一种发电机腐蚀空芯铜导线EDTA动态清洗效果评价方法

技术领域

本发明涉及发电设备化学清洗工程技术领域，具体涉及一种发电机腐蚀空芯铜导线EDTA动态清洗效果评价方法。

背景技术

核电、火电及水电的发电机在运行过程中，定子铜线圈会产生大量的废热。为移除这部分废热，常将冷却水流过发电机定子空芯铜导线。由于冷却水对铜导线具有一定的腐蚀作用，在系统长期运行、停运和检修过程中，铜导线会发生腐蚀。腐蚀生成的腐蚀产物在系统内会发生沉积，进而引起局部过热等系统异常，在严重情况下甚至会导致绝缘层击穿损毁、机组非计划停机等安全事故。因此，当系统运行状态达到化学清洗条件时，需要对腐蚀空芯铜导线进行化学清洗。

目前，最常用的化学清洗方法是以多种有机酸和无机酸为清洗有效成分，同时为控制铜基底的腐蚀速率不超出相关要求，还需额外添加较高浓度的BTA或MBT铜专用缓蚀剂。这种烈性化学酸洗复配铜缓蚀剂的清洗方法，虽然可以有效溶解沉积在系统内的铜腐蚀产物，但是清洗产生的废液处理难度极大，尤其是当下对工业外排水的环保要求愈发严格。清洗废液中高浓度、难降解的有机物，处理成本高、周期长。清洗废液的处理无疑极大地增加了腐蚀空芯铜导线的清洗成本。

在对现场系统进行化学清洗前，需要先开展实验室的清洗小试试验，以优化清洗条件。在之前的研究中，一般以从系统中冲出的腐蚀产物为清洗试验对象，采用静态溶解的方式观察腐蚀产物是否会被溶解，从而评价清洗效果。然而，这种试验方法存在以下两点不足：一方面，没有模拟真实的清洗条件。现场系统化学清洗时，清洗液是以循环流动的方式作用于附着在空芯铜导线内表面的腐蚀产物。在这种循环流动的条件下，清洗液中有效成分向腐蚀层的传质作用，以及溶解下的腐蚀产物向清洗液中的传质作用较快。但是，当前采用的腐蚀产物静态溶解试验，无法模拟清洗液对真实腐蚀层的流动冲刷作用；另一方面，无法定量表征清洗速率的快慢。观察法只能定性地得出腐蚀产物是否被溶解，但不能定量地表征清洗过程中腐蚀层的溶解速率。

综合以上两点不足，目前的实验室小试清洗试验方法得出的结果，对系统实际清洗的指导性不强。

发明内容

针对现有发电机腐蚀空芯铜导线实验室清洗小试试验方法存在的问题，现提供一种发电机腐蚀空芯铜导线EDTA动态清洗效果评价方法，在模拟实际动态清洗条件下对腐蚀空芯铜导线进行EDTA清洗，为优化清洗试验条件提供方法依据，从而更好地指导现场系统的清洗。

具体技术方案如下：

一种发电机腐蚀空芯铜导线EDTA动态清洗效果评价方法，具有这样的特征，包括如下步骤：

1)制备腐蚀空芯铜导线试件；

2)配置系列浓度的Cu-EDTA络合物溶液，测定溶液在265.6nm下的吸光度，标绘Cu-EDTA络合物浓度-吸光度工作曲线；

3)以预热至一定温度的EDTA二钠水溶液作为清洗剂，对腐蚀空芯铜导线试件进行动态清洗，每间隔一定时间采集清洗液水样并将其冷却至室温，测定水样在265.6nm光下的吸光度，根据工作曲线计算清洗溶解下的铜含量，对铜含量与清洗时间进行线性拟合，拟合得出的斜率即为清洗表观速率常数，根据清洗表观速率常数的大小定量表征清洗速率的快慢。

上述的发电机腐蚀空芯铜导线EDTA动态清洗效果评价方法，还具有这样的特征，步骤1)中腐蚀空芯铜导线试件制备方法为：将取自现场的实际腐蚀空芯铜导线剥除表面绝缘层后切割成小段，利用热缩圆管将铜导线试件封装，再将试件的两端扎牢。

