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【摘要】加药泵根据发电机入口电导率自动调节加药频率，从而控制加药量多少，以维持水质稳定在要求范围内。所有监视仪表测量值都远传到DCS系统，用于监视水质和参与加药泵的逻辑运算，加碱过程由计量泵完成，由集控室控制计量泵的停止和手自动切换，当现场出现非正常加碱时，集控室可强制停止计量泵。
【关键词】定子冷却水加碱；加碱装置；自动加药
1、项目概况
我公司#1～#4发电机定子冷却水处理系统各配备有一套离子交换小混床，小混床内装有阴阳两种离子交换树脂，分别用来除去水中的阴离子和阳离子，达到净化水质的目的。因处理工艺限制，定子冷却水pH值均无法达到该标准的要求，改造前四台机组发电机定子冷却水pH值较低，运行时在7.0左右，铜离子含量较高，不能满足DL/T801-2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》标准要求，标准规定内冷水pH值为8.0-9.0和含铜量小于20μg/L。由于定子冷却水系统严密性较差，溶解氧高，定子水pH值没有达到抑制铜腐蚀要求的最理想的8.0-9.0之间，铜线棒处于缓慢的腐蚀状态，由于小混床处理水量较小，吸附腐蚀产物的能力有限，冷却水中铜离子浓度达到一定程度就会沉积在线圈温度较高、流速较低的部位，造成定子绕组局部温升过高、绝缘过热被击穿的事故，从而给发电机的安全稳定运行埋下了隐患。
2、影响发电机内冷水铜含量原因分析及措施
发电机内冷水中的铜离子是由于铜线圈溶解产生，铜在水中发生以下的电化学反应
Cu=Cu2++2e
O2+2H2O+4e=4OH-
铜在水中的溶解率与水中溶氧和溶液pH值有关，水的pH值对铜腐蚀影响主要是在铜表面保护膜的形成及其稳定性，一般铜在水中的电位在0.1～0.4V之间，若水的pH在6.9以下，则铜的状态处于腐蚀区，表面很难有稳定的保护膜存在；在pH高于6.9时，铜表面的氧化膜能稳定存在，铜出于被保护状态。
发电机内冷水采用化学除盐水作为其补充水，理论上其pH值应为7.0。但除盐水易吸收空气中的二氧化碳等弱酸性气体，使其水质偏酸性，不利于铜的防腐。通过实验室内挂片试验（25°C，72h）可得到除盐水中加氢氧化钠调整后的pH值。
综合发电机内冷水控制指标，在保证绝缘指标电导率小于2.0us/cm的条件下，pH值可以在7.5至8.8之间调整，铜含量可低至1.0ug/l以下，使铜腐蚀与氧化物沉积现象有效缓解。
3、定子冷却水加碱工艺的研究及确定
对影响发电机定子冷却水铜含量的原因分析得出，增加溶液的pH值或是降低溶液的溶解氧均能后有效降低铜腐蚀，但是从生产工艺角度来说，改变溶液的pH要比改变溶液的溶解氧简单的多。因此，向冷却水中加入一定浓度的氢氧化钠溶液，提高定子冷却水的pH值来防止铜的敷设是简单有效的方法。通过对工艺系统分析，最终研制了一套基于集散控制系统（DCS）控制的自动加碱装置。
3.1加碱装置的构成
就地加装一套发电机定子冷却水自动加碱装置，包括电磁计量泵、加药箱等，在离子交换器入口加装两块电导率表和一块pH表分别用于控制加碱量及监测定子冷却水的pH值，离子交换器出口配置一块在线电导率表用于监测交换器树脂是否失效。加装的分析仪表信号全部送至DCS系统中。
3.2加碱装置的工作原理
加碱装置通过加药泵向定子冷却水水箱中加入1%浓度的氢氧化钠溶液，来改变内冷水的pH值，DCS发出的4-20mA指令对应加药泵0-100%的频率。
