李贺全 张福太 李杰
1.华北电力科学研究院有限责任公司 北京 100045 2.大同第二发电厂 山西大同 037043
大同第二发电厂(下称大同二电厂)1～4号机组为湿冷机组，凝汽器铜管为HSn 70-1B 。循环水的补充水采用弱酸阳离子交换树脂处理，以除掉碳酸盐硬度，保障循环水在高浓缩倍率下运行的同时凝汽器铜管不结垢，从而达到节水的目的。大同第二发电厂自建厂之日至1997年，补充水的碱度均大于硬度。由于弱酸阳离子交换树脂只能除掉碳酸盐硬度,因此，出水中含有剩余碱度，弱酸树脂处理的出水pH大于6.5，进入循环水系统经过浓缩后, pH升高到7.8～8.3，保证凝汽器铜管不结垢、不腐蚀。自1998年至今，补充水含盐量逐渐升高，硬度大于碱度。循环水补充水经过弱酸树脂处理后，碱度(HCO3－)几乎全部脱除。另外，由于D113弱酸树脂具有弱的中性盐分解能力，循环水补充水经过处理后，出水初期会含有强酸，pH可降低至3.3，随着时间增加pH逐渐升高，至pH为5.8后失效。循环水的补充水若仅采用该种水质，浓缩后pH小于7，若不采取其它措施(如加碱调节pH)凝汽器铜管将产生严重腐蚀。自2000年5～8月，针对目前的补充水质条件，运用电化学和静态浓缩的方法 ，对如何控制弱酸床的运行及循环水指标，防止水处理系统的腐蚀和结垢进行了系统研究,提出了控制腐蚀和结垢的解决方案。最后，还对补充水处理设备的运行提出更改建议。
1 大同二电厂循环水补充水处理设备概况
1.1 循环水补充水处理工艺
循环水补充水采用D113弱酸树脂处理工艺，工艺流程如下。
(1) 地下水→生水泵→弱酸固定床→除二氧化碳器→除碳水箱。额定出力为1 500 t/h ，共12套，全部投入运行。
(2) 地下水＋地表水(混合)→弱酸双流床→除二氧化碳器→水箱。额定出力为1 000 t/h，实际投入出力为500 t/h。
(3) 在双流床处理后还可进行全脱盐处理，系统流程：
双流床出水→强酸阳浮床→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→弱碱阴浮床→除碳水箱。目前，此系统未投入运行，双流床出水直接脱碳后进入脱碳水箱。
(4) 除碳水箱→补水泵→机组辅机冷却水系统→1～4号水塔。
1.2 循环水补充水处理运行状况
(1) 进水水质
地表水和地下水的硬度均大于碱度，地下水水质基本稳定，地表水水质逐渐恶化，其含盐量和Cl－含量逐年升高。在运行检测中还发现，地表水水质波动较大。
(2) 运行控制
运行中监测碱度或酸度、硬度、pH，出水碱度达到0.7 mmol/L时失效，需再生。
(3) 出水水质
弱酸树脂处理时，其运行周期内出水水质逐渐变化且在初期有强酸生成，在硬度大于碱度的进水条件时，三种检测项目的变化为：
pH为3.3～5.7；
硬度为0.7～1.6 mmol/L；
碱度小于0.7 mmol/L(运行初期为强酸性，故监测酸度)。
(4) 补充水质(除碳水箱内的水质)
虽然每个弱酸树脂床的出水水质始终在变化，但是由于各个交换器失效时间不固定,出水混合后，水质基本稳定，pH为4～5，硬度小于1 mmol/L。
(5) 补充水量
补充水量不能调整，始终为2 000 t/h，地下水占全部被处理水量的75%，约为1 500 t/h，地表水约500 t/h。在冬季，循环水只能低倍率运行。
2 试验过程概述
2.1 根据电厂的多年运行经验，循环水夏季的最高浓缩倍率为8倍。在试验室内循环水补充水水样浓缩8倍后Δa＝KCl－－KYD＜0.2时，即可认为铜管不会结垢。上式中：KCl－为按Cl－含量计算的补充水样浓缩倍率；KYD为按硬度计算的补充水样浓缩倍率；Δa为不同方法计算的补充水样浓缩倍率的差值。
2.2 铜管在循环水中的腐蚀从本质上可归结为氧腐蚀，铜的阳极极化曲线交于耗氧极化曲线的活化极化区，因此，铜的氧腐蚀为活化极化所控制。对于活化极化控制的腐蚀体系有下述公式：
式中E——被测铜管管材电极电位；
Ec——被测铜管管材电极腐蚀电位；
I——被测铜管管材电极电流；
ic——均匀腐蚀速度；
Rp——极化曲线在Ec处的斜率，称为极化阻力。
被测铜管管材／腐蚀介质体系在各种条件下的瞬时腐蚀速度可以通过测定Rp求得。因此，可以通过Rp的测定来比较被测铜管管材在不同腐蚀介质中的腐蚀速度。
