(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子水冷素線の保護ＣｕＯ層を保ちながら、発電機に連結された固定子水冷系の配管材料表面から酸化銅堆積物を除去する方法であって、
ａ）発電機を固定子水冷系から切り離す段階、
ｂ）発電機なしで固定子水冷系が作動できるように、発電機を切り離した位置で固定子水冷系に連絡配管を連結する段階、
ｃ）固定子水冷系中に、上記配管材料表面から酸化銅堆積物を溶解又は除去するのに十分な量の１種以上の酸の水溶液を実質的にすべての酸化銅堆積物を溶解又は除去するのに十分な時間導入する段階、及び
ｄ）固定子水冷系からの排水が実質的に中性になるまで十分な水で上記配管材料を洗浄する段階
を含んでなる方法。
【請求項２】
さらに、堆積物の有無について配管材料表面を検査し、堆積物が残っていれば段階（ｃ）及び（ｄ）を繰り返す段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
さらに、連絡配管を切り離し、連絡配管を取り外した位置で発電機を固定子水冷系に再連結する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記酸が１種以上の鉱酸である、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記鉱酸がリン酸である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記水溶液が９体積％以上のリン酸濃度を有する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記水溶液が１０体積％以上のリン酸濃度を有する、請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記水溶液が１１体積％以上のリン酸濃度を有する、請求項５記載の方法。
【請求項９】
前記水溶液が１５体積％以上のリン酸濃度を有する、請求項５記載の方法。
【請求項１０】
さらに、固定子水冷系を発電機に再連結した後、固定子水冷系を流れる水をコットンを濾過材とするフィルタで濾過する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記コットンを濾過材とするフィルタが約３〜５ミクロンの通過サイズを有する、請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電プラントの発電機に収容された固定子巻線の冷却に用いられる固定子水冷系の洗浄方法に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
発電プラントでは、高密度電流が発電機固定子に流れるため固定子が発熱する。この発熱を抑制するため、固定子を中空銅導体を配置した固定子素線のネットワークで構成し、その内部に冷却水を循環させる。冷却水は、発電機に連結した固定子水冷系（ＳＷＣＳ）で供給し得る。発電機と連結したＳＷＣＳの例を図１に示す。図１に示すように、典型的なＳＷＣＳ２は数多くの部材からなる。まず、ＳＷＣＳの高温部８には固定子巻線の一部、整流器及び貯水槽が含まれる。典型的なＳＷＣＳの高温部は発電機から水が流れ込み熱交換器４に接するまでのＳＷＣＳの領域である。高温部から出た水は熱交換器４を通過し、ＳＷＣＳの低温部５に入る。典型的なＳＷＣＳの低温部には、補給水系６の一部及びストレーナ７が含まれる。典型的なＳＷＣＳはコネクタ１で発電機３と連結している。
【０００３】
中空銅導体の内壁での堆積物の形成は頻繁にみられる問題である。こうした酸化銅（ＣｕＯ）堆積物の生成は発電プラントに様々な問題を引き起こす。かかる堆積物は中空銅導体の障害物となりかねないだけでなく、銅導体内部の加熱水がＣｕＯ堆積物を徐々に溶解してついには飽和点に達し、ＳＷＣＳに酸化銅の飽和水溶液が供給されることもある。さらに、未溶解酸化銅微粒子がＳＷＣＳの低温部で冷却された水によって析出した状態にあっても、その後水流によって低温部の配管材料内面から離れ、ＳＷＣＳのストレーナへと運ばれるおそれもある。ＳＷＣＳでは、こうした酸化銅の飽和水溶液がＳＷＣＳの低温部（熱交換器から、発電機との連結手段までの部分）からストレーナへと送られる。
