李貴海，郝亞楠，高 堅(jiān)，張瑞強(qiáng)，亓秋波

（山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250003）

0 引言

調(diào)相機(jī)是特高壓直流系統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大和復(fù)雜化，調(diào)相機(jī)原有的單機(jī)容量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以滿足當(dāng)前的電網(wǎng)調(diào)節(jié)需求，其單機(jī)容量從不足30 Mvar 提高到超過300 Mvar。調(diào)相機(jī)是在發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，溫升作為發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)之一，對于調(diào)相機(jī)同樣重要，直接關(guān)系到設(shè)備的壽命及運(yùn)行可靠性。優(yōu)良的冷卻系統(tǒng)對控制機(jī)組的溫升起著至關(guān)重要的作用［1-2］。水作為比熱容較大的冷卻介質(zhì)，是機(jī)組的首選。國內(nèi)調(diào)相機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是機(jī)組通過內(nèi)冷水系統(tǒng)及油冷系統(tǒng)帶出熱量的最終出口，循環(huán)水質(zhì)的穩(wěn)定是保證循環(huán)水系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要前提。阻垢緩蝕劑地應(yīng)用是保證循環(huán)水質(zhì)的一種良好辦法，動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)是研究具體加藥工藝的首選辦法。

國內(nèi)某調(diào)相機(jī)裝機(jī)容量為2×300 Mvar，循環(huán)水補(bǔ)充水為地表水。為做好調(diào)相機(jī)組水資源利用優(yōu)化，即要做好循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的防腐、防垢、防菌藻工作，進(jìn)行循環(huán)冷卻水處理優(yōu)化方案的試驗(yàn)，并做好生產(chǎn)過程中的循環(huán)水處理工作，切實(shí)保證機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。按照各機(jī)組循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水水質(zhì)及冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行情況要求，進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)的防腐防垢靜態(tài)、動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)及極限碳酸鹽硬度試驗(yàn)。在確保循環(huán)水系統(tǒng)不發(fā)生腐蝕、結(jié)垢的前提下，確定循環(huán)水的濃縮倍率及加藥濃度，從而提高凝汽器等熱力設(shè)備的使用壽命，促進(jìn)機(jī)組節(jié)水水平的提高。

1 試驗(yàn)部分

1.1 補(bǔ)充水水質(zhì)分析

對地表水進(jìn)行水質(zhì)分析［3-5］，分析指標(biāo)如表1所示。

表1 試驗(yàn)水樣的主要水質(zhì)指標(biāo)

2.2 循環(huán)水小型阻垢試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)原理及設(shè)備

循環(huán)水小型阻垢試驗(yàn)使用RCC-Ⅲ型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀（如圖1），試驗(yàn)旨在通過靜態(tài)水質(zhì)的濃縮試驗(yàn)，按照預(yù)期的氯離子濃縮倍率KCl開展試驗(yàn)。當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到氯離子的濃縮倍率時(shí)，將通過計(jì)算氯離子濃縮倍率KCl與鈣離子濃縮倍率KCa差值得到ΔB，即ΔB＝KCl-KCa。當(dāng)ΔB＞0.2時(shí)，認(rèn)為該試驗(yàn)存在結(jié)垢傾向。

圖1 RCC-Ⅲ型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀

2.2.2 試驗(yàn)方案及結(jié)果

取30 L水樣，加入適量硫酸調(diào)整堿度，確保濃縮后循環(huán)水的堿度在6.0 mmol∕L 左右。量取8 L 試驗(yàn)水樣，加入質(zhì)量濃度為10.0 mg∕L 阻垢緩蝕劑，定義為試驗(yàn)一；量取8 L 試驗(yàn)水樣，加入質(zhì)量濃度為15.0 mg∕L 阻垢緩蝕劑，定義為試驗(yàn)二；量取8 L 試驗(yàn)水樣，加入質(zhì)量濃度為20.0 mg∕L 阻垢緩蝕劑，定義為試驗(yàn)三。將水樣置于旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀中，攪拌升溫至45 ℃，并保持水溫在（45±1）℃。試驗(yàn)后期，取樣測定氯離子含量，當(dāng)氯離子濃縮倍率達(dá)到4.0倍時(shí)，藥劑的阻垢試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)結(jié)束后，分析循環(huán)水的堿度、硬度、鈣硬、氯根等指標(biāo)，計(jì)算阻垢劑的阻垢效率［6］，試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3，藥劑的質(zhì)量濃度和阻垢率關(guān)系如圖2所示。

