发电机铜导线的静态挂片试验研究

发电机铜导线的静态挂片试验研究

0发电机内热水系统现状除盐水一般用于补充水。由于系统不熟悉环境保护和氧气，内冷水的ph值降低。由于电机的铜线长期处于含氧微酸性水的浸泡状态，因此很容易被侵蚀。腐蚀产物在空芯铜导线内表面上沉积,使热传导受阻,造成发电机线圈温升增加,局部过热,线圈烧损。近年来,冷却水系统定子短路等恶性事故时有发生,对机组的安全经济运行带来了一定的危害。因此采取合适的内冷水系统运行方式,控制并改善内冷水品质,是提高发电机内冷水系统运行安全性、可靠性的关键。由Cu-H2O体系的电位-pH图可知,当pH值较高(处于7～10)时,紫铜处于免蚀区或钝化区。因此可采用向内冷水中投加碱化剂的方式来提高发电机内冷水的pH值,从而达到防止和减缓铜导线腐蚀的目的。针对此方法进行了研究。1cu3h2o+2ecuoh2cu3h+2ecuoh2ecu2o+2ecu2o+hco3h2o+2ecu2o+2ecu2o+2ecu2o+2ecu2o+2ecu2+2ecu2o+2e+2cu2o+2ecu2o+hco3h2o体系的电位-ph值及腐蚀发电机空芯铜导线的材质为紫铜,其在不含氧的纯水中的腐蚀速率很低。当系统不严密时,漏入的二氧化碳和氧气会导致内冷水的pH值降低,溶解氧含量升高,因而内冷水的腐蚀性增强,铜的腐蚀速度大大提高。在中性除盐水中,铜与氧发生腐蚀生成氧化物膜Cu2O和CuO:阳极反应:2Cu+H2O-2e→Cu2O+2H+Cu→Cu++eCu→Cu2++2e阴极反应:O2+2H2O+4e→4OH-此时,Cu2++2OH-→Cu(OH)2Cu(OH)2→CuO+H2O阴极反应还有:2Cu++H2O+2e→Cu2O+H2Cu++H2O+e→CuO+H22Cu++1/2O2+2e→Cu2O2Cu++O2+2e→2CuO有二氧化碳存在的内冷水属酸性环境,二氧化碳会破坏铜导线表面保护膜,加剧腐蚀:CO2+H2O→H2CO3H2CO3→H++HCO-3CuO+2H+→Cu2++H2OCu2O+2H+→2Cu++H2O铜的腐蚀速率取决于水的含氧量和pH值。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0.1～0.4V(vsSHE),从Cu-H2O体系的电位-pH图可以看出,若水的pH值在6.94以下时,铜处于腐蚀区,pH值高于6.94时,铜表面的初始氧化亚铜膜能稳定存在,铜处于被保护或较安全状态。空气中的二氧化碳在纯水中的溶解度,常压下25℃时是0.436mg/L,35℃时是0.331mg/L,由碳酸离解常数计算可知,此时溶液pH值约为6.74,铜的状态处于腐蚀区。铜的腐蚀速度与水中溶解氧含量和水的pH值有关。因此,通过向发电机内冷水投加碱化剂将pH值提高到7.0以上,使发电机空芯铜导线进入钝化区,可达到减缓腐蚀的目的。2冷却系统的密封特点由于机组容量大小不同和冷却方式不同,即使容量相同的机组,有的冷却方式也不同,因此发电机内冷水系统也有所不同。双水内冷机组和转子独立循环系统由于其冷却系统的特殊性,主要采用敞开系统,而对于定子独立冷却系统,既有敞开系统也有密闭系统,同时密闭系统其密闭性也有所差异,有的系统采用倒U型管水封,有的系统加装二氧化碳呼吸器以减少二氧化碳的溶入,有的系统通氮气维持系统正压防止空气的漏入。不同碱化剂受二氧化碳的影响程度不同,因此对系统的密封性要求也有所不同。本工作对不同碱化剂在不同密闭性系统中的腐蚀情况进行了研究。2.1钠、氨、醋酸钠、三乙醇胺用于调节内冷水pH值的碱化剂一般有氢氧化钠、氨、醋酸钠、三乙醇胺等。综合考虑碱化剂的理化特性,我们选择常用、易得、价廉的氢氧化钠和氨作为调节内冷水pH值的碱化剂。2.2试片腐蚀试验用静态挂片法测试紫铜试片在不同水质中的腐蚀情况。