【０００４】
かかる酸化銅の飽和水溶液はＳＷＣＳの低温部のストレーナを通過する。このような水溶液によってストレーナ上にＣｕＯ粒子が堆積し、ストレーナ上での酸化銅結晶の成長を促して、ストレーナの目詰まりを引き起こし、発電機への水の流れを妨げる。ストレーナ上でのＣｕＯ結晶の成長は発電機を流れる水流量を低下させるため、発電機の固定子の発熱を引き起こし、長期運転では、何度も長時間の発電機停止期間を招いたり、チャージングの低下を招くことにもなる。
【０００５】
この問題の解決策として、オンライン脱塩回路が用いられている。しかし、この方法では、水から銅陽イオンを除去するため高価なイオン交換樹脂を用いる。別の解決策では、システム全体（ＳＷＣＳ及び発電機）を定期的に停止し、酸溶液及び／又は錯化剤溶液を用いて銅導体を洗浄することが必要とされ、そのため中空銅導体管内部での腐食速度が高まる。現在知られているＳＷＣＳからのＣｕＯ堆積物の除去方法はすべて、固定子素線から保護ＣｕＯ層を除去してしまい、不安定なＣｕＯ表面を生じかねないうという問題もかかえている。固定子素線の不安定ＣｕＯ表面は、ＳＷＣＳの低温部でのＣｕＯ堆積物の生成を促し、ＳＷＣＳストレーナの目詰まり速度を増大させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、固定子水冷素線の保護ＣｕＯ層を保ちながら、通気モードで作動している固定子水冷回路内のストレーナの目詰まりの原因となる堆積物の形成の抑制及び／又はその除去を可能にする方法に対するニーズが存在する。かかる方法は、発電機停止期間の長期化を招いたり、高価な脱塩回路を必要としたり、冷却水レベルで高導電率を生じたり、中空銅管の腐食度を高めたりするものであってはならない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固定子水冷系配管から堆積物を除去して、ストレーナの目詰まりを防ぐ方法を提供する。具体的には、本方法は、固定子水冷系の配管表面から酸化銅堆積物を除去して、ストレーナメッシュ上での結晶成長の核となり得る粒子源をなくす。
【０００８】
本発明の方法では、以下のようにしてＳＷＣＳの配管材料表面から酸化銅堆積物を除去する。発電機をＳＷＣＳから切り離し、発電機なしでＳＷＣＳが作動できるように発電機を切り離した位置でＳＷＣＳに連絡配管を連結する。次に、配管材料表面から酸化銅堆積物を溶解又は除去するのに十分な量の薬品を、水冷固定子素線から保護酸化物皮膜を除去することなく実質的にすべての酸化銅堆積物を溶解又は除去するのに十分な時間ＳＷＣＳに流す。最後に、配管材料表面の濯ぎによる排水が実質的に中性になるまで十分な量の水で配管材料を洗浄する。好ましくは、薬品は酸性水溶液である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の方法は、ＳＷＣＳの配管部品の表面からＣｕＯ粒子を除去して、ＣｕＯの結晶形成によってストレーナが詰まらないようにする。なお、ＳＷＣＳにおけるストレーナの機能は、酸素飽和水冷式発電機の発電機巻線にゴミが進入するのを防ぐことである。ＳＷＣＳのストレーナ上でのＣｕＯの結晶形成は、配管部品表面から離れた微細ＣｕＯ核がストレーナメッシュに付着すると起こる。かかるステンレス鋼ストレーナメッシュの表面でのＣｕＯの堆積は、ストレーナの目詰まりを起こしかねない。ストレーナが詰まると、ＳＷＣＳを用いる発電プラントで発電機のトリップ及び故障が起こる可能性がある。
【００１０】
図２に典型的なＳＷＣＳの概略図を示す。図から明らかなように、ＳＷＣＳ１０２はコネクタ１０３によって発電機１００又は連絡配管１０１に連結できる。図２のＳＷＣＳ１０２には、高温部１０４、熱交換器１０５、補給水系１０６及びストレーナ１０７が含まれている。
【００１１】