表2 阻垢性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析

圖2 藥劑的阻垢率（鈣）試驗(yàn)結(jié)果

表3 藥劑的阻垢性能試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)向以地表水作為循環(huán)水補(bǔ)充水樣中分別加入質(zhì)量濃度為10.0 mg∕L、15.0 mg∕L 和20.0 mg∕L 的阻垢劑，濃縮倍率在4.0倍時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果表明，阻垢劑質(zhì)量濃度達(dá)到15.0 mg∕L時(shí)可以滿足阻垢要求［7-8］。

在試驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算ΔB，結(jié)果見表4。當(dāng)ΔB大于0.2時(shí)，即認(rèn)為循環(huán)水開始出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。

表4 循環(huán)水的ΔB值

2.3 循環(huán)水小型腐蝕試驗(yàn)

2.3.1 試驗(yàn)原理

循環(huán)水小型腐蝕試驗(yàn)旨在探索特定阻垢緩蝕劑濃度下，金屬材質(zhì)的腐蝕狀況。通過模擬實(shí)際運(yùn)行循環(huán)水質(zhì)，以TP316L 型和TP304 型不銹鋼材質(zhì)腐蝕試片進(jìn)行試驗(yàn)，測定該運(yùn)行工況下的腐蝕速率。

2.3.2 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果

將TP316L 不銹鋼、TP304 不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)掛片安裝在試驗(yàn)儀器的旋轉(zhuǎn)軸上。取兩個(gè)容積為2 L 的玻璃杯，放入阻垢試驗(yàn)后的循環(huán)水樣，讓旋轉(zhuǎn)軸上的試驗(yàn)掛片浸沒入燒杯內(nèi)的試驗(yàn)水樣中，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使試驗(yàn)掛片按一定旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并開始計(jì)時(shí)。試驗(yàn)過程中定時(shí)往燒杯中補(bǔ)充除鹽水，以維持燒杯的水位和溶液濃度不變。每5 天在循環(huán)水中按藥品50%的衰減規(guī)律，補(bǔ)充50%加藥量的阻垢緩蝕劑［6］。

將試片用毛刷洗凈，再在酸洗溶液中浸泡3～5 min，取出，迅速用水沖洗后，立即浸入NaOH 溶液中約30 s，取出，用水沖洗，再用濾紙擦洗并吸干，在無水乙醇中浸泡約3 min取出用濾紙吸干，置于干燥器中4 h 以上，稱重，精確到0.000 1 g，試片的失重情況和均勻腐蝕速率見表5。

表5 試片的均勻腐蝕速率

通過對10 mg∕L、15 mg∕L、20 mg∕L 3 種加藥濃度腐蝕速率分析，考慮到調(diào)相機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，選用質(zhì)量濃度為15 mg∕L阻垢緩蝕劑較為合理。

2.4 極限碳酸鹽硬度測量試驗(yàn)

2.4.1 試驗(yàn)原理及儀器

為探索質(zhì)量濃度為15.0 mg∕L的阻垢緩蝕劑的阻垢效果，使用DRDT型水垢測定儀開展循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)存在結(jié)垢傾向時(shí)，循環(huán)水中的硬度離子與堿度離子處于飽和狀態(tài)，若繼續(xù)進(jìn)行濃縮試驗(yàn)，循環(huán)水中將有沉淀產(chǎn)生，這一飽和狀態(tài)下的水質(zhì)離子含量將為后期實(shí)際運(yùn)行工況提供指標(biāo)要求。試驗(yàn)通過判斷氯離子濃縮倍率KCl與堿度濃縮倍率KA差值判斷循環(huán)水是否存在結(jié)垢傾向，即ΔA值（ΔA=KCl-KA）。

