我國有相當數量在線運行的發電機采用直接水冷方式進行冷卻，有的采用單水內冷，有的采用雙水內冷。對于它的腐蝕性，國內外都進行過大量的試驗研究和現場測試工作，對影響銅導線腐蝕的許多重要因素有了較深入的了解，并采取過一些相應的預防措施，即使如此，運行中的電機銅導線的腐蝕事故仍然時有報導。
　　本文將對銅導線腐蝕的機理和銅導線的防腐作一些探討。

1　銅導線的腐蝕機理
　　發電機銅導線的材質一般為紫銅，在不加保護的情況下，其腐蝕速率一般為0．002～0．05 g／（m2·h），氧是主要的腐蝕劑，水中二氧化碳的含量和pH值對腐蝕程度影響較大。在ρ（O2）＝0．1～2mg/L,p(CO2)=1-5mg/L,pH=6.5-7.8的條件下，溶解的氧與銅相互作用，形成氧化膜：
這些氧化銅會均勻地覆蓋在銅表面上，它的保護性能較差，不能防止基體腐蝕過程的進一步發生。腐蝕過程中，腐蝕形成的一價銅離子被溶解氧氧化為二價銅離子，在沒有專門的保護措施時，腐蝕強度便取決于氧的濃度和Cu2＋的含量。
　　但是，當發電機冷卻系統運行時，銅導線的腐蝕與氧化銅的形成過程有關，氧化銅的形成速度取決于銅離子的含量、溶液的p H值和溫度。
　　要使溶液中的氧化銅沉淀，必須使Cu2＋濃度高于CuO的溶解度；反之，氧化物溶解。氧化銅溶解曲線如圖1所示。
當pH由3增加到7時，銅氧化物飽和溶液濃度由1 mol／L減少到10－9 mol／L；p H為7～9之間時，氧化銅的溶解得到緩沖；進一步提高pH會引起溶解度急劇增大，結果在溶液中形成陰離子和。
　　在實踐中，甚至于當Cu2＋的濃度可能最小時，也大大超過CuO的溶解度，即所有的實際溶液都是熱不穩定的。為什么會產生這種現象呢？應該說是Cu2＋在內冷水中以膠體狀態存在的緣故。
　　實際上，氧化銅的溶解度受溫度的影響特別大。在pH≤7時，溶解度隨溫度的升高而急劇下降；當pH≥9時，氧化銅在水中的平衡濃度呈現出很強的相反特性——溶解度隨溫度的增加而增加；當7≤p H≤9時，溶解度最小。