図２に示す実施形態として、ストレーナ１０７は典型的にはＳＷＣＳの低温部に配置され、発電機１００又は連絡配管１０１の直前にある。ＳＷＣＳ１０２の低温部（ＳＷＣＳの熱交換器と発電機の間に位置する部分）は類似した物理的及び構造的特性で特徴付けられ、換言すれば、ＳＷＣＳの正常運転中、この部分でのＣｕＯ粒子濃度はこの部分に存在する水がＣｕＯで過飽和されるレベルにまで達する。ＣｕＯ堆積物はＳＷＣＳの低温部で最も優勢であるとも思料される。こうした堆積物は普通は配管材料の内面に認められる。かかるＣｕＯ堆積物はＣｕＯ微粒子の発生源であり、かかる微粒子がストレーナメッシュ上に堆積し、その後ＣｕＯ結晶核生成及び成長の原因となると考えられる。
【００１２】
本明細書中で、配管材料表面とは、発電機内部のヘッダと銅部品を除く、ＳＷＣＳにおいて水が流れる系を構成するあらゆる構造物、弁、ポンプ、パイプ、コネクタその他の同様の部品の表面と定義される。
【００１３】
一般に、ストレーナの目詰まりの発生頻度の高いＳＷＣＳは、ＳＷＣＳの低温部に位置する水中に高濃度のＣｕＯ微粒子を含んでいる。本発明は、ストレーナにおいて水がＣｕＯで飽和されているか否かに関わらず、定期的な補修停止から次の補修停止までの期間中ＣｕＯ結晶でＳＷＣＳのストレーナが目詰まりを起こさないように、ＳＷＣＳを改修する方法を提供する。
【００１４】
ＣｕＯ微粒子は概して約５μｍ未満の直径を有する。かかるＣｕＯ微粒子の形成する結晶は針状又はナイフ状の形態を有すると考えられる。図３に、１〜４μｍのＣｕＯ粒子を有するストレーナメッシュを示す。図４は、ストレーナ上の結晶成長がＣｕＯ微粒子の堆積した領域に限定されることを示す。図５は、ＳＷＣＳストレーナの目詰まりを起こした結晶の形態を様々な倍率で示す。目詰まりしたストレーナ上の結晶形態は、実際のストレーナの目詰まりが、ＳＷＣＳの運転中に過飽和ＣｕＯ溶液からストレーナメッシュ上に析出したＣｕＯ微粒子の結晶成長によることを実証している。結晶形成は核生成と成長を必要とすると考えられている。特定の理論に束縛されるものではないが、結晶成長速度は所定の領域での水流量に比例すると考えられる。
【００１５】
現在のＳＷＣＳでは、ＣｕＯ粒子が過飽和の状態にある水からＣｕＯ粒子を濾過で除くことを試みている。しかし、濾過は大きなＣｕＯ粒子を除くことはできるが、ストレーナ上でのＣｕＯ結晶成長の種となるＣｕＯ微粒子の除去には役立たない。過飽和水溶液からＣｕＯ微粒子を除いてもＳＷＣＳストレーナの目詰まりを防く方法としては役立たないことが判明したので、核生成部位の発生源（すなわちＣｕＯ微粒子の発生源）をなくさなければならない。ＣｕＯ微粒子の発生源はあらゆる配管材料の内面であると考えられるので、こうした配管材料内面のＣｕＯ堆積物を実質的に除去するか又はその形成を防止する必要がある。
【００１６】
本発明は、発電機全体を長期間オフライン状態におかずに、配管材料内面のＣｕＯ堆積物を実質的に除去する方法を提供する。さらに、本発明の方法は、発電機、特に中空銅導体を腐食速度の増大をもたらす化学薬品にさらすこともなければ、イオン交換樹脂を使用する必要もない。
【００１７】
図２を参照すると、ＳＷＣＳ１０２を発電機１００から切り離し、コネクタ１０３を介して連絡配管１０１に連結する。すなわち、発電機１００を連絡配管１０１で置き換え、発電機なしでＳＷＣＳを作動できるようにする。この第１段階の実施には、当業者に公知のあらゆる手段を使用し得る。例えば、ＳＷＣＳと発電機の間に用いられていたコネクタを発電機から取り外し、連絡配管に取り付ける。この例では、ＳＷＣＳと発電機とのコネクタを、コネクタを連絡配管に連結する装置で補足してもよい。別法として、ＳＷＣＳと発電機の間のコネクタをＳＷＣＳから取り外し、連絡配管に常時取り付けられたコネクタをＳＷＣＳに取り付けてもよい。ここで用いるコネクタは当業者に周知のものであるので、図面には示していない。好適なコネクタとしては、特に限定されないが、一の装置から別の装置への流体の搬送に用いられるパイプその他の導管がある。
【００１８】
コネクタを連絡配管とＳＷＣＳ双方に取り付けた後、配管材料の内面からＣｕＯを溶解又は除去する薬品をＳＷＣＳに流せばよい。薬品はＳＷＣＳ内のあらゆる地点から導入し得る。好ましくは、追加装置を除くため、他の流体材料を添加する位置でＳＷＣＳに薬品を導入する。図２で、好ましい導入点の例は補給水槽１０６である。薬品は、当業者に周知の装置、例えば特に限定されないがコネクタを介して補給水槽と連結した濃縮薬品槽によって、ＳＷＣＳに導入することができる。弁を開いて濃縮薬品槽から薬品を補給水槽に導入する。