加药泵的控制分为手动、自动两套回路。手动控制时，运行人员设置、改变加药泵频率设定，控制加药量的增减。加药泵投自动时，根据发电机入口电导与电导设定值的偏差进行PID运算调节，改变加药泵的频率来控制加药量的多少，以维持入口电导在1.0μs/cm左右运行。加药泵允许投入自动的条件为发电机入口电导1大于0.8μs/cm 且小于 1.2μs/cm。加药泵切手动条件：发电机入口电导1与设定值偏差大于0.2μs/cm；发电机离子交换器出口电导大于1.0μs/cm；发电机入口电导1变坏点；发电机定子水入口电导1与电导2测量值偏差大于0.2μs/cm且延时20s。以上条件触发后，加药泵切为手动且指令置零。另外，加药泵全程可由运行人员切为手动，其手动后加药泵指令保持。加药泵指令上限限制为25%。
各监视仪表设置了超限报警功能用来向运行人员提前预警，控制参、数报警值均可在线修改。
3.3加药系统各参数的设定
在DCS逻辑中可进行修改参数设置，系统投运后经过参数的整定，参考值设置如下：
1）电导设定值：1.0μs/cm
2）混床入口DD低启泵：0.8μs/cm
3）混床入口DD高停泵：1.2μs/cm
4）混床入口DD低限值：0.2μs/cm
5）混床入口DD差值：0.2μs/cm
6）混床出口DD高限值：1.0μs/cm
7）加碱泵频率高限值：25 %
8）采样周期：4s （PID调节参数）
9）增益系数：0.1 （PID调节参数）
10）积分时间：4min （PID调节参数）
11）微分时间：0min （PID调节参数）
4、相关设备的选型
4.1加药泵的选型
此次改造选用德国普罗名特CONCEPT c型电磁计量泵，计量泵由电磁力驱动连杆带动隔膜在泵头内往复运动，引起泵头膛腔体积和压力变化，压力的变化引起吸液阀门和排液阀门自动开启和关闭，实现化学药品的定量吸入和排出。
CONCEPT c系列电磁驱动隔膜式计量泵的额定排量在0.7-23L/h内，相应的最大输出压力为6-1.5bar，泵的出口药量的变化可以根据现场实际要求调节冲程长度和冲程频率来实现。LED发光二极管指示各种运行状态和报警。计量泵可以接收4-20mA的远方模拟量控制信号，对应泵的0-100%的冲程频率，计量泵远控时用来控制实际出口药量，实现加药泵的自动控制。
4.2监测仪表的选型
发电机定子水电导率的测量选用了HOLLINSYS品牌的2402B Cond型可编程电导率仪，该仪表体积小，测量精度高，就地128*64的图形LCD显示，有2/3线制的Pt-100自动补偿功能，以适应介质温度对测量值得影响，在Pt-100传感器损坏时，温度补偿可在0-120°之间人工补偿，配有两个浮动切换触点，触点设定可在满量程内调整，利用内部开关，每个触点设定为常开或常闭。模拟量输入可设定为0-20mA或4-20mA，用以信号的远传。
发电机定子水pH的测量选用哈希品牌的9135pH变送器，9135pH变送器和与之配用的测量传感器是专为在工业生产过程中的pH的测量和连续控制而设计的。通常用一个玻璃电极和一个参比电极测量pH，玻璃电极的作用类似一个将化学能转变成电能的转换器，这种pH变送器校验方便，维护简单，分辨率高，同样配备Pt-100温度测量，用来补偿温度变化对测量值的影响，改变内部设置可以实现线性补偿、超纯水曲线补偿、联氨曲线补偿、磷酸盐曲线补偿的温度补偿方式。该pH计也可以实现4-20mA的模拟量远传和开关量报警功能。
总结
通过对影响定子冷却水水质的因素入手分析研究，针对不同的水质优化工艺进行比较，结合本厂工艺系统特点，确定了切实可行的水质处理效果良好的实施方案。系统调试投运后，极大的改善定冷水品质，满足最新DL/T801-2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》等标准要求，保证电导率小于2.0μS/cm，pH8.0～9.0，含铜量长期平均小于10μg/L，有效解决发电机内冷水铜导线腐蚀，大大降低由于铜腐蚀与氧化物沉积所造成定子绕组局部温升过高、绝缘过热被击穿的事故。
