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        多功能控制閥在換流閥外水冷原水預(yù)處理系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2022-09-09 01:41:28張?jiān)雒?/span>金海望李振動(dòng)李金卜
        東北電力技術(shù) 2022年8期
        關(guān)鍵詞:電動(dòng)閥水器控制閥

        張?jiān)雒?金海望,趙 棟,李振動(dòng),李金卜

        (國網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司,北京 102488)

        閥冷系統(tǒng)作為換流站的重要組成部分,其性能直接決定著直流系統(tǒng)的安全,必須引起足夠的重視[1]。

        水-水冷卻系統(tǒng)中的換熱設(shè)備為密閉蒸發(fā)型冷卻塔,適用于大部分的地區(qū)。該類冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)為冷卻效果好,電能節(jié)省,功能穩(wěn)定,運(yùn)用成熟,因采用閉式冷卻塔,耗水量亦已大大降低[2]。

        冷卻塔是高壓直流閥水冷系統(tǒng)的關(guān)鍵冷卻設(shè)備,水冷系統(tǒng)中內(nèi)冷系統(tǒng)熱量均由冷卻塔噴淋水的蒸發(fā)冷卻實(shí)現(xiàn)高效散熱[3]。

        冷卻塔噴淋水在蒸發(fā)冷卻過程中,水中的鈣、鎂等致垢離子快速濃縮、析晶結(jié)垢并堆積附著于冷卻塔換熱盤管內(nèi)壁及外壁,會(huì)導(dǎo)致冷卻塔換熱效率大幅降低,無法滿足水冷系統(tǒng)的冷卻要求,嚴(yán)重影響直流工程的穩(wěn)定運(yùn)行[3-5]。

        污垢導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失主要包括兩部分,一部分是由于換熱量不足,需要增加冷卻塔的容量,或增加除垢清洗費(fèi)用;另一部分是冷卻塔運(yùn)行時(shí)換熱量降低導(dǎo)致進(jìn)入換流閥的溫度升高[6]。

        預(yù)處理就是根據(jù)原水中雜質(zhì)的特性,采取合適的工藝對(duì)其進(jìn)行處理,使其達(dá)到反滲透膜元件進(jìn)水要求的過程,因其在整個(gè)水處理工藝流程中的位置在反滲透之前,所以稱為預(yù)處理[7]。

        冷卻塔噴淋系統(tǒng)的噴淋水水質(zhì)優(yōu)劣首先取決于其原水的水質(zhì)情況、工業(yè)水池水質(zhì)情況,其次是原水水處理工藝及補(bǔ)充水水處理工藝[8]。

        噴淋水的補(bǔ)水系統(tǒng)一般主要由外冷補(bǔ)水泵、活性炭過濾器、石英砂過濾器和反滲透裝置組成。其具體流程為原水(自來水)首先通過外冷補(bǔ)水泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入石英砂過濾器和活性炭過濾器去除水中的懸浮物、膠體、顆粒、有機(jī)物等雜質(zhì),再經(jīng)過反滲透裝置降低原水的離子濃度,最終進(jìn)入緩沖水池,確保了噴淋水水質(zhì)符合閉式冷卻塔設(shè)備長期正常運(yùn)行的要求。

        目前,大部分高壓直流輸電工程采用活性炭過濾器和石英砂過濾器對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理,并通過PLC控制柜來控制反沖洗水泵和電動(dòng)閥門,實(shí)現(xiàn)對(duì)活性炭過濾器和石英砂過濾器的反洗。該方案涉及設(shè)備數(shù)量眾多,造價(jià)偏高,占地面積大,今后日常維護(hù)檢修工作量大。本文提出利用多功能控制閥實(shí)現(xiàn)活性炭過濾器和石英砂過濾器的過濾、清洗,節(jié)省系統(tǒng)成本,減少占地面積,降低日后維護(hù)檢修工作量。

        1 常規(guī)外冷補(bǔ)充水處理工藝原理

        采用閉式冷卻塔的外冷水工作原理:內(nèi)冷水在流經(jīng)換流閥后被加熱升溫,由內(nèi)冷水泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入室外密閉蒸發(fā)式冷卻塔內(nèi)的換熱盤管,噴淋水循環(huán)泵從室外地下噴淋水池抽水均勻噴灑到冷卻塔的換熱盤管表面,噴淋水吸熱后蒸發(fā)成水蒸氣通過風(fēng)機(jī)排至大氣,在此過程中,換熱盤管內(nèi)的冷卻水將得到冷卻,降溫后的內(nèi)冷卻水由循環(huán)水泵再送至換流閥,如此周而復(fù)始地循環(huán),保障換流閥可靠、安全、穩(wěn)定運(yùn)行[9]。為防止外冷水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢,需控制噴淋水的硬度[10]。

