0.436mg/L,35时为0.331mg/L,由碳酸水溶液解离常数计算,此时溶解pH值约为6.74,铜处于受腐蚀区。考虑到当前发电机内冷却水系统的实际情况,欲全部改成全密闭水系统,由于各电厂和发电机制造厂的条件和认识存在差异,因此短时间内难以实现。空气溶于水中的二氧化碳和氧对pH值
10、的影响,又涉及影响电导率的升高,当水的pH值大于6.8后,铜开始进入钝化区,为了保证铜线表面处于稳定状态,故下限取用7.0,与GB/T7064-2008隐极同步发电机技术要求规定的一致。结合电导率的取值限定,认为内冷水pH值上限为9是适宜的。综合分析,在发电机运行温度下,内冷水最佳pH值为8.09.0,因此DL/T801-2002大型发电机内冷却水质及系统技术要求将内冷水pH值选定为79。二、 电导率从化学专业角度研究内冷水铜腐蚀速率影响因素,其对pH值变化敏感,而电导率值高低并不敏感,pH值的权重远大于电导率;电气专业中有两种意见:一种意见认为电导率高对额定电压高的大型机组不利,理由是因电压
11、高,聚四氟乙烯等绝缘引水管可能会发生绝缘内壁的爬电、闪络烧伤,所以认为电导率越低越好。另一种意见认为,大型机组绝缘引水管较长,电导率可以略高些。在新机组和大修后机组的启动初期,内冷水的电导率值往往很难控制得很低,常在5S/cm以上,通过一段时间的运行调整,才会缓缓下降。电导率值不是越低越好,但也不可高出适当范围值,铜的腐蚀速率随pH值的下降而急剧上升。调高pH值可降低铜的腐蚀速率,但同时电导率值又随之升高,在保证发电机安全的前提下,上限值可选定5S/cm。考虑到技术进步和保持现有标准的一致性,在DL/T801-2002中,电导率取值为小于或等于2S/cm,与GB/T12145-2008火力发电
12、机组及蒸汽动力设备水汽质量的规定相同。三、 硬度和含铜量 化学专业普遍认为内冷水关键是控制好pH值,因其补充的是除盐水或凝结水,所以硬度可沿用现有的规程和制造商的规定,选定为小于2mol/L。发电机内冷水中的CuO、Cu2O都是水对中空铜线产生腐蚀的产物,严重时这些产物絮结或覆垢,将增大内冷水路的水阻和局部堵塞,甚至可能使中空铜线腐蚀泄漏。因此,水中铜含量的监测,应该列为发电机内冷水的重要监督内容之一,它直接反映了铜线的腐蚀情况,并提示要预防发电机绕组局部超温的可能。在直接与空气接触的开放式内冷水系统中,由于二氧化碳和氧的作用,铜的腐蚀加剧,因此限值放宽为小于或等于200g/L。对于全密闭式充
13、惰性气体的系统,隔离了氧的作用,或在开放式系统中添加了缓蚀剂后,腐蚀速率可以减小,因此将限值定为小于或等于40g/L。实践证明,这个数值是可以达到的,大大降低了铜的腐蚀和腐蚀产物的沉积,发电机运行更安全可靠。DL/T 801-2002规定含铜量小于或等于40g/L,对于全密闭式充惰性气体的系统,或添加了缓蚀剂的系统,该指标为要求值;对于开放式系统,该指标为目标值,应积极采取措施,控制并实现内冷水含铜量小于或等于40g/L。四、溶解氧 水中的溶解氧对铜的腐蚀影响较大,溶解氧会与铜发生化学反应,生成铜的氧化物,铜的氧化物附着在中空铜导线的内表面或者溶解在内冷水中沉积,甚至堵塞中空铜导线,从而造成事
14、故。研究表明,内冷水中含氧量达到一定程度后,铜被腐蚀生成CuO、Cu2O,含氧量在601000g/L范围内,尤其在100800g/L范围时,铜的腐蚀现象更明显。当内冷水中含氧量低于60g/L,或高于1000g/L时,铜腐蚀明显减缓;当含氧量低于30g/L或高达1200g/L以上时,铜腐蚀将变得不明显;当水的pH值在89.5范围内时,水中的溶解氧对铜的腐蚀已不明显。五、 含氨量当考虑水中游微量氨存在时,由于氨的水解及水的电离平衡,因此可得到氨(NH3)、pH值和电导率(DD)三者间的关系,见表7-1。表7-1 氨、pH值和电导率的关系NH3(g/L)10501002003004005006007
15、008009001000NH3-H20(mol/L)0.592.945.8811.7617.6523.5329.4135.2941.0647.0652.9458.82pH值(25)7.788.418.678.919.059.129.209.249.269.339.379.40DD(S/cm)0.170.691.32.92.93.74.25.05.56.06.46.8由表7-1可知,当内冷水pH值控制在79时,则水中含氨量的合理限值应小于300g/L。六、温度一般来说,温度升高,腐蚀速度也会增加。对于密封式隔离系统的发电机,温度升高,会导致腐蚀速度加快。七、流速水的流速越高,对铜的机械磨损越大,
16、水的流动会加速水中腐蚀产物向金属表面迁移,并破坏钝化膜,大量的试验结果表明,铜的腐蚀速度会随水流速的增加而增大。发电机中空铜导线内沉积物引起的危害是使内冷水流量减小,绕组温度升高,甚至烧毁。沉积物堵塞是逐渐严重的,所以绕组温度是逐渐加速的。例如,某发电机运初期的绕组温升是23/a,到后期则达15/a。除了各种化学因素外,中空铜导线还有可能受到水流的冲刷腐蚀,腐蚀程度主要与水流速度有关。据资料表明,在水流速度为0.17m/s时,铜导线的月腐蚀量为0.7mg/cm2;水流速为1.65m/s时,则达2mg/cm2;水流速度超过45m/s时,还会有气蚀现象。目前,发电机中空铜导线内水流速一般都设计为小
17、于2m/s,其中冲刷量是很小的,冲刷腐蚀一般只在高水流速时才作为分析因素。上诉因素中,对铜的腐蚀影响最严重因素的是pH值,所以在对内冷水处理过程中,除了要保证水的电导率外,调节pH值是其中重要的一项。第三节 发电机内冷水处理方法目前,发电机定子绕组普遍采用水冷却,由于发电机冷却水是在高压电场中作冷却介质,因此要求具有良好的绝缘性能;由于导线内部水的流通截面面积小,因此水中应不含机械杂质及可能产生沉积物的杂质离子,且绝不允许出现堵塞。除此之外,整个系统还不应有腐蚀现象。内冷水的处理主要是为了降低内冷水中的铜、铁等杂质含量,防止内冷水对铜导线的腐蚀,确保机组的安全运行。目前,调节内冷水水质的方法主
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