2　銅導線腐蝕的影響因素
2．1　氧
　　水中氧飽和時，氧的質量濃度為6～13 mg／L；當水與空氣直接接觸時，水中氧的質量濃度為1．4～3．2 mg／L。實驗證明，在工作溫度下飽和氧的質量濃度為0．3～2．0 mg／L時，腐蝕特別嚴重；當氧的質量濃度進一步增加到12 mg／L時，腐蝕情況實際上變化甚微，這是因為形成了Cu2 O保護膜的緣故；氧的質量濃度為0．3～10 mg／L時，腐蝕值改變，但并不那么激烈。
2．2　二氧化碳
　　二氧化碳對于冷卻水系統的防腐是極為不利的。它主要有兩方面的危害：其一，二氧化碳溶于水后使水的pH降低，氧化銅的溶解度增大；其二，它可以參與化學反應，使銅的氧化腐蝕產物由Cu2 O轉化為堿式碳酸銅2CuCO32Cu（OH）2，該物質是一種脆弱的腐蝕產物，在水流的沖刷下極易剝落。
總之，二氧化碳破壞了初始氧化層的保護作用，使腐蝕繼續進行下去，并且其腐蝕速度隨溶解在水中的二氧化碳質量濃度的增大而增大。
2．3　內冷水
2．3．1　電導率
　　水的電導率對銅的腐蝕影響很大，一般認為內冷水的電導率維持在1～10μS／cm范圍內較好，超過此值，腐蝕會顯著增加。當電導率不大于1μS／cm時，水中的電介損失固然會減小，但同時使銅的溶解度大大增加。純水是一種很強的、能溶解很多物質的溶劑，金屬在水中具有一定的可溶性。與它們的化合物相比，除鉑、金外，金屬都具有比較高的自由能，具有通過反應形成氧化物和其它化合物，從而達到較高穩定性的趨勢。即使撇開氧化的因素，金屬也能以離子或自由微粒的狀態直接溶于水中，其自由能越大，在水中的可溶性也越大。水中溶解的金屬會使電導率增加，采用不斷清除溶解金屬的辦法，使內冷水電導率維持在較低范圍內，卻又會使銅的溶解速度增大。所以，從腐蝕的觀點看，電導率過低并非好事。有資料表明，當水的電導率由1μS／cm減小到0．5μS／cm時，銅的腐蝕增加了1．8倍；當電導率減小到0．2μS／cm時，其腐蝕增加了35倍。如圖2所示。
　　水中存在溶解氣體、金屬和鹽類氧化物，以及其它有機物，這些眾多的雜質使水具有導電性，也對銅產生了腐蝕性作用，這就直接反映出了電導率越高，腐蝕性越強的關系。但是，在一定范圍內，電導率的升高引起腐蝕加快的速度不及電導率太低引起腐蝕加快的速度。
2．3．2　溫度
　　一般地說，溫度升高，腐蝕速度也會增加。對于密閉式隔離系統的發電機，溫度升高，氧化作用加快，固體在水中的溶解加快，導致腐蝕加快。對于敞開系統的發電機，一方面溫度升高產生上述現象，使腐蝕加快；另一方面溫度升高會使水中氣體溶解度降低，減緩腐蝕。在敞開系統的發電機中，溫度由30℃升到60℃時，腐蝕逐漸加大；溫度繼續上升，腐蝕逐漸減小，形成一種所謂的"中間大，兩頭小"狀態。
2．3．3　流速
冷卻水的流動產生兩方面的影響：
　　a）水的流速越高，機械磨損越大。資料表明：當電解銅空心線內冷卻水的流速為0．2m／s時，月腐蝕量約為0．7 mg／cm2；當水的流速達到1．65m／s時，月腐蝕量可達2mg／cm2；水的流速超過5 m／s時，還會產生氣蝕現象。
　　實際生產的電機其耐磨性比電解銅要好，當水流速度為3 m／s時，需要350年時間，空心銅線內表面磨損深度才達到0．15 mm，這說明空心銅導線有相當長的壽命。在進行電機設計時，水流速度計算值一般小于2 m／s，與其它腐蝕相比，水流動引起的機械磨損并不重要。
　　b）水的流動會加速水中腐蝕性物質向金屬表面遷移，并破壞鈍化膜。大量的實驗數據表明，銅的腐蝕速度會隨流速的增大而增大。
2．3．4　pH
　　在水中，銅的電極電位低于氧的電極電位。從化學熱力學的觀點看，銅是能被氧化腐蝕的。腐蝕反應能否不斷地進行下去，取決于腐蝕產物的性質。如果它在銅表面的沉積速度很快，而且又很致密，就起到了保護作用，即形成了所謂的保護膜；反之，腐蝕沉積物不能形成保護膜，腐蝕就會不斷地進行下去。
　　銅的氧化膜的形成和防腐性能，與溶液的p H值關系密切。提高介質的pH值，可降低氧化銅的溶解度，但過高的pH值會使CuO轉變成，使保護膜溶解。實際上，在水中銅的自然腐蝕電位為0．2～0．3 V，對照poubix電位—p H圖可知，pH＝7～10，銅處于最穩定狀態，腐蝕速度最小。
　　氨是一種常用的p H調節劑。但由于它可能與銅離子形成穩定的銅氨絡合物，加速銅的腐蝕，所以有人認為：水中有溶解氧時，氨會大大加快銅的溶解，原因是形成了極易溶解的四氨化銅的復離子［Cu（NH3）4］2＋。其實，這種認識是片面的。實際上，氨對銅的腐蝕是有條件的，對于這一點，國外早已有過報導，國內也有同樣的研究報告。早些年國內有過對凝結水銅管處理的報導：在氧的質量濃度為10～650μg／L時，用氨調節凝結水中p H值，當p H為6．0～6．5時，銅的損失率為0．2 g／（m2·天）；當p H為8．0～8．5時，銅的損失率為0．002g／（m2·天）；當氨的質量分數超過10－5時，銅的損失明顯增加。
　　以海軍銅為例進行的試驗研究證實，在p H＝8．0～9．5時，銅的抗腐蝕性能良好；pH＞10時，其抗腐蝕性能明顯下降；p H從10上升到11時，腐蝕加速，可從每年的2μm增加到2 mm以上，增加上千倍。
　　只有氨的質量分數較大（超過10－5）時，腐蝕才明顯增加。但是，在發電機這個特定環境和條件下，由于受電導率控制標準的限制，氨的含量不可能高到足以加速腐蝕發電機空心銅導線的地步。