        常規(guī)補(bǔ)充水先進(jìn)入預(yù)處理裝置,主要包括砂過濾器、炭過濾器等,然后進(jìn)入反滲透裝置進(jìn)行脫鹽,最后進(jìn)入噴淋水池。除此之外,一般還配套反滲透清洗裝置及反滲透加藥裝置。常規(guī)外冷水處理工藝原理如圖1所示,主要流程為噴淋水補(bǔ)充水→砂過濾器→炭過濾器→反滲透裝置→噴淋水池,完成噴淋補(bǔ)充水過濾去除雜質(zhì)的過程。

        圖1 常規(guī)外冷水處理工藝原理

        2 砂過濾器、炭過濾器及反洗裝置結(jié)構(gòu)

        采用反沖洗水泵和多個(gè)電動(dòng)閥門對(duì)炭過濾器和砂過濾器進(jìn)行過濾、正洗和反洗的原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

        砂過濾器(與炭過濾器結(jié)構(gòu)相同)結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

        圖2 常規(guī)原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程

        圖3 砂過濾器結(jié)構(gòu)

        由于砂過濾器技術(shù)成熟、簡單、處理效果好,所以普遍采用此工藝。石英砂過濾器選用不同粒徑的石英砂濾料,自上而下粒徑逐級(jí)分配,利用深層過濾原理,當(dāng)補(bǔ)充水通過石英砂濾層,水中的懸浮物、機(jī)械顆粒、膠體等雜質(zhì)在流經(jīng)濾料層中彎彎曲曲的孔道時(shí),由于濾料表面的接觸作用,懸浮物和濾料表面互相粘附,從而去除水中的懸浮物、膠體、機(jī)械顆粒。

        當(dāng)原水通過炭過濾器時(shí),由于炭過濾器中的過濾介質(zhì)的接觸絮凝作用、吸附和截留作用使得原水中的雜質(zhì)被吸附、截留。通過炭過濾器的過濾,可進(jìn)一步降低原水的總有機(jī)物、濁度、余氯等[11]。過濾器為立式結(jié)構(gòu),通過壓差或時(shí)間進(jìn)行反沖洗,活性炭過濾器的反洗、正洗過程,可將活性炭濾層的雜質(zhì)沖洗出來,同時(shí)使濾層松動(dòng),提高流量及吸附效果。

        砂炭反沖洗裝置即反洗泵組模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。

        圖4 砂炭反沖洗裝置結(jié)構(gòu)

        砂過濾器、炭過濾器長時(shí)間運(yùn)行后,水中的懸浮物、膠體、有機(jī)物等會(huì)附著在濾料上,影響過濾效果。因此,需要定期對(duì)過濾器進(jìn)行反沖洗,使濾料保持潔凈。反沖洗裝置通過管道與反洗水池連通,通過反洗水泵提供動(dòng)力對(duì)過濾器進(jìn)行反沖洗。從圖2—圖4可以看出,常規(guī)原水預(yù)處理系統(tǒng)主要包括反洗泵組、兩個(gè)罐體、較多閥門及管路,系統(tǒng)比較復(fù)雜,費(fèi)用較高。

        3 多功能控制閥的應(yīng)用設(shè)計(jì)

        在水處理的過濾、吸附、阻垢、反滲透的裝置中,水處理多功能控制閥作為核心部件,能改變水的流動(dòng)方向?qū)崿F(xiàn)特定功能[12]??刂崎y主要特點(diǎn)如下。

        a.采用高平面度、耐腐蝕的端面密封片啟閉、密封可靠;集運(yùn)行、反洗和正洗全過程功能于一體。

        b.程序可設(shè)定多次重復(fù)沖洗,即運(yùn)行一次可設(shè)定反洗、正洗多次,有利于更好地清洗濾料。

        c.可根據(jù)水質(zhì)及配置使用的實(shí)際情況,修改設(shè)定各過程的參數(shù)。

        d.可選擇流量型和時(shí)間型控制模式。

        e.設(shè)置端口接收有源信號(hào),與PLC、電腦等配合使用,可遠(yuǎn)距離操作控制閥。

        f.可以實(shí)現(xiàn)多控制閥串聯(lián)、并聯(lián)。

        應(yīng)用控制閥,利用工業(yè)補(bǔ)水泵和一個(gè)電動(dòng)閥門的給水對(duì)炭過濾器和砂過濾器進(jìn)行過濾、正洗和反洗,無需配置反洗泵和多個(gè)電動(dòng)閥門,原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程如圖5所示。