静态挂片用30mm×10mm×5mm紫铜试片,打磨至1200号金相砂纸,依次用丙酮和无水乙醇清洗,经干燥后,悬挂于不同溶液中,浸泡一定时间后,将试片取出,测定溶液的pH值、电导率和铜离子含量并记录铜试片的表面状况。试验温度:发电机内冷水进口处温度为25～40℃,出口温度为40～65℃。因此,选取50℃作为试验温度。试液体积及挂片方式:静态挂片试验要求腐蚀液体容量与试样表面之比为20～200mL/cm2,本试验选用的试液体积为200mL,其与试片表面积之比为20mL/cm2,符合静态挂片试验要求。在实验室进行腐蚀试验,一个试验周期以1～7d为宜。考虑到试片挂片前的准备和挂片后的分析测定工作,本试验挂片时间选择为72h。2.3碱化剂溶液配制配制0.01mol/L的NaOH溶液和氨水溶液用于调节新制除盐水的pH值。用一个具有刻度的大型试剂瓶作为碱化调制容器,其密封用的白橡胶瓶塞上插三支长短不同的玻璃管。对试剂瓶通氮除氧30min,然后将混床出水引入至容量瓶中至2000mL,用移液管移取一定量的碱化剂注入锥形瓶中,在保持与空气隔绝的状况下,摇动容量瓶,使碱化剂与除盐水充分混合均匀。再对上述溶液进行通氮除氧30min;用氮气将溶液压出,使其缓慢通过pH值和电导率的流动测量装置(测量装置密封),记录其pH值和电导率值。再将试剂瓶置于预热至50℃的恒温水浴锅中,72h后取出,冷却至室温后,测量其pH值、电导率和铜离子含量,并仔细观察铜试片的表面状况。3试验结果与讨论3.1悬挂系统用保险保险密封不对挂片系统进行除氧处理,用保鲜膜对锥形瓶口进行密封。用NaOH和氨水调节除盐水pH值后的挂片试验结果见表1和表2。3.2对挂片后溶液和水质的影响由于白橡胶塞容易吸附杂质,对挂片溶液电导率有影响,因此用聚四氟乙烯做广口瓶脱氧密封,其挂片在聚四氟乙烯塞子上开3个孔,在孔上分别插入3根长短不同的玻璃管,先将铜试片挂入瓶中,用聚四氟塞密封,然后对挂片系统进行通氮除氧30min,用氮气将试剂瓶中溶液压入具塞广口瓶中至200mL刻度线。其挂片试验结果见表3。在用聚四氟乙烯塞进行密封的同时对系统用氮气维持正压,所得挂片试验结果见表4。由上述试验结果可知:(1)用保鲜膜对挂片系统进行密封,其密封性较差。从表1和表2可以看出,即使挂片前pH值较高(高于8),挂片后溶液的铜离子含量也很高,很难达到DL/T801-2002火力发电厂水汽质量监督导则中的铜离子含量小于40μg/L的要求。(2)用聚四氟乙烯塞对挂片系统进行密封,其密封性得到了一定加强,且挂片前对挂片系统进行通氮除氧,减少了碱化剂溶液受空气影响的程度。因此表3中的铜离子含量较表1和表2中的均有所降低,但是pH值、电导率和铜离子含量还是很难同时达到DL/T801-2002火力发电厂水汽质量监督导则中pH值大于7、电导率小于2μS/cm、铜离子含量小于40μg/L的要求。(3)用聚四氟乙烯塞对挂片系统进行密封并在挂片过程中用氮气维持正压,其密封性很好,空气对碱化剂溶液的影响很小。由表4可看出,其铜离子含量均很低。用NaOH溶液调节除盐水pH值挂片时,其铜离子含量是随着pH值的升高而降低的,而用氨水溶液调节除盐水pH值挂片时,其铜离子含量是随着pH值的升高而升高的,说明氨含量过高对铜有腐蚀作用。(4)从试片表面状态来看,用保鲜膜对挂片系统进行密封时,铜试片的表面均呈黑色,说明在铜试片的表面生成的腐蚀产物为CuO。用聚四氟乙烯塞对挂片系统进行密封,用氢氧化钠调节pH值时,铜试片表面呈暗红色,说明铜表面腐蚀产物主要为Cu2O;用氨水调节pH值,pH较低时,铜试片表面呈暗红色,pH值升高到8以上时,铜试片表面有黑色产物出现,说明铜表面不仅有Cu2O还有CuO。(5)在上述试验结果中,挂片后溶液的电导率均高于2.0μS/cm。考虑挂片系统对其影响,在现场内冷水系统中,电导率会适当的降低一些,而且在实际运行过程中,可采用小混床对内冷水