上述的发电机腐蚀空芯铜导线EDTA动态清洗效果评价方法，还具有这样的特征，步骤3)中动态清洗方法为：使清洗液以一定流速流过腐蚀空芯铜导线试件，以模拟真实的清洗条件对试件进行清洗。

EDTA二钠溶液呈微酸性，且对铜离子具有强络合作用(稳定络合常数的对数值lgK高达18.8)，可以起到溶解铜氧化物的作用；与此同时，EDTA二钠溶液对铜基底的腐蚀作用轻微，可以在不添加铜缓蚀剂的条件下对空芯铜导线进行柔性化学清洗。组分单一的清洗剂也为清洗效果的快速表征提供了前提条件。

铜氧化物与EDTA生成的Cu-EDTA络合物呈蓝色，可采用分光光度法快速测定清洗液中的铜含量；且腐蚀空芯铜导线的EDTA清洗反应明确，其腐蚀产物成分简单、清洗液中有效成分及清洗生成的产物成分单一。因此，可以根据Cu-EDTA络合物在特征波长光265.6nm下的吸光度，快速表征溶解下的铜氧化物含量。

上述方案的有益效果是：

本申请提供的方法可以实现对实际腐蚀空芯铜导线的柔性动态清洗效果的评价，试验测得的清洗表观速率常数可用于定量表征铜腐蚀产物EDTA清洗的速率，克服了之前实验室清洗小试试验采用的腐蚀产物静态溶解定性评价方法的不足，为实验室优化清洗条件提供了科学的方法依据，能更好地指导实际系统的化学清洗。

附图说明

图1为本发明的实施例中提供的动态清洗的装置示意图；

图2为图1腐蚀空芯铜导线试件的结构示意图；

图3为清洗液温度对腐蚀空芯铜导线EDTA清洗效果的影响图；

图4为清洗液浓度对腐蚀空芯铜导线EDTA清洗效果的影响图。

附图中：1、集热式恒温加热磁力搅拌器；2、清洗液水箱；3、搅拌磁子；4、蠕动泵；5、腐蚀空芯铜导线试件；51、转换接头；52、热缩圆管；53、塑料扎带；54、腐蚀空芯铜导线；6、石英比色皿；7、紫外吸光度测定及数据分析系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例1

本实施例中提供了一种发电机腐蚀空芯铜导线EDTA动态清洗效果评价方法，其步骤如下：

1)制备腐蚀空芯铜导线试件

从现场系统中取出腐蚀空芯铜导线，剥除铜导线表面的绝缘层；采用切割机将空芯铜导线切割为长2cm的试件；利用游标卡尺测量空芯铜导线流通截面的尺寸，其长为7.11mm、宽为1.52mm；

将铜导线试件置于长8cm、直径9.5mm的透明热缩圆管中，采用热风枪从试件的中间向两端缓慢加热，使空芯铜导线刚好封装在热缩管中(在加热靠近试件两端的区域时，要避免过热引起热缩管坍缩)，封装好后利用塑料扎带将空芯铜导线试件的两端扎牢；

2)组装动态清洗试验装置

如图1所示，采用硅胶软管连接清洗液水箱2、蠕动泵4、腐蚀空芯铜导线试件5、清洗液水箱2，形成循环清洗流路，将清洗液水箱置于集热式恒温加热磁力搅拌器1中，清洗液水箱2中有用于搅拌的搅拌磁子3；

3)标绘Cu-EDTA络合物浓度-吸光度工作曲线

配制浓度为0.6g/L的EDTA二钠的水溶液、浓度为20mg/L(以铜元素含量计)的硝酸铜溶液；

按下表配制浓度分别为0、2、4、6、8、10mg/L的Cu-EDTA络合物溶液(以铜元素含量计)