作者简介
刘永亮，男，1982年2月23日生，2005年毕业于华北电力大学，本科。就业于河北国华沧东发电有限责任公司，从事该厂热工控制逻辑研究，设备改造等工作。
【关键词】定子冷却水加碱；加碱装置；自动加药
1、项目概况
我公司#1～#4发电机定子冷却水处理系统各配备有一套离子交换小混床，小混床内装有阴阳两种离子交换树脂，分别用来除去水中的阴离子和阳离子，达到净化水质的目的。因处理工艺限制，定子冷却水pH值均无法达到该标准的要求，改造前四台机组发电机定子冷却水pH值较低，运行时在7.0左右，铜离子含量较高，不能满足DL/T801-2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》标准要求，标准规定内冷水pH值为8.0-9.0和含铜量小于20μg/L。由于定子冷却水系统严密性较差，溶解氧高，定子水pH值没有达到抑制铜腐蚀要求的最理想的8.0-9.0之间，铜线棒处于缓慢的腐蚀状态，由于小混床处理水量较小，吸附腐蚀产物的能力有限，冷却水中铜离子浓度达到一定程度就会沉积在线圈温度较高、流速较低的部位，造成定子绕组局部温升过高、绝缘过热被击穿的事故，从而给发电机的安全稳定运行埋下了隐患。
2、影响发电机内冷水铜含量原因分析及措施
发电机内冷水中的铜离子是由于铜线圈溶解产生，铜在水中发生以下的电化学反应
Cu=Cu2++2e
O2+2H2O+4e=4OH-
铜在水中的溶解率与水中溶氧和溶液pH值有关，水的pH值对铜腐蚀影响主要是在铜表面保护膜的形成及其稳定性，一般铜在水中的电位在0.1～0.4V之间，若水的pH在6.9以下，则铜的状态处于腐蚀区，表面很难有稳定的保护膜存在；在pH高于6.9时，铜表面的氧化膜能稳定存在，铜出于被保护状态。
发电机内冷水采用化学除盐水作为其补充水，理论上其pH值应为7.0。但除盐水易吸收空气中的二氧化碳等弱酸性气体，使其水质偏酸性，不利于铜的防腐。通过实验室内挂片试验（25°C，72h）可得到除盐水中加氢氧化钠调整后的pH值。
综合发电机内冷水控制指标，在保证绝缘指标电导率小于2.0us/cm的条件下，pH值可以在7.5至8.8之间调整，铜含量可低至1.0ug/l以下，使铜腐蚀与氧化物沉积现象有效缓解。
3、定子冷却水加碱工艺的研究及确定
对影响发电机定子冷却水铜含量的原因分析得出，增加溶液的pH值或是降低溶液的溶解氧均能后有效降低铜腐蚀，但是从生产工艺角度来说，改变溶液的pH要比改变溶液的溶解氧简单的多。因此，向冷却水中加入一定浓度的氢氧化钠溶液，提高定子冷却水的pH值来防止铜的敷设是简单有效的方法。通过对工艺系统分析，最终研制了一套基于集散控制系统（DCS）控制的自动加碱装置。
3.1加碱装置的构成
就地加装一套发电机定子冷却水自动加碱装置，包括电磁计量泵、加药箱等，在离子交换器入口加装两块电导率表和一块pH表分别用于控制加碱量及监测定子冷却水的pH值，离子交换器出口配置一块在线电导率表用于监测交换器树脂是否失效。加装的分析仪表信号全部送至DCS系统中。
3.2加碱装置的工作原理
加碱装置通过加药泵向定子冷却水水箱中加入1%浓度的氢氧化钠溶液，来改变内冷水的pH值，DCS发出的4-20mA指令对应加药泵0-100%的频率。
加药泵的控制分为手动、自动两套回路。手动控制时，运行人员设置、改变加药泵频率设定，控制加药量的增减。加药泵投自动时，根据发电机入口电导与电导设定值的偏差进行PID运算调节，改变加药泵的频率来控制加药量的多少，以维持入口电导在1.0μs/cm左右运行。加药泵允许投入自动的条件为发电机入口电导1大于0.8μs/cm 且小于 1.2μs/cm。加药泵切手动条件：发电机入口电导1与设定值偏差大于0.2μs/cm；发电机离子交换器出口电导大于1.0μs/cm；发电机入口电导1变坏点；发电机定子水入口电导1与电导2测量值偏差大于0.2μs/cm且延时20s。以上条件触发后，加药泵切为手动且指令置零。另外，加药泵全程可由运行人员切为手动，其手动后加药泵指令保持。加药泵指令上限限制为25%。