【００１９】
洗浄は当業者に公知の手段で実施し得る。また、配管材料の内面からのＣｕＯの除去に用いられるものよりも高濃度の酸を補給水槽に供給して、系の洗浄に用いてもよい。水槽内の水を使用して所望濃度に達するまで濃酸を希釈し得る。補給水をＳＷＣＳに供給する手段を用いて、酸その他の薬品の水溶液をＳＷＣＳに供給できる。
【００２０】
配管材料の内面からＣｕＯを溶解又は除去する薬品の例としては、鉱酸（硫酸、塩酸、リン酸など）、他の酸化剤（ＥＤＴＡ、重クロム酸カリウム、過硫酸アンモニウムなど）及びこれらの組合せの溶液がある。好ましくは、鉱酸の溶液を用いる。さらに好ましくは、鉱酸溶液はリン酸溶液である。
【００２１】
薬品の量は当業者が容易に決定し得る。配管材料の内面を洗浄するために供給される所定量の薬品を、配管材料の内面からＣｕＯ粒子を実質的にすべて除去するのに十分な濃度で、除去に十分な時間系に流す。濃度及び時間は、実際のＳＷＣＳの正確な形状、配管材料の内部表面積及びＳＷＣＳ内に存在するＣｕＯ堆積物の質量に応じて異なる。一般に、本発明でＳＷＣＳに導入する薬品の濃度は、中空銅管を有する発電機を含めて系全体を洗浄する従来技術の方法で用いる同一薬品（例えば酸）の濃度よりも高い。例えば、リン酸を用いる場合、濃度は好ましくは約９体積％以上である。さらに好ましくは、濃度は約１０体積％以上である。さらに一段と好ましくは、濃度は約１１体積％以上である。最も好ましくは、濃度は約１５体積％以上である。
【００２２】
本発明の方法では、発電機銅素線の洗浄後腐食不安定性のおそれが実質的にないので、高濃度の薬品を使用できる。さらに、本発明の方法では発電機銅素線の洗浄後腐食不安定性のおそれが大幅に低減するので、もっと作用の強い薬品を使用できる。こうした強力な薬品は当業者の通常の知識に属する事項であるが、上述の腐食のおそれのため現在は使われていない。
【００２３】
薬品で洗浄した後、ＳＷＣＳからの排水が実質的に中性ｐＨとなって薬品の実質的にすべてが系から除去されるまで十分な水でＳＷＣＳを濯ぐ。ＳＷＣＳの低温部を薬品で洗浄した後、ＳＷＣＳの水洗の前又は後に、堆積物の有無についてＳＷＣＳを検査してもよい。堆積物が残っていたら、同一又は別の薬品を流してＳＷＣＳを再洗浄すればよい。
【００２４】
次に、連絡配管をＳＷＣＳから切り離し、ＳＷＣＳを発電機に再連結する。しかる後、系をコットン濾過材、好ましくは入手し得る最も目の細かいコットン濾過材で濾過して、残留ＣｕＯ粒子を実質的に除去してもよい。好ましいコットン濾過材は約３〜５μｍの通過サイズを有する。
【００２５】
本発明の方法は上述の好ましい実施形態に限定されない。本発明者の認識するところでは、配管及び連結の手段、酸その他の薬品の種類と濃度、酸その他の薬品の水溶液を供給する手段は様々なものが当業者に知られており、本明細書の開示内容は、現在公知であるか実施されているか否かを問わずかかるあらゆる変更を包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】連結手段を介して発電機に取り付けられたＳＷＣＳの図。
【図２】連結手段によって発電機に連結したＳＷＣＳの概略図。
【図３】ＳＷＣＳの低温部におけるストレーナメッシュの上流側の倍率７５０×のＳＥＭ顕微鏡写真。
【図４】図３と同じストレーナメッシュの倍率約２０００×のＳＥＭ顕微鏡写真。
【図５】ＳＷＣＳのストレーナ上の酸化銅結晶の形態を示す、（ａ）倍率１５×、（ｂ）倍率２５００×、（ｃ）倍率３４００×のＳＥＭ顕微鏡写真。
【符号の説明】
１    コネクタ
２    ＳＷＣＳ
３    発電機
４    熱交換器
５    低温部
６    補給水系
７    ストレーナ
８    高温部
１００  発電機
１０１  連絡配管
１０２  ＳＷＣＳ
１０３  コネクタ
１０５  熱交換器
１０６  補給水系
１０７  ストレーナ
【図１】
0004024533.tif 000002
【図２】
0004024533.tif 000003
【図３】
0004024533.tif 000004
【図４】
0004024533.tif 000005
【図５】
0004024533.tif 000006