预热紫外-可见光分光光度计30min，采用紫外-可见光分光光度计测定上表中六种溶液在265.6nm下的吸光度，记为UV

线性拟合UV

4)开展动态清洗试验

将集热式恒温加热磁力搅拌器的水浴温度预热至30℃；配制250mL、0.3g/L的EDTA二钠清洗溶液，将其置于集热式恒温加热磁力搅拌器中恒温至30℃；

根据步骤1)测得的空芯铜导线流通截面的尺寸，控制清洗液对铜导线的线流速为0.5m/s，计算得所需的清洗流量为324mL/min；将腐蚀空芯铜导线试件接入动态清洗系统，调节蠕动泵的流量为324mL/min，启动蠕动泵，开启搅拌，开始试验并计时；每间隔10min，用塑料吸管取约4mL的清洗液，待清洗液冷却至室温后采用事先预热好的紫外-可见光分光光度计测定清洗液水样的UV

重复如上步骤，分别在35℃、40℃、45℃条件下开展试验；

5)拟合清洗表观速率常数k

根据工作曲线，将测得的UV

由图3可知，随着清洗液温度的升高，清洗表观速率常数k值升高，清洗效果更好；进一步地，采用阿伦尼乌斯公式计算得出反应的活化能为60kJ/mol，由此可知，腐蚀空芯铜导线EDTA清洗对温度敏感，因此适当升高清洗液温度可以提高清洗速率。

实施例2

不同于实施例1，本实施例中提供的发电机腐蚀空芯铜导线EDTA动态清洗效果评价方法主要考察EDTA浓度对腐蚀空芯铜导线EDTA清洗效果的影响，其步骤如下：

1)制备腐蚀空芯铜导线试件

从现场系统中取出腐蚀空芯铜导线，剥除铜导线表面的绝缘层；采用切割机将空芯铜导线切割为长2cm的试件；利用游标卡尺测量空芯铜导线流通截面的尺寸，其长为7.11mm、宽为1.52mm；

将铜导线试件置于长8cm、直径9.5mm的透明热缩圆管中，采用热风枪从试件的中间向两端缓慢加热，使空芯铜导线刚好封装在热缩管中(在加热靠近试件两端的区域时，要避免过热引起热缩管坍缩)，封装好后利用塑料扎带将空芯铜导线试件的两端扎牢；

2)组装动态清洗试验装置

如图1所示，采用硅胶软管连接清洗液水箱2、蠕动泵4、腐蚀空芯铜导线试件5、清洗液水箱2，形成循环清洗流路，将清洗液水箱置于集热式恒温加热磁力搅拌器1中，清洗液水箱2中有用于搅拌的搅拌磁子3；

3)测定UV

配制浓度为0.6g/L的EDTA二钠的水溶液、浓度为20mg/L(以铜元素含量计)的硝酸铜溶液；

按下表配制浓度分别为0、2、4、6、8、10mg/L的Cu-EDTA络合物溶液(以铜元素含量计)

预热紫外-可见光分光光度计30min，采用紫外-可见光分光光度计测定上表中六种溶液在265.6nm下的吸光度，记为UV

线性拟合UV

4)开展动态清洗试验

将集热式恒温加热磁力搅拌器的水浴温度预热至40℃；配制250mL、0.1g/L的EDTA二钠清洗溶液，将其置于集热式恒温加热磁力搅拌器中恒温至40℃；

根据步骤1)测得的空芯铜导线流通截面的尺寸，控制清洗液对铜导线的线流速为0.5m/s，计算所需的清洗流量为324mL/min；将腐蚀空芯铜导线试件接入动态清洗系统，调节蠕动泵的流量为324mL/min，启动蠕动泵，开启搅拌，开始试验并计时；每间隔10min，用塑料吸管取约4mL的清洗液，待清洗液冷却至室温后采用事先预热好的紫外-可见光分光光度计测定清洗液水样的UV

重复如上步骤，分别在在EDTA浓度为0.2、0.3、0.4g/L条件下开展试验；

5)拟合清洗表观速率常数k

根据工作曲线，将测得的UV

由图4可知，EDTA浓度升高，清洗表观速率常数k值升高，清洗效果更好。

对于实际系统的清洗，需要综合考虑清洗成本和铜基底腐蚀要求，选取合适的EDTA浓度。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。