利用动电位扫描的方法，由相对于Ec的负电位，测定阳极极化曲线，求出Rp，同时可以测定点蚀电位Eb。综合分析极化结果，可以得到被测铜管管材的耐腐蚀特性。
2.3 根据上述2.1、2.2中的原理，完成补充水样的浓缩试验，以确定补充水样浓缩至8倍时铜管是否有结垢生成。其次，完成不同水质下被测铜管管材的电化学测定，以确定其耐腐蚀特性。
3 试验结果及分析
3.1 补充水处理系统运行分析及更改建议
自1998年至今，由于进水水质的变化，导致出水水质呈酸性，引起铜管和辅机冷却水系统的腐蚀，因此须将弱酸床出水调整为碱性。可通过不同途径达到此目的，现逐一加以分析。
(1) 改变入口水质
弱酸床产生酸性水的根本原因在于弱酸床入口水质的变化(1995年以前，弱酸床入口水质碱度大于硬度，弱酸床出水的pH为6.5～7.1)，因此，可以采用在弱酸床入口水中加入NaHCO3的方法调整碱度大于硬度，使之回到1995年以前的水平。若采用这种方式，需增加溶药箱、储药箱、加药泵和2～3个专门值班的人员(因水质变化，加药量不易调整)。
(2) 调整弱酸床出口水质
利用计量泵向出口水中加入氢氧化钠，调整出口水质pH为7。加药点在除碳器出水口或入水口。这种方式只需安装加药泵，所需其它设备可利用原有系统，无需增加专门值班人员。
(3) 改造脱盐设备
将现在的浮床改为钠型方式运行，补充水的一部分经软化后同弱酸床出水混合，可以将出水pH提高到7。这种方式需增加盐池、计量箱、喷射器等再生设备和2～3个值班人员。
(4) 更改建议
比较上述三种方式：加入氢氧化钠的方法投资最小，且无须增加值班人员，因此建议采用。
3.2 结垢问题分析
试验采用氢氧化钠调整pH的方法，将除碳水箱内的水pH调整为7，浓缩倍率调整至8倍 。试验过程中进行水质分析。
试验条件：恒温45℃浓缩，水样体积保持恒定。
试验结果：见表1。
表1数据表明，在整个浓缩过程中Δa＝Kc1－－KYD＜0.2，因此，浓缩到8倍时不会结垢。由表1数据得到Cl－含量—pH曲线，如图1所示。
图1曲线表明，当Cl－含量300～400 mg/L时，pH并不能升高到8.3，这点同1995年以前的情况有所不同。即Cl－含量相同时，pH偏低，这点在后面的材料腐蚀分析中将被引用。
3.3 腐蚀问题分析
通过测定偏离正常运行后不同水质下材料的电化学特性和正常运行时不同水质条件下材料的电化学特性，分析比较其差别，取能达到正常运行时电化学特性的水质条件为运行控制工况 。 (1) 试验条件
以饱和甘汞电极为参比电极，辅助电极采用铂电极，测定工作电极(即被测铜管管材)的极化特性曲线，试验参数如下：
起始电位为－50 mV(相对于Ec)；
扫描速度为3 mV/s；
终点电位为500 mV(相对于Ec)；
试验温度为常温，下同。
(2)［试验一］1995年前正常运行时凝汽器铜管的腐蚀电化学特性
自建厂至1995年，大同二电厂循环水运行良好，凝汽器运行良好，凝汽器铜管基本上没发生腐蚀，pH稳定在8.3左右，Cl－含量为300～400 mg/L。根据这种状况完成了下述试验。取补充水(除碳水箱内的水)按不同倍率浓缩得到不同Cl－含量的溶液共5种，最后调整pH为8.35，然后进行铜管管材腐蚀电化学测定。测试数据见表2。
表2数据表明，pH稳定在8.35时，随溶液中含盐量的升高，Rp变化不大，Eb逐渐下降，使阳极极化时铜管管材不能钝化，说明铜管管材的均匀腐蚀速度变化不大，抗点蚀能力逐渐下降。结合1995年的运行状况，1、2、3、4号溶液试验结果表明，铜管管材没有发生腐蚀的电化学特性，这里称之为无腐蚀特征。而5号试验由于溶液中含盐量很大，阳极极化时铜管管材呈现活性溶解特征。
(3)［试验二］将补充水浓缩成不同含盐量的溶液，以图1中曲线作参比，调整pH后的铜管管材的电化学测试
由图1可知，补充水用氢氧化钠调整后，其pH并不能升高到8.3，同1995年前相比，在Cl－含量相同时，pH偏低。该试验表明了低pH时的铜管管材的腐蚀特性，测试数据见表3。
表3数据表明，试验二的溶液阳极极化时，铜管管材均不能钝化，说明被测材料铜电极耐点蚀能力非常低。Rp下降较大，说明铜管管材均匀腐蚀速度增加较大，这些特征同试验一的无腐蚀特征差别较大。
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