2.4.2 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果

向補(bǔ)充水中加入15.0 mg∕L 阻垢緩蝕劑后，置于水垢測定儀（圖3、圖4）的補(bǔ)水箱中，開啟水垢測定儀，設(shè)定水溫為45 ℃，并保持水溫在（45±1）℃，濃縮同時(shí)自動(dòng)補(bǔ)加水樣（補(bǔ)充水中加入相同劑量的水穩(wěn)劑），維持水位不變。試驗(yàn)過程中，定期從設(shè)備中取樣，測定總堿度和氯離子含量，并繪制循環(huán)水濃縮過程的運(yùn)行曲線（見圖5），計(jì)算ΔA，當(dāng)以水中的堿度和氯離子的濃縮倍率為測定結(jié)果時(shí)，隨著運(yùn)行過程中濃縮倍率提高，ΔA逐漸增大，當(dāng)差值ΔA大于0.2 時(shí)，即認(rèn)為循環(huán)水開始出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。曲線中ΔA未超過0.2時(shí)的最高濃縮倍率，此點(diǎn)對應(yīng)的循環(huán)水碳酸鹽硬度即為此阻垢劑加藥條件下的極限碳鹽硬度，計(jì)算出極限濃縮倍率（表5）。

圖3 DRDT型水垢測定儀

圖4 試驗(yàn)裝置流程

圖5 循環(huán)水濃縮過程的運(yùn)行曲線

由表6 知，阻垢緩蝕劑的極限碳酸鹽硬度為1.50 mmol∕L，采用地表水不加酸時(shí)可達(dá)到濃縮倍率為2.69倍。

表6 極限碳酸鹽硬度試驗(yàn)結(jié)果

3 阻垢緩蝕劑在調(diào)相機(jī)組的應(yīng)用

以地表水作補(bǔ)充水，加入質(zhì)量濃度為15.0 mg∕L阻垢緩蝕劑產(chǎn)品，控制循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)定傳熱溫度，通過水質(zhì)分析和凝汽器污垢熱阻分析進(jìn)行循環(huán)水結(jié)垢情況判斷。運(yùn)行初期進(jìn)行循環(huán)水濃縮，當(dāng)達(dá)到循環(huán)水要控制的極限碳酸鹽硬度1.50 mmol∕L，為進(jìn)一步提高濃縮倍率，應(yīng)及時(shí)加酸將一部分碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)化成硫酸鹽硬度，并保持循環(huán)水的碳酸鹽硬度值不超過該阻垢劑下的極限碳酸鹽硬度，才能達(dá)到應(yīng)有的防垢效果。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際用水及阻垢緩蝕劑性能情況，濃縮倍率較高時(shí)，循環(huán)水中的雜質(zhì)離子，如氯離子可能會(huì)有局部濃縮情況，造成凝汽器管或者輔機(jī)的腐蝕，為達(dá)到防腐、防垢、節(jié)水等方面的協(xié)調(diào)，試驗(yàn)控制循環(huán)水濃縮倍率為4.0倍［9-10］。

運(yùn)行持續(xù)跟蹤288 h，硬度、氯根、鈣離子濃縮倍率運(yùn)行曲線如圖6 所示，硬度、鈣離子、鎂離子阻垢率運(yùn)行曲線如圖7所示。

圖6 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)濃縮倍率運(yùn)行曲線

圖7 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)阻垢率運(yùn)行曲線

由圖6、圖7 可知，加入質(zhì)量濃度為15.0 mg∕L 阻垢緩蝕劑的加藥工藝，系統(tǒng)阻垢效果良好，不存在明顯的結(jié)垢傾向，系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

調(diào)相機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)的危害主要在于結(jié)垢與腐蝕，系統(tǒng)結(jié)垢的起源于水質(zhì)硬度及堿度指標(biāo)，水質(zhì)中離子濃度的高低決定材質(zhì)的腐蝕情況，不同濃度的阻垢緩蝕劑對系統(tǒng)的影響也是不同的。

循環(huán)水模擬試驗(yàn)對阻垢緩蝕劑的防垢和防腐性能進(jìn)行綜合評價(jià)，將最佳加藥工藝和各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)應(yīng)用于調(diào)相機(jī)組。在保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下，使水資源得以最大利用，起到了節(jié)能減排的效果。