各监视仪表设置了超限报警功能用来向运行人员提前预警，控制参、数报警值均可在线修改。
3.3加药系统各参数的设定
在DCS逻辑中可进行修改参数设置，系统投运后经过参数的整定，参考值设置如下：
1）电导设定值：1.0μs/cm
2）混床入口DD低启泵：0.8μs/cm
3）混床入口DD高停泵：1.2μs/cm
4）混床入口DD低限值：0.2μs/cm
5）混床入口DD差值：0.2μs/cm
6）混床出口DD高限值：1.0μs/cm
7）加碱泵频率高限值：25 %
8）采样周期：4s （PID调节参数）
9）增益系数：0.1 （PID调节参数）
10）积分时间：4min （PID调节参数）
11）微分时间：0min （PID调节参数）
4、相关设备的选型
4.1加药泵的选型
此次改造选用德国普罗名特CONCEPT c型电磁计量泵，计量泵由电磁力驱动连杆带动隔膜在泵头内往复运动，引起泵头膛腔体积和压力变化，压力的变化引起吸液阀门和排液阀门自动开启和关闭，实现化学药品的定量吸入和排出。
CONCEPT c系列电磁驱动隔膜式计量泵的额定排量在0.7-23L/h内，相应的最大输出压力为6-1.5bar，泵的出口药量的变化可以根据现场实际要求调节冲程长度和冲程频率来实现。LED发光二极管指示各种运行状态和报警。计量泵可以接收4-20mA的远方模拟量控制信号，对应泵的0-100%的冲程频率，计量泵远控时用来控制实际出口药量，实现加药泵的自动控制。
4.2监测仪表的选型
发电机定子水电导率的测量选用了HOLLINSYS品牌的2402B Cond型可编程电导率仪，该仪表体积小，测量精度高，就地128*64的图形LCD显示，有2/3线制的Pt-100自动补偿功能，以适应介质温度对测量值得影响，在Pt-100传感器损坏时，温度补偿可在0-120°之间人工补偿，配有两个浮动切换触点，触点设定可在满量程内调整，利用内部开关，每个触点设定为常开或常闭。模拟量输入可设定为0-20mA或4-20mA，用以信号的远传。
发电机定子水pH的测量选用哈希品牌的9135pH变送器，9135pH变送器和与之配用的测量传感器是专为在工业生产过程中的pH的测量和连续控制而设计的。通常用一个玻璃电极和一个参比电极测量pH，玻璃电极的作用类似一个将化学能转变成电能的转换器，这种pH变送器校验方便，维护简单，分辨率高，同样配备Pt-100温度测量，用来补偿温度变化对测量值的影响，改变内部设置可以实现线性补偿、超纯水曲线补偿、联氨曲线补偿、磷酸盐曲线补偿的温度补偿方式。该pH计也可以实现4-20mA的模拟量远传和开关量报警功能。
总结
通过对影响定子冷却水水质的因素入手分析研究，针对不同的水质优化工艺进行比较，结合本厂工艺系统特点，确定了切实可行的水质处理效果良好的实施方案。系统调试投运后，极大的改善定冷水品质，满足最新DL/T801-2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》等标准要求，保证电导率小于2.0μS/cm，pH8.0～9.0，含铜量长期平均小于10μg/L，有效解决发电机内冷水铜导线腐蚀，大大降低由于铜腐蚀与氧化物沉积所造成定子绕组局部温升过高、绝缘过热被击穿的事故。
作者简介
刘永亮，男，1982年2月23日生，2005年毕业于华北电力大学，本科。就业于河北国华沧东发电有限责任公司，从事该厂热工控制逻辑研究，设备改造等工作。