        圖5 采用多功能控制閥的原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程

        由圖5可見,利用控制閥對(duì)炭過濾器和砂過濾器進(jìn)行過濾、正洗和反洗,相較于常規(guī)原水預(yù)處理系統(tǒng),該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,無反洗泵組模塊,減少了設(shè)備占地面積。

        控制閥與過濾罐體安裝相對(duì)位置如圖6所示。中心管一端連接下布水器放入罐體底部,上布水器旋入控制閥,中心管經(jīng)上布水器插入控制閥,并旋緊在罐體頂部。罐體頂部進(jìn)水的上布水器為魚刺母支管式,保證布水均勻。底部下布水器為多孔板和ABS排水帽組成,多孔板由不銹鋼板制作而成,與筒體焊接后,連接ABS水帽孔,并與筒體一起雙層襯膠,安裝完后在其上部安裝ABS排水帽。

        圖6 多功能控制閥與罐體的安裝位置

        控制閥與罐體的管路安裝示意圖如圖7所示,補(bǔ)充水流動(dòng)方向用黑色箭頭表示。在控制閥出水口安裝配有傳感器的流量計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)出口水流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。進(jìn)出水管路需用固定架支撐固定,排水管連接至污水池。在進(jìn)水口、出水口及其管路中間接入了閥A、閥B、閥C、閥D作為取樣閥。

        圖7 管路安裝示意圖

        炭過濾器的反洗條件控制可在累計(jì)流量控制和運(yùn)行時(shí)間控制中任選一種,一般采用時(shí)間控制型,控制閥與工業(yè)補(bǔ)水泵聯(lián)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)反洗、正洗的同步,其控制邏輯如圖8所示。

        圖8 控制邏輯

        炭過濾器的反洗、正洗控制邏輯與砂過濾器一致,其清洗開始時(shí)間需錯(cuò)開,防止清洗時(shí)供水不足。

        圖9為過濾器工作流程,共分為運(yùn)行狀態(tài)、反洗狀態(tài)和正洗狀態(tài)3種工作狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)是工業(yè)補(bǔ)充水進(jìn)入控制閥進(jìn)水管側(cè),然后依次流經(jīng)上布水器-濾料-下布水器-中心管,流出控制閥出水管,進(jìn)入保安過濾器,完成過濾過程;反洗狀態(tài)是工業(yè)補(bǔ)充水進(jìn)入控制閥進(jìn)水管側(cè),依次流經(jīng)中心管-下布水器-濾料-上布水器,從控制閥排污管排出,廢水排出至污水池,完成反洗過程;正洗狀態(tài)是工業(yè)補(bǔ)充水進(jìn)入控制閥進(jìn)水管側(cè),依次流經(jīng)上布水器-濾料-下布水器-中心管,從控制閥排污管排出,廢水排出至污水池,完成正洗過程。

        針對(duì)常用的罐體及濾料體積控制閥的配置參考見表1。

        圖9 過濾器工作流程

        表1 多功能控制閥的配置參考

        上述炭過濾器過濾流量是以運(yùn)行流速12 m/h時(shí)的流量;反洗流量是以反洗強(qiáng)度為10 L/(m2·s)時(shí)的流量;砂過濾器的過濾流量以運(yùn)行流速25 m/h的流量;反洗流量是以反洗強(qiáng)度15 L/(m2·s)時(shí)的流量。

        4 多功能控制閥常見故障及解決方法

        多功能控制閥常見故障主要包括控制閥部分和控制器部分故障,表2和表3列舉了常見故障的原因及解決辦法,具體內(nèi)容如下。

        表2 控制閥部分故障分析結(jié)果

        表3 控制器部分故障分析結(jié)果

        5 結(jié)語

        本文首先闡述了常規(guī)原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程,主要設(shè)備包括石英砂過濾器、活性炭過濾器、反洗泵組模塊、電動(dòng)閥門等,指出此系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量眾多,造價(jià)高,占地面積大,日常維護(hù)檢修工作量大等缺點(diǎn)。然后介紹了采用多功能控制閥原水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程,利用工業(yè)補(bǔ)水泵和一個(gè)電動(dòng)閥門的給水對(duì)炭過濾器和砂過濾器進(jìn)行過濾、正洗和反洗,無需配置反洗泵和多個(gè)電動(dòng)閥門,實(shí)現(xiàn)了智能化控制,節(jié)省原水預(yù)處理系統(tǒng)成本,減少占地面積,并降低日后維護(hù)檢修工作量。最后列舉了控制閥常見故障及解決方法,可指導(dǎo)日后對(duì)控制閥的運(yùn)維檢修工作。

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