3　防腐方法
　　對于發電機內冷水防腐的處理方法，國內外有過一些報導，如采用密閉式隔離水冷系統，采用開式水冷系統，采用連續補水、連續排放方式，加緩蝕劑處理等等。
3．1　密閉式隔離水冷系統
　　在系統內保持一定壓力的惰性氣體———氮氣或氫氣（氫氣對有氫冷系統的機組而言），使氧和二氧化碳不能進入系統內，對防止氧腐蝕和二氧化碳酸性腐蝕起到一定作用。它的條件是系統必須嚴密，使用脫氧脫碳水，并引入離子交換系統，所以操作起來比較麻煩。
3．2　開式水冷系統
　　將汽輪機的凝結水引入到內冷水系統中，對發電機進行冷卻后又回水到凝汽器中。這是因為凝結水的pH值比較高，對防腐有利。但是，人們擔心內冷水含銅量的增加會引起鍋爐水質的銅含量增加，影響鍋爐的安全性。當給水、爐水含銅量增加時，會使水冷壁管的腐蝕加速，反應如下：
　　由于有可能存在腐蝕的危險，所以必須通過試驗才能確定采用開式水冷系統是否可行。
3．3　連續補水、連續排放方式
　　國內一些電廠采用內冷水系統連續排放、連續補充（含氨）凝結水的方式。排放水量依據電導率和含銅量來確定，方法是從內冷水水箱上部溢流，從而達到降低水中含銅量的目的。這種方法操作簡單，但實際上沒有起到防腐作用，并且用水量大，不好控制各種指標。
3．4　添加緩蝕劑
　　原蘇聯的一些發電廠，在密閉式水冷系統中加入一些聯胺，質量分數為（0．5～1）×10－3，電導率可控制在很低范圍內，防腐效果相當好。聯胺的防腐作用不言而喻，但其要求系統密閉，且藥品對人體有一定的毒害作用，故使用起來不太方便，因而不好推廣應用。
　　在20世紀80年代末90年代初，國內許多發電廠采用了加MBT（2－硫基苯駢噻唑）的防腐處理方法。具體做法是：將MBT溶于NaOH溶液內制成母液，加入到內冷水箱，維持MBT的質量濃度在0．5～8 mg／L，電導率小于10μS／cm。很明顯，這樣會出現以下問題：因為MBT不溶于水，要靠加NaOH來溶解，必然會提高冷卻水的電導率，這是其一；其二，MBT有可能析出，并沉積在空心銅導線內壁，造成銅線散熱不良，或者發生空心銅導線堵塞事故。
　　20世紀80年代末90年代初，湖南省各發電廠在發電機內冷水系統添加BTA＋EA（苯駢三氮唑＋乙醇胺）進行防腐處理，收到一定效果。其做法是：將BTA溶于EA水溶液，加到內冷水箱，維持BTA起始質量濃度為10～15 mg／L，電導率小于10μS／cm。同樣，BTA不溶于水，要靠EA來溶解，施行起來也容易出現與加MBT藥品同樣的問題。

4　云浮發電廠的防腐措施
　　云浮發電廠現在運行的是國產125 MW雙水內冷發電機組，1991年投產。其化學除鹽水在送主廠房前就已在除鹽水泵出口加了氨，加氨量由化學人員調節控制；除鹽水進主廠房后可直接進入內冷水箱；另外，經改進后汽機凝結水也可直接進入內冷水箱。特別強調電導率，而不重視pH和含銅量，這是很多發電廠的通病。開始時，該廠對內冷水也作過一些處理，但都是被動的，僅僅是為了保證內冷水的電導率合格而采取的措施，水的pH值則長期不合格，銅的質量濃度亦長期不合格，有時高達1．2 mg／L。
　　1995年，電力部頒布實施了新的《火力發電廠水汽監督導則》，對發電機內冷水的控制指標作了重大修改，其中電導率由原來的不大于5μS／L改為不大于10μS／L，這就為提高pH值創造了條件。根據以上條件和前面的分析研究，結合具體情況，云浮發電廠選擇了在內冷水中加氨提高pH值的方式來實現對發電機空心銅導線的防腐處理。通過試驗證實了前面2．3．4的理論研究是正確的。試驗時，為確保發電機組絕對安全運行，試驗人員采取了謹慎的態度，把電導率控制在2～6μS／cm之間，所以pH的上升上限還沒有超過8．5。然而，得出的結論是可行的。
　　圖3是根據試驗結果描繪出的pH－ρ（Cu2＋）的相關性曲線圖。從圖3可看出，pH與銅的溶解程度關系密切：當pH＜7時，水中Cu2＋的質量濃度超過200μg／L；當p H≥7．4時，水中Cu2＋的質量濃度低于200μg／L，全部在合格范圍內；當pH≥7．8時，水中Cu2＋的質量濃度全部都低于50μg／L；而當pH＜6．4時，水中Cu2＋的質量濃度達到900μg／L以上。所以，對于發電機內冷水的處理，在保證電導率合格的情況下，應盡量提高水中的pH值，至少保證pH≥7．4，如果能保證p H≥8．0則更好。

5　結論
　　提高發電機冷卻系統的防腐能力，關鍵在于提高水的p H值。采用加氨的方法來提高內冷水的p H值，從技術上、經濟上都具有很大的優勢：
a）藥品成本低，易于購買，使用安全；
b）操作簡單易行；
c）防腐效果好；
d）節省了除鹽水的用量；
e）無須另外增加系統設備。
　　凡具備了對除鹽水加氨條件的發電廠，用提高內冷水補水p H值的方法來提高發電機冷卻系統的防腐能力，使用起來更為方便，既能保證發電機的安全運行，又能大大節省藥品費用和除鹽水的消耗量，具有很高的實用價值和很大